Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.17 MB, 20 trang )
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Lò cảm ứng ( Lò trung tần nấu thép)
Thiết bị trung tần với tần số làm việc 500 10 0000 Hz ( Lò cảm ứng trung tần ). Đây là
lò trung gian giữa lò cảm ứng tần số công nghiệp và lò cảm ứng cao tần. Nhiệt độ cung
cấp cho lò để nấu chảy kim loại với tốc độ nhanh, thích hợp cho việc nấu luyện các loại
thép cacbon hoặc hoặc các loại thép hợp kim trung bình và cao. Thiết bị biến đổi tần số
của lò có thể sử dụng máy phát tần số kiểu quay hoặc dùng tiristor điều khiển.
1.1. Sơ đồ chức năng của lò cảm ứng dùng bộ biến tần
KĐK3
U = var
U = var
f = 50Hz
CL
CKL
NL
KĐK2
KĐCS
KĐK1
U,I,f
Lò
KNg
Hình 1.1. Sơ đồ khối chức năng của lò cảm ứng dùng bộ biến tần
Trong sơ đồ khối chức năng của lò cảm ứng trung tần dùng bộ biến tần gồm các khâu
chính sau:
– Mạch lực gồm các khâu:
+ CL – Bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng tyristor biến đổi điện áp xoay chiều của lưới điện
thành điện áp một chiều.
+ NL – Khâu nghịch lưu cộng hưởng biến điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều
cung cấp cho vòng cảm ứng của lò.
1
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
+ CKL – Khâu lọc điện áp một chiều dùng cuộn kháng lọc với với trị số điện cảm L khá
lớn ( vì bộ nguồn cung cấp cho bộ chỉnh lưu là bộ nguồn dòng ).
+ Lò trung tần có vòng cảm ứng cuốn xung quanh nồi của lò và một bộ tụ điện.
– Mạch điều khiển gồm các khâu:
+ KNg – Khâu nguồn một chiều cung cấp cho tất cả các khâu trong mạch điều khiển.
+ KĐCS – Khâu điều chỉnh công suất tiêu thụ của lò cảm ứng.
+ KĐK – 2- Khâu điều khiển bộ chỉnh lưu.
+ KĐK – 1- Khâu điều khiển bộ nghịch lưu.
+ KĐK – 3- Khâu điều khiển công nghệ dùng rơle- công tắc tơ …. đo lường và bảo vệ.
1.2. Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng
Hiện nay chúng ta nhập rất nhiều lò trung tần nấu thép từ các nước khác nhau như :
Anh, Mỹ, Nga, Trung Quốc có các thông số công nghệ sau:
– Dung tích mỗi mẻ nấu từ 50 đến 2000 Kg.
– Công suất tiêu thụ định mức của lò từ 100kW đến 1200 kW.
Nhìn chung dù sản xuất khác nhau nhưng về cấu tạo, nguyên lý hoạt động sơ đồ khối
chức năng về cơ bản giống nhau.
Trên hình 2.2. là sơ đồ nguyên lý mạch lực lò trung tần nấu thép do Việt Nam lắp ráp.
2
Lò trung tần nấu thép
Các hệ thống điện tử điển hình
NCBA
62
6 5 4
68
69
70
LH1
7
LH2
64
LK1
8
65
LK2
LH3
R9
63
R8
RES2
67
R7
RES2
66
RES2
151
19
13
16
9 LK3
154
22
C1
R1
C4
R4
153
156
20
14
17
23
25
C5
21
C3 155
15
18
R2
C2
R5
152
R3
C6
R6
24
28
A1
A
V
29
219
V600
30
31
36
37
32
220
LD
L7
L8
R12
C8
R14
C10
221
222
30
33
34
35
36
H×nh 2.2 S¬ ®å nguyªn lý lß trung tÇn nÊu thÐp
L9
L10
R13
C9
R15
C11
B2
41
KW
V2
Hz
42
V2
54
55
CF1
34
LF
CF2
3
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
1.3 Lò cảm ứng trung tấn nấu thép gồm các phần tử chính sau:
1.3.1. Máy cắt – đựơc điều khiển đóng ngắt tự động nhờ một động cơ công suất nhỏ,
cũng có thể đóng ngắt trực tiếp bằng tay. Máy cắt được nối với nguồn điện áp xoay chiều
ba pha điện ap 380 V cung cấp điện cho mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển.
Hình 1.3. Máy cắt
1.3.2 CK. Cuộn kháng xoay chiều lõi không khí có chức năng hạn chế dòng ngắn mạch
và hạn chế tóc độ tăng trưởng dòng điện bảo vệ các tiristor chỉnh lưu T- CL1 T- CL 6.
Hình 1.4. Cuộn kháng xoay chiều
1.3.3. Tyristor chỉnh lưu T- CL1 T- CL6 chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn
dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều ba pha thành nguồn điện áp một chiều.
4
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Hình 1.5. Thyristor chỉnh lưu
1.3.4. Cuộn kháng LD – cuộn kháng lọc có tác dụng san phẳng dòng điện một chiều có
giá trị điện cảm rất lớn. Mạch từ là mạch từ hở để tránh hiện tượng bão hòa. Cuộn kháng
một chiều có hai phần lớn, mỗi phần lớn lại gồm có năm vòng lớn và trong mỗi vòng lớn
lại gồm năm vòng nhỏ.
Hình 1.6. Cuộn kháng lọc một chiều
1.3.5. Tyristor nghịch lưu T-NL1 T- NL4 là bộ nghịch lưu công hưởng, nối theo sơ đồ
cầu một pha có tác dụng biến nguồn điện áp một chiều thành nguồn điện áp xoay chiều,
điện áp ra trên tải có dạng gần hình sin.
5
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Hình 1.7. Thyristor nghịch lưu
1.3.6. Vòng cảm ứng – là phụ tải của của bộ nghịch lưu cộng hưởng.Vì dòng qua vòng
cảm ứng cỡ hàng ngàn Ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25 30% công suất hữu ích của
thiết bị do vậy cần làm mát vòng cảm ứng.
Làm mát bằng không khí cho phép mật độ dòng điện 2 5 A/mm 2. Còn làm mát
bằng nước chảy trong ống tiết diện tròn thì cho phép mật độ dòng điện lên tới 10 30
A/mm 2 .
Hình 1.8. Lò nấu kim loại
1.3.7. Tụ điện – được nối song song và nối tiếp với vòng cảm ứng để tạo thành mạch
vòng dao động. Tụ điện dùng trong sơ đồ của thiết bị gia nhiệt tần số nhằm làm chức
6
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
năng phân ly dòng điện một chiều và bù hệ số công suất cos của lò. Các tụ điện này
chịu được điện áp cao ( tới 1000 V ) và chịu được tần số cao ( tới 10kHz ) tùy theo từng
thiết bị gia nhiệt.
1.3.8. Dây dẫn cao tần
Dây dẫn cao tần có cảm kháng đặc biệt lớn do hiệu ứng bề mặt, hỗ cảm và chúng phụ
thuộc vào tấn số. Dây dẫn ở đây là các thanh cái phẳng, có ống rỗng có nước làm mát,
cáp đồng trục cao tần hay cáp một ruột hoặc nhiều ruột.
Cáp đồng trục có trở kháng và cảm kháng nhỏ so với các loại dây dẫn thông thường
nhưng nó có cấu tạo phức tạp và tốn vật liệu hơn.
Hiện nay đã có cáp chịu được điện áp 2000 V dòng điện 500A tần số 10000 kHz.
1.3.9. Bảng điều khiển – đựơc dùng để điều khiển các khâu như cấp nguồn một chiều
cung cấp cho tất cả các khâu trong bảng điều khiển, điều chỉnh công suất tiêu thụ trong lò
cảm ứng, điều khiển bộ chỉnh lưu, điều khiển bộ nghịch lưu, điều khiển công nghệ dùng
rơle – công tắc tơ đo lường và bảo vệ.
Hình 1.9. Bảng điều khiển
1.3.10. Các máy biến dòng cao – để biến đổi dòng điên cao từ 2000 ampe xuống dòng
điện 5 ampe.
7
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Hình 1.10.
Biến dòng cao
– Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng:
S1
T1
I sc
I tc
n
I tc
R
T2
S1
Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý máy biến dòng
Khi có dòng điện đi qua phía sơ cấp thì khi đó: Itc = Isc/n
Trong đó :
Isc : Dòng điện đi qua cuộn sơ cấp,
Itc : Dòng điện đi qua cuộn thứ cấp,
n : Tỷ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp,
1.3.11. Các máy biến dòng hạ – để biến đổi dòng điên từ 5 ampe xuống dòng điện 0,2
ampe.
1.3.12. Aptômat : là áp tô mát có ba tiếp điểm được mắc trực tiếp vào mạng điện xoay
chiều ba pha điện áp 380 V. Có chức năng đóng cắt tự động khi quá tải hoặc ngắn mạch.
Cấp nguồn cho khởi động từ.
8
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Hình 1.12.
Aptomat
1.3.13. Khởi đông từ ( Công tắc tơ )
Là khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên mạch điện động lực từ xa, bằng
tay hoặc bằng tự động. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng
nam châm điện, thủy lực hay khí nén gần đây người ta thường dùng loại đóng cắt bằng
nam châm điện Công tắc tơ có cấu tạo gồm hai cực, ở mỗi cực có hai tiếp điểm là tiếp
điểm chính ( tiếp điểm làm việc) và tiếp điểm dập hồ quang.
Hình 1.13 Khởi động từ
Khởi động từ được dùng ở đây để cấp nguồn cho máy biến áp và chống đóng điện trở
lại khi mất điện.
1.3.14. Mạch RC bảo vệ quá điện áp:
9
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
– Tiristor rất nhậy cảm với điện áp quá cao so với điện áp định mức .
– Nguyên nhân gây ra hiện tượng quá áp là sự tích tụ điện tích trong các van bán dẫn, khi
khoá tiristor bằng điện áp ngược các điện tích trên đồi ngược
hành trình tạo nên dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên đột
ngột nhanh chóng của dòng điện ngược tạo ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các
điện cảm dẫn đến các tiristor xuất hiện quá áp.
– Để bảo vệ quá áp do tích tụ điện tích gây ra người ta dùng mạch RC ghép
song song với van. Trên hình là hai điện trở mắc nối tiếp và mắc nối tiếp với tụ điện C.
Hình 1.14.
1.3.15.
Mạch RC
Điện trở Shunt được dùng để đo dòng điện chỉnh lưu.
Hình 1.15. Điện trở shunt
1.3.16. Biến áp xung nghịch lưu dùng để phát xung điều khiển đóng mở các van nghịch
lưu.
10
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Hình 1.16.
1.3.17.
Biến áp xung nghịch lưu
Biến áp công suất có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp 1000 V về hai mức điện
áp 100 V và 20 V cấp cho đồng hồ đo và bảng điều khiển
Hình 1.17. Biến áp
1.3.18. Biến áp nguồn có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện một pha 220 V về điện áp 18 V
cấp cho bảng điều khiển
11
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Hình 1.18. Biến áp
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ ,
dùng để biến đổi hệ thống điện có điện áp U1( dòng điện I1 tần số f1 ) thành hệ thống có
điện áp U2 ( dòng điện I2 tần số f2 ). ở máy biến áp việc đổi điện áp chỉ thực hiện được
khi dòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện biến đổi xung. Máy biến áp được dùng trong
hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Ngoài ra máy biến áp cũng được dùng cho
một số yêu cầu như nối mạch chỉnh lưu và làm nguồn cấp cho lò điện … Máy biến áp có
một hoặc hai dây quấn đặt chung trên một mạch từ. Các dây nối có thể nối với nhau hoặc
không nối với nhau, khi chúng nối với nhau người ta gọi là máy biến áp tự ngẫu.
U2,f
U1 ,f
U3,f
Hình 1.19. Sơ đồ nguyên lý
*Ngoài ra còn Các đồng hồ đo điện áp, đo dòng điện, đo tần số, đo lưu lượng nước.
Bốn nút ấn hai nút ấn điều khiển hoạt động của động cơ của máy cắt. Hai nút ấn điều
khiển hoạt động của khơi động từ. Và biến trở.
1.4. Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu
12
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Phần chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một
chiều. Thường là bộ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng gồm 6 diode hoặc 6 Thyristor có góc
mở nhỏ do đó có ưu điểm là điện áp chỉnh lưu cao Ud = 2,34 U2, hệ số đập mạch nhỏ,
có công suất đầu ra xấp xỉ công suất đầu vào S 1,05.Pd.
P
NCBA
T1
C1
T3
T5
C
R
R
R1
LH1 7
C
LK1
LK2
LH2
LH3
R7
R8
R9
RES2
RES2
RES2
V
LK3
T2
C
R
T4
C
R
T6
V600
C
R
A1
A
LD
Q
Hình 1.20. Sơ đồ nguyên lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu
13
Các hệ thống điện tử điển hình
Uf
Ua
Uc
Ub
t1
t3
t2
Ud
Lò trung tần nấu thép
t5
t4
t6
Uab Uac Ubc Uba Uca Ucb
iT1
iT3
iT5
iT2
iT4
iT6
id
uV1
Ungmax
Uab
Uac
Hình 1.21. Đồ thị dạng dòng điện, điện áp trên sơ đồ mạch chỉnh lưu.
14
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Phần chỉnh lưu mắc theo sơ đồ cầu ba pha có điều khiển, các van điều khiển là các
thyristor. Mạnh chỉnh lưu được lấy nguồn từ nguồn điện áp xoay chiều ba pha điện áp 380
V. Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp xoay chiều ba pha thành nguồn
điện một chiều cung cấp cho mạch ngịch lưu. Ta có đồ thị như hình vẽ với góc điều khiển
= 30 0
Dòng chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểm
cần mở Tiristo chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod
(+), một xung ở nhóm catod (-)). Ví dụ tại thời điểm t1 trên hình vẽ cần mở Tiristo T1 của
pha A phía anod, chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó chúng ta cấp thêm xung X4 cho
Tiristo T4 của pha B phía catod các thời điểm tiếp theo cũng tương tự. Cần chú ý rằng thứ
tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha.
Khi chúng ta cấp đúng các xung điều khiển, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện áp
dương hơn về pha có điện áp âm hơn. Ví dụ trong khoảng t1 t2 pha A có điện áp dương
hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng điện dược chạy từ A về B.
Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng dẫn của một van của
nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau. Điều này có
thể thấy rõ trong khoảng t1 t3 như trên hình vẽ Tiristo T1 nhóm anod dẫn, nhưng trong
nhóm catod T4 dẫn trong khoảng t1 t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 t3.
Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn và
bằng điện áp dây khi van khoá. Ta có thể lấy ví dụ cho van T1 (đường cong cuối cùng của
hình vẽ) trong khoảng t1 t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng t3 t5 van T3 dẫn
lúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5 t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện áp
ngược UCA.
Khi góc mở các Tiristo lớn lên tới góc 600 và thành phần điện cảm của tải quá
nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn. Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ pha này về
pha kia, là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng, cho tới
khi điện áp dây đổi dấu, các van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khoá.
Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng như đã nói trên là cần
phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn khi chế tạo
vận hành và sửa chữa. Để đơn giản hơn người ta có thể sử dụng điều khiển không đối
xứng.
15
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
Trên đồ thị điện áp các pha ta biểu diễn quá trình điều khiển các van riêng rẽ cho các
thyristor nhóm catốt chung và nhóm anốt chung.
Đường bao phía trên của đường điện áp pha cho ta hình dạng thế của điểm ra tải P khi
van T1, T3, T5, được điều khiển với góc so với các điểm chuyển mạch tự nhiên.
Đường bao phía dưới của các đường điện áp cho ta hình dạng thế của điểm ra tải Q
khi van T2, T4, T6, được điều khiển với góc so với các điểm chuyển mạch tự nhiên.
Dạng thế của P và Q so với điểm trung tính của nguồn giống với dạng điện áp ra của
các chỉnh lưu 3 pha hình tia. Nếu đo điện áp giữa P và Q ta có được điện áp ra của chỉnh
lưu cầu 3 pha được biểu diễn trên hệ thống điện áp dây Uab, Uac, Ubc, ….
Với tải thuần trở dạng dòng điện trên tải lặp lại giống như dạng điện áp trên U d. Góc
giới hạn giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn là 60 0 .
Nếu 60 0 thì dòng điện sẽ liên tục ta có công thức là:
Ud = Ud0.cos = 2,34 U2 cos .
Nếu góc 60 0 thì dòng điên sẽ gián đoạn ta có công thức là:
Ud =
3 6
0
U2 1 cos( 60 ) .
2
1.5. Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần nghịch lưu
Nghịnh lưu độc lập là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay
chiều có tần số ra có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập. Nguồn điện một
chiều ở đây được cung cấp bởi bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển
Nghich lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành nguồn dòng xoay
chiều có tấn số tuỳ ý.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cung cấp cho bộ biến đổi
phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào phải có giá trị lớn vô cùng để đảm bảo dòng
là liên tục.
* Ưu điểm:
– Mạch điều khiển đơn giản do quá trình chuyển mạch đơn giản và việc điều chỉnh công
suất của biến tần nguồn dòng chủ yếu được thực hiện phía chỉnh lưu.
– Thường được ứng dụng đối với lò công suất nhỏ vì vậy được sử dụng khá phổ biến.
* Nhược điểm :
– Do nguồn dòng không được hở mạch, do đó phải điều chỉnh công suất ở phía chỉnh lưu.
Vì vậy hệ số công suất truyền tải qua bộ chỉnh lưu thấp khi điều khiển sâu điện áp một
16
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
chiều .Điện áp van phụ thuộc vào điện áp trên tải nếu lò công suất lớn thì điện áp rất lớn
vì vậy nghịch lưu nguồn dòng không được cho lò công suất lớn.
Từ sơ đồ nghịch lưu dòng một pha ở trên ta thấy các tín hiệu điều khiển được đưa vào
từng đôi một tức là Tiristo T11,T13 thì lệch pha với với tín hiệu điều khiển đưa vào Tiristo
T12,T14 một góc 180 0 .
Điện cảm đầu vào của nghịch lưu đủ lớn ( Ld = ), do đó dòng điện đầu vào được
san phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dòng điện của nghịch lưu có
dạng xung vuông.
17
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
iZ
+
iZ
Ld
KW
R
T11
R
T12
iZ
C
C
B2
LF
V2
L9
L7
V2
32
Hz
‘+’
‘-‘
CF1
L10
L8
T14
R
C
T13
ic
CF2
R
C
Hình 1.22.
Sơ đồ nguyên lý lò phần ngịch lưu
18
Các hệ thống điện tử điển hình
Lò trung tần nấu thép
T
iN
Id
t
O
t
id
t
iC
t
iZ
t
i T1
i T2
t
U
T1
t
t1
t1′
tk
Hình 1.23. Biểu đồ xung của sơ đồ cầu một pha
19
Khi đưa xung vào mở cặp van T11,T13, dòng điện iN = id = Id. Đồng thời dòng qua tụ C
tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu được nạp điện với dấu “ +” ở bên trái và dấu “ – “ ở bên
phảI. Khi tụ C nạp đầy dòng qua tụ giảm về không. Do iN = iC + iZ = Id = hắng số, nên lúc
đầu dòng qua tảI nhỏ và sau đó dòng qua tảI tăng lên. Sau một nửa chu kỳ ( t = t1 ) người
ta đưa xung vào mở cặp van T12,T14. Cặp T12,T14 mở tạo ra quá trình phóng điện của tụ
C từ cực
“+” về cực “-“. Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T11,T13 sẽ làm cho T11,T13 bị khoá
lại. Quá trình chuyển mạch xảy ra gần như tức thời. Sau đó tụ C sẽ được nạp điện theo
chiều ngược lại với cực tính “+” ở bên phả và cực tính “-“ ở bên trái. Dòng iN = id = Id
nhưng đã ngược dấu .Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mở T11,T13 thì T12,T14 sẽ
bị khoá lại và quá trình được lặp lại như trước .ở thời điểm t1, khi mở T12,T14 thì T11,T13
sẽ bị khoá lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt lên. Khoảng thời gian duy trì điện áp ngược
là cần thiết để duy trì quá trình khoá để phục hồi tính chất điều khiển của van.
chính la góc khoá cua nghịch lưu.
LòKNgHình 1.1. Sơ đồ khối công dụng của lò cảm ứng dùng bộ biến tầnTrong sơ đồ khối công dụng của lò cảm ứng trung tần dùng bộ biến tần gồm những khâuchính sau : – Mạch lực gồm những khâu : + CL – Bộ chỉnh lưu có tinh chỉnh và điều khiển dùng tyristor đổi khác điện áp xoay chiều của lưới điệnthành điện áp một chiều. + NL – Khâu nghịch lưu cộng hưởng biến điện áp một chiều thành điện áp xoay chiềucung cấp cho vòng cảm ứng của lò. Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thép + CKL – Khâu lọc điện áp một chiều dùng cuộn kháng lọc với với trị số điện cảm L khálớn ( vì bộ nguồn phân phối cho bộ chỉnh lưu là bộ nguồn dòng ). + Lò trung tần có vòng cảm ứng cuốn xung quanh nồi của lò và một bộ tụ điện. – Mạch điều khiển và tinh chỉnh gồm những khâu : + KNg – Khâu nguồn một chiều cung ứng cho tổng thể những khâu trong mạch điều khiển và tinh chỉnh. + KĐCS – Khâu kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất tiêu thụ của lò cảm ứng. + KĐK – 2 – Khâu điều khiển và tinh chỉnh bộ chỉnh lưu. + KĐK – 1 – Khâu điều khiển và tinh chỉnh bộ nghịch lưu. + KĐK – 3 – Khâu điều khiển và tinh chỉnh công nghệ tiên tiến dùng rơle – công tắc nguồn tơ …. đo lường và thống kê và bảo vệ. 1.2. Sơ đồ nguyên tắc lò cảm ứngHiện nay tất cả chúng ta nhập rất nhiều lò trung tần nấu thép từ những nước khác nhau như : Anh, Mỹ, Nga, Trung Quốc có những thông số kỹ thuật công nghệ tiên tiến sau : – Dung tích mỗi mẻ nấu từ 50 đến 2000 Kg. – Công suất tiêu thụ định mức của lò từ 100 kW đến 1200 kW. Nhìn chung dù sản xuất khác nhau nhưng về cấu trúc, nguyên tắc hoạt động giải trí sơ đồ khốichức năng về cơ bản giống nhau. Trên hình 2.2. là sơ đồ nguyên tắc mạch lực lò trung tần nấu thép do Nước Ta lắp ráp. Lò trung tần nấu thépCác mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhNCBA626 5 4686970LH1 LH264LK165LK2LH3R963R8RES267R7RES266RES21511913169 LK315422C1R1C4R41531562014172325C521C3 1551518R2 C2R5152R3C6R62428A129219V6003031363732220LDL7L8R12C8R14C102212223033343536H × nh 2.2 S ¬ ® å nguyªn lý lß trung tÇn nÊu thĐpL9L10R13C9R15C11B241KWV2Hz42V25455CF134LFCF2Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thép1. 3 Lò cảm ứng trung tấn nấu thép gồm những thành phần chính sau : 1.3.1. Máy cắt – được điều khiển và tinh chỉnh đóng ngắt tự động hóa nhờ một động cơ hiệu suất nhỏ, cũng hoàn toàn có thể đóng ngắt trực tiếp bằng tay. Máy cắt được nối với nguồn điện áp xoay chiềuba pha điện ap 380 V cung ứng điện cho mạch chỉnh lưu cầu ba pha có tinh chỉnh và điều khiển. Hình 1.3. Máy cắt1. 3.2 CK. Cuộn kháng xoay chiều lõi không khí có tính năng hạn chế dòng ngắn mạchvà hạn chế tóc độ tăng trưởng dòng điện bảo vệ những tiristor chỉnh lưu T – CL1 T – CL 6. Hình 1.4. Cuộn kháng xoay chiều1. 3.3. Tyristor chỉnh lưu T – CL1 T – CL6 chỉnh lưu cầu ba pha tinh chỉnh và điều khiển hoàn toàndùng để biến hóa nguồn điện xoay chiều ba pha thành nguồn điện áp một chiều. Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépHình 1.5. Thyristor chỉnh lưu1. 3.4. Cuộn kháng LD – cuộn kháng lọc có công dụng san phẳng dòng điện một chiều cógiá trị điện cảm rất lớn. Mạch từ là mạch từ hở để tránh hiện tượng kỳ lạ bão hòa. Cuộn khángmột chiều có hai phần đông, mỗi hầu hết lại gồm có năm vòng lớn và trong mỗi vòng lớnlại gồm năm vòng nhỏ. Hình 1.6. Cuộn kháng lọc một chiều1. 3.5. Tyristor nghịch lưu T-NL1 T – NL4 là bộ nghịch lưu công hưởng, nối theo sơ đồcầu một pha có công dụng biến nguồn điện áp một chiều thành nguồn điện áp xoay chiều, điện áp ra trên tải có dạng gần hình sin. Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépHình 1.7. Thyristor nghịch lưu1. 3.6. Vòng cảm ứng – là phụ tải của của bộ nghịch lưu cộng hưởng. Vì dòng qua vòngcảm ứng cỡ hàng ngàn Ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25 30 % hiệu suất hữu dụng củathiết bị do vậy cần làm mát vòng cảm ứng. Làm mát bằng không khí được cho phép tỷ lệ dòng điện 2 5 A / mm 2. Còn làm mátbằng nước chảy trong ống tiết diện tròn thì được cho phép tỷ lệ dòng điện lên tới 10 30A / mm 2. Hình 1.8. Lò nấu kim loại1. 3.7. Tụ điện – được nối song song và tiếp nối đuôi nhau với vòng cảm ứng để tạo thành mạchvòng xê dịch. Tụ điện dùng trong sơ đồ của thiết bị gia nhiệt tần số nhằm mục đích làm chứcCác mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépnăng phân ly dòng điện một chiều và bù thông số hiệu suất cos của lò. Các tụ điện nàychịu được điện áp cao ( tới 1000 V ) và chịu được tần số cao ( tới 10 kHz ) tùy theo từngthiết bị gia nhiệt. 1.3.8. Dây dẫn cao tầnDây dẫn cao tần có cảm kháng đặc biệt quan trọng lớn do hiệu ứng mặt phẳng, hỗ cảm và chúng phụthuộc vào tấn số. Dây dẫn ở đây là những thanh cái phẳng, có ống rỗng có nước làm mát, cáp đồng trục cao tần hay cáp một ruột hoặc nhiều ruột. Cáp đồng trục có trở kháng và cảm kháng nhỏ so với những loại dây dẫn thông thườngnhưng nó có cấu trúc phức tạp và tốn vật tư hơn. Hiện nay đã có cáp chịu được điện áp 2000 V dòng điện 500A tần số 10000 kHz. 1.3.9. Bảng điều khiển và tinh chỉnh – được dùng để điều khiển và tinh chỉnh những khâu như cấp nguồn một chiềucung cấp cho toàn bộ những khâu trong bảng điều khiển và tinh chỉnh, kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất tiêu thụ trong lòcảm ứng, điều khiển và tinh chỉnh bộ chỉnh lưu, điều khiển và tinh chỉnh bộ nghịch lưu, điều khiển và tinh chỉnh công nghệ tiên tiến dùngrơle – công tắc nguồn tơ giám sát và bảo vệ. Hình 1.9. Bảng điều khiển1. 3.10. Các máy biến dòng cao – để biến hóa dòng điên cao từ 2000 ampe xuống dòngđiện 5 ampe. Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépHình 1.10. Biến dòng cao – Sơ đồ nguyên tắc máy biến dòng : S1T1I scI tcI tcT2S1Hình 1.11. Sơ đồ nguyên tắc máy biến dòngKhi có dòng điện đi qua phía sơ cấp thì khi đó : Itc = Isc / nTrong đó : Isc : Dòng điện đi qua cuộn sơ cấp, Itc : Dòng điện đi qua cuộn thứ cấp, n : Tỷ số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp, 1.3.11. Các máy biến dòng hạ – để đổi khác dòng điên từ 5 ampe xuống dòng điện 0,2 ampe. 1.3.12. Aptômat : là áp tô mát có ba tiếp điểm được mắc trực tiếp vào mạng điện xoaychiều ba pha điện áp 380 V. Có tính năng đóng cắt tự động hóa khi quá tải hoặc ngắn mạch. Cấp nguồn cho khởi động từ. Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépHình 1.12. Aptomat1. 3.13. Khởi đông từ ( Công tắc tơ ) Là khí cụ điện dùng để đóng cắt liên tục mạch điện động lực từ xa, bằngtay hoặc bằng tự động hóa. Việc đóng cắt công tắc nguồn tơ có tiếp điểm hoàn toàn có thể được triển khai bằngnam châm điện, thủy lực hay khí nén gần đây người ta thường dùng loại đóng cắt bằngnam châm điện Công tắc tơ có cấu trúc gồm hai cực, ở mỗi cực có hai tiếp điểm là tiếpđiểm chính ( tiếp điểm thao tác ) và tiếp điểm dập hồ quang. Hình 1.13 Khởi động từKhởi động từ được dùng ở đây để cấp nguồn cho máy biến áp và chống đóng điện trởlại khi mất điện. 1.3.14. Mạch RC bảo vệ quá điện áp : Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thép – Tiristor rất nhậy cảm với điện áp quá cao so với điện áp định mức. – Nguyên nhân gây ra hiện tượng kỳ lạ quá áp là sự tích tụ điện tích trong những van bán dẫn, khikhoá tiristor bằng điện áp ngược những điện tích trên đồi ngượchành trình tạo nên dòng điện ngược trong khoảng chừng thời hạn rất ngắn. Sự biến thiên độtngột nhanh gọn của dòng điện ngược tạo ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong cácđiện cảm dẫn đến những tiristor Open quá áp. – Để bảo vệ quá áp do tích tụ điện tích gây ra người ta dùng mạch RC ghépsong tuy nhiên với van. Trên hình là hai điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau và mắc tiếp nối đuôi nhau với tụ điện C.Hình 1.14.1. 3.15. Mạch RCĐiện trở Shunt được dùng để đo dòng điện chỉnh lưu. Hình 1.15. Điện trở shunt1. 3.16. Biến áp xung nghịch lưu dùng để phát xung tinh chỉnh và điều khiển đóng mở những van nghịchlưu. 10C ác mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépHình 1.16.1. 3.17. Biến áp xung nghịch lưuBiến áp hiệu suất có trách nhiệm biến hóa nguồn điện áp 1000 V về hai mức điệnáp 100 V và 20 V cấp cho đồng hồ đeo tay đo và bảng điều khiểnHình 1.17. Biến áp1. 3.18. Biến áp nguồn có trách nhiệm biến hóa nguồn điện một pha 220 V về điện áp 18 Vcấp cho bảng điều khiển11Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépHình 1.18. Biến ápMáy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, thao tác dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ, dùng để đổi khác mạng lưới hệ thống điện có điện áp U1 ( dòng điện I1 tần số f1 ) thành mạng lưới hệ thống cóđiện áp U2 ( dòng điện I2 tần số f2 ). ở máy biến áp việc đổi điện áp chỉ triển khai đượckhi dòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện đổi khác xung. Máy biến áp được dùng tronghệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Ngoài ra máy biến áp cũng được dùng chomột số nhu yếu như nối mạch chỉnh lưu và làm nguồn cấp cho lò điện … Máy biến áp cómột hoặc hai dây quấn đặt chung trên một mạch từ. Các dây nối hoàn toàn có thể nối với nhau hoặckhông nối với nhau, khi chúng nối với nhau người ta gọi là máy biến áp tự ngẫu. U2, fU1, fU3, fHình 1.19. Sơ đồ nguyên tắc * Ngoài ra còn Các đồng hồ đeo tay đo điện áp, đo dòng điện, đo tần số, đo lưu lượng nước. Bốn nút ấn hai nút ấn tinh chỉnh và điều khiển hoạt động giải trí của động cơ của máy cắt. Hai nút ấn điềukhiển hoạt động giải trí của khơi động từ. Và biến trở. 1.4. Đặc điểm nguyên tắc lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu12Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépPhần chỉnh lưu có trách nhiệm đổi khác dòng điện xoay chiều thành dòng điện mộtchiều. Thường là bộ chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng gồm 6 diode hoặc 6 Thyristor có gócmở nhỏ do đó có ưu điểm là điện áp chỉnh lưu cao Ud = 2,34 U2, thông số đập mạch nhỏ, có hiệu suất đầu ra xê dịch hiệu suất nguồn vào S 1,05. Pd. NCBAT1C1T3T5R1LH1 7LK1 LK2LH2LH3R7R8R9RES2RES2RES2LK3T2T4T6V600A1LDHình 1.20. Sơ đồ nguyên tắc lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu13Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhUfUaUcUbt1t3t2UdLò trung tần nấu thépt5t4t6Uab Uac Ubc Uba Uca UcbiT1iT3iT5iT2iT4iT6iduV1UngmaxUabUacHình 1.21. Đồ thị dạng dòng điện, điện áp trên sơ đồ mạch chỉnh lưu. 14C ác mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépPhần chỉnh lưu mắc theo sơ đồ cầu ba pha có tinh chỉnh và điều khiển, những van tinh chỉnh và điều khiển là cácthyristor. Mạnh chỉnh lưu được lấy nguồn từ nguồn điện áp xoay chiều ba pha điện áp 380V. Mạch chỉnh lưu có trách nhiệm đổi khác nguồn điện áp xoay chiều ba pha thành nguồnđiện một chiều cung ứng cho mạch ngịch lưu. Ta có đồ thị như hình vẽ với góc tinh chỉnh và điều khiển = 30 0D òng chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời điểmcần mở Tiristo tất cả chúng ta cần cấp hai xung tinh chỉnh và điều khiển đồng thời ( một xung ở nhóm anod ( + ), một xung ở nhóm catod ( – ) ). Ví dụ tại thời gian t1 trên hình vẽ cần mở Tiristo T1 củapha A phía anod, tất cả chúng ta cấp xung X1, đồng thời tại đó tất cả chúng ta cấp thêm xung X4 choTiristo T4 của pha B phía catod những thời gian tiếp theo cũng tựa như. Cần chú ý quan tâm rằng thứtự cấp xung tinh chỉnh và điều khiển cũng cần tuân thủ theo đúng thứ tự pha. Khi tất cả chúng ta cấp đúng những xung điều khiển và tinh chỉnh, dòng điện sẽ được chạy từ pha có điện ápdương hơn về pha có điện áp âm hơn. Ví dụ trong khoảng chừng t1 t2 pha A có điện áp dươnghơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thông T1, T4 dòng điện dược chạy từ A về B.Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn, trong mỗi khoảng chừng dẫn của một van củanhóm này ( anod hay catod ) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau. Điều này cóthể thấy rõ trong khoảng chừng t1 t3 như trên hình vẽ Tiristo T1 nhóm anod dẫn, nhưng trongnhóm catod T4 dẫn trong khoảng chừng t1 t2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng chừng t2 t3. Điện áp ngược những van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha sẽ bằng 0 khi van dẫn vàbằng điện áp dây khi van khóa. Ta hoàn toàn có thể lấy ví dụ cho van T1 ( đường cong sau cuối củahình vẽ ) trong khoảng chừng t1 t3 van T1 dẫn điện áp bằng 0, trong khoảng chừng t3 t5 van T3 dẫnlúc này T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng chừng t5 t7 van T5 dẫn T1 sẽ chịu điện ápngược UCA.Khi góc mở những Tiristo lớn lên tới góc 600 và thành phần điện cảm của tải quánhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn. Trong những trường hợp này dòng điện chạy từ pha này vềpha kia, là do những van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng, cho tớikhi điện áp dây đổi dấu, những van bán dẫn sẽ có phân cực ngược nên chúng tự khóa. Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha tinh chỉnh và điều khiển đối xứng như đã nói trên là cầnphải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha, do đó gây không ít khó khăn vất vả khi chế tạovận hành và thay thế sửa chữa. Để đơn thuần hơn người ta hoàn toàn có thể sử dụng tinh chỉnh và điều khiển không đốixứng. 15C ác mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépTrên đồ thị điện áp những pha ta màn biểu diễn quy trình tinh chỉnh và điều khiển những van riêng rẽ cho cácthyristor nhóm catốt chung và nhóm anốt chung. Đường bao phía trên của đường điện áp pha cho ta hình dạng thế của điểm ra tải P khivan T1, T3, T5, được tinh chỉnh và điều khiển với góc so với những điểm chuyển mạch tự nhiên. Đường bao phía dưới của những đường điện áp cho ta hình dạng thế của điểm ra tải Qkhi van T2, T4, T6, được điều khiển và tinh chỉnh với góc so với những điểm chuyển mạch tự nhiên. Dạng thế của P. và Q. so với điểm trung tính của nguồn giống với dạng điện áp ra củacác chỉnh lưu 3 pha hình tia. Nếu đo điện áp giữa P. và Q ta có được điện áp ra của chỉnhlưu cầu 3 pha được trình diễn trên mạng lưới hệ thống điện áp dây Uab, Uac, Ubc, …. Với tải thuần trở dạng dòng điện trên tải lặp lại giống như dạng điện áp trên U d. Gócgiới hạn giữa dòng liên tục và dòng gián đoạn là 60 0. Nếu 60 0 thì dòng điện sẽ liên tục ta có công thức là : Ud = Ud0. cos = 2,34 U2 cos . Nếu góc 60 0 thì dòng điên sẽ gián đoạn ta có công thức là : Ud = 3 6U2 1 cos ( 60 ). 1.5. Đặc điểm nguyên tắc lò trung tần nấu thép phần nghịch lưuNghịnh lưu độc lập là thiết bị biến hóa dòng điện một chiều thành dòng điện xoaychiều có tần số ra hoàn toàn có thể biến hóa được và thao tác với phụ tải độc lập. Nguồn điện mộtchiều ở đây được cung ứng bởi bộ chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiểnNghich lưu dòng là thiết bị biến hóa nguồn dòng một chiều thành nguồn dòng xoaychiều có tấn số tùy ý. Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều phân phối cho bộ biến đổiphải là nguồn dòng, do đó điện cảm nguồn vào phải có giá trị lớn vô cùng để bảo vệ dònglà liên tục. * Ưu điểm : – Mạch điều khiển và tinh chỉnh đơn thuần do quy trình chuyển mạch đơn thuần và việc kiểm soát và điều chỉnh côngsuất của biến tần nguồn dòng hầu hết được thực thi phía chỉnh lưu. – Thường được ứng dụng so với lò hiệu suất nhỏ vì thế được sử dụng khá phổ cập. * Nhược điểm : – Do nguồn dòng không được hở mạch, do đó phải kiểm soát và điều chỉnh hiệu suất ở phía chỉnh lưu. Vì vậy thông số hiệu suất truyền tải qua bộ chỉnh lưu thấp khi tinh chỉnh và điều khiển sâu điện áp một16Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépchiều. Điện áp van nhờ vào vào điện áp trên tải nếu lò hiệu suất lớn thì điện áp rất lớnvì vậy nghịch lưu nguồn dòng không được cho lò hiệu suất lớn. Từ sơ đồ nghịch lưu dòng một pha ở trên ta thấy những tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh được đưa vàotừng đôi một tức là Tiristo T11, T13 thì lệch sóng với với tín hiệu điều khiển và tinh chỉnh đưa vào TiristoT12, T14 một góc 180 0. Điện cảm nguồn vào của nghịch lưu đủ lớn ( Ld = ), do đó dòng điện đầu vào đượcsan phẳng, nguồn cấp cho nghịch lưu là nguồn dòng và dạng dòng điện của nghịch lưu códạng xung vuông. 17C ác mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépiZiZLdKWT11T12iZB2LFV2L9L7V232Hz ‘ + ‘ ‘ – ‘ CF1L10L8T14T13icCF2Hình 1.22. Sơ đồ nguyên tắc lò phần ngịch lưu18Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépiNIdidiCiZi T1i T2T1t1t1 ‘ tkHình