2.4. Trang bị điện - điện tử lò hồ quang
2.2.4. Phân tích mạch điện điều khiển dịch chuyển điện cực điển hình
Một hệ điều chỉnh công suất tự động lò HQ có sơ đồ chức năng đơn giản như hình 2.20.
Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 6 (lò HQ) và bộ điều chỉnh visai. Bộ điều chỉnh gồm các phần tử cảm biến dòng 1 và áp 1’, phần tử so sánh 3, bộ khuếch đại 4, cơ cấu chấp hành 5 và thiết bị đặt 2. Trên phần tử so sánh có hai tín hiệu từ đối tượng điều chỉnh tới (tương ứng tỉ lệ với dòng và áp hồ quang) và một tín hiệu từ thiết bị đặt tới. Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh được khuếch đại qua bộ khuếch đại 4 rồi tới cơ cấu chấp hành 5 để dịch cực theo hướng giảm sai lệch. Để hoàn thiện đặc tính động của hệ, nâng cao chất lượng điều chỉnh, thường sơ đồ còn có phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dòng, áp hồ quang...Trong sơ đồ cũng có thể có các phần tử chương trình hoá, máy tính...
Hệ điều chỉnh cũng có thể dùng khuếch đại máy điện, khuếch đại từ, tiristo, thuỷ lực, li hợp điện từ...
2. Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò hồ quang dùng hệ MĐKĐ-Đ
Hình 2.21 biểu thị sơ đồ dịch cực cho một pha lò hồ quang. Mỗi pha có một bộ điều chỉnh như vậy.
Máy điện khuếch đại MĐKĐ cấp điện cho động cơ Đ để dịch cực và có 3 cuộn kích từ:
- Cuộn điều chỉnh CĐC1 để khống chế tự động.
- Cuộn CĐC2 để khống chế bằng tay.
- Cuộn phản hồi âm áp CFA. Cuộn này có sức từ động ngược chiều với 5
4 2
1
3 1’
6
Hình 2.20. Sơ đồ chức năng hệ điều chỉnh công suất lò HQ
Ở chế độ tự động TĐ, các tiếp điểm 5-6 và 7-8 kín. Mở 1CD và đóng 2CD.
Điện áp ra trên chỉnh lưu 1CL tỉ lệ với dòng điện HQ và rơi trên điện trở 5R. Điện áp ra trên chỉnh lưu 2CL tỉ lệ với điện áp HQ và rơi trên điện trở 4R. Cuộn dây điều chỉnh CĐC1 của MĐKĐ nối vào hiệu số điện áp lấy trên một phần của 5R và 4R, nghĩa là thực hiện quy luật điều chỉnh như biểu thức (2.21). Khi chưa có hồ quang, dòng bằng 0 và điện áp lớn nhất sức từ động cuộn CĐC1 có chiều để MĐKĐ phát điện áp cho động cơ Đ hạ điện cực xuống chậm. Lúc này rơ le dòng RD chưa tác động nên 3R tham gia vào mạch CĐC1 vốn sức từ động của CĐC1 nhỏ. Mặt khác, như sơ đồ vẽ, khi hạ cực động cơ được cấp điện với cực tính (+) ở trên nên điôt 3CL nối tắt 7R làm tăng dòng cuộn phản hồi âm áp CFA, hạn chế bớt sức từ động của CĐC1 (cỡ 50%). Do vậy điện cực hạ xuống chậm.
Khi điện cực chạm kim loại, dòng lớn nhất và điện áp bằng 0 (ngắn mạch làm việc). Rơ le dòng RD tác động, nối tắt 3R trong mạch cuộn CĐC1. Sức từ động cuộn này đổi chiều và có giá trị lớn, MĐKĐ phát điện áp cấp cho động cơ kéo điện cực lên nhanh (cực tính (-) điện áp ở cấp trên). Mặt khác, lúc này điốt 4CL thông mạch rơ le áp RA với điện áp lớn của MĐKĐ nên rơ le thời gian Rth mất điện. Sau thời gian duy trì, tiếp điểm thường mở mở chậm Rth sẽ đưa điện trở 9R vào mạch kích từ KTĐ của động cơ Đ để giảm từ thông và tốc độ động cơ nâng cực tăng lên.
Cũng lúc này, do cực tính điện áp (-) ở trên nên 3CL không thông mạch và điện trở 7R tham gia vào mạch cuộn phản hồi CFA, làm giảm dòng qua CFA, sự hạn chốngức từ động cuộn CĐC1 giảm bớt (còn hạn chế cỡ 30%). Do vậy điện áp phát ra của MĐKĐ cũng tăng lên.
Điện cực rời khỏi kim loại thì HQ được mồi.Trong quá trình điện cực đi lên, dòng Ihq giảm và áp Uhq tăng. Hiệu điện áp lấy trên 4R, 5R giảm dần sức từ động cuộn CĐC1 giảm, điện áp MĐKĐ phát ra giảm và động cơ nâng cực lên chậm dần.
Khi điện áp phát ra của MĐKĐ dưới ngưỡng nhả của rơ le áp RA thì điện trở 9R được tách khỏi mạch kích từ Đ, tốc độ động cơ càng chậm. Khi cân bằng, điện áp tỉ lệ với dòng HQ, rơi trên 5R và điện áp tỉ lệ với áp HQ, rơi trên 4R thống sức từ động của CĐC1 bằng 0, điện áp MĐKĐ bằng 0, động cơ Đ dừng quay và HQ cháy ổn định.
Hình 2.21. Sơ đồ nguyên lý một pha khống chế dịch cực lò hồ quang
3. Sơ đồ điều chỉnh công suất lò hồ quang dùng tiristor
Bộ điều chỉnh loại này là có triển vọng nhất. Nó thoả mãn được các yêu cầu đề ra và chỉ kém về sự tác động nhanh nếu truyền động dịch cực bằng thuỷ lực. Bộ điều chỉnh cho một pha trên hình 2.22.
Bộ điều chỉnh tiristor có thể làm việc với lò dung lượng 200 tấn. Động cơ dịch cực có công suất 11kW. Tốc độ dịch cực lớn nhất 4,5 5 m/ph khi dùng thanh răng và 1,5 m/ph khi dùng tời.
Tín hiệu tỉ lệ với dòng Ihq và Uhq của một pha từ các biến dòng TI và biến điện áp TU tới các bộ chỉnh lưu 1VD, 2VD. Sự mất cân bằng giữa các tín hiệu đầu vào sẽ được đưa tới vùng không nhạy KN. Từ đó tới khâu khuếch đại bán dẫn KĐ.
Tới khâu KĐ có có tín hiệu phản hồi âm tốc độ của động cơ dịch cực M. Từ khâu
Hình 2.22. Sơ đồ điều chỉnh cho một pha
khuếch đại tín hiệu sai lệch sẽ tới khâu nguồn điều khiển NĐK và qua đó tới các khâu xung pha XP1, XP2 để điều chỉnh góc mở tiristor cấp điện cho phần ứng động cơ M.
Cấp điện cho khối KĐ là khối nguồn Ng.
Nếu chế độ điện của lò hồ quang tương ứng như chế độ đặt thì khối KĐ không có tín hiệu ra, động cơ M không chạy và không dịch cực.
Nếu chế độ làm việc sai lệch khỏi chế độ đặt (như Ihq tăng do ngắn mạch, Uhq
tăng do chưa mồi hay đứt hồ quang...) mà độ lớn tín hiệu sai lệch vượt quá vùng không nhạy của bộ điều chỉnh (0a1, 0a2 trên hình 2.22) thì đầu ra khối KN có tín hiệu, qua KĐ, NĐK, XP1, CP2 sẽ điều khiển mở tiristor, cấp điện cho động cơ M quay dịch cực.
Khi Uhq tăng (chiều dài ngọn lửa hồ quang tăng) thì động cơ M hạ điện cực xuống. Tốc độ động cơ xác định bởi hiệu số tín hiệu ra của khối KN và tín hiệu phản hồi âm tốc độ tỉ lệ với điện áp động cơ thông qua 1R và 4R). Quy luật điều
chỉnh hạ điện cực là tỉ lệ trên toàn dải tín hiệu vào (kể cả khi đứt hồ quang (đoạn a2b2 hình 2.23). Khi Ihq tăng (chiều dài ngọn lửa hồ quang giảm) thì động cơ M nâng điện cực lên. Ở vùng thay đổi nhỏ của Ihq thì tốc độ nâng tỉ lệ với số gia Ihq (đoạn a1b1). Ở vùng thay đổi lớn Ihq thì tốc độ nâng nhảy vọt. Tín hiệu này là nhờ điện áp động cơ lấy qua 4R vượt ngưỡng điốt ổn áp 4VD, do đó tín hiệu lấy trên 1R giữ nguyên.
Đặc tính tĩnh trên hình 2.23 cho khả năng loại trừ nhanh chế độ sai như ngắn mạch, đứt hồ quang và trong giai đoạn hoàn nguyên thì các sai lệch nhỏ không tác động (đoạn oa1) hoặc tác động với tốc độ nhỏ (đoạn a1b1), do đó loại trừ hiện tượng quá điều chỉnh.
Sau khi sai lệch bị trừ khử, tín hiệu sai lệch nhỏ hơn vùng không nhạy sẽ không còn và dưới tác động của điện áp phản hồi âm sẽ xảy ra hãm điện (hãm tái sinh). Hai nhóm tiristor sẽ thực hiện lần lượt chế độ chỉnh lưu và nghịch lưu tuỳ hướng chuyển động.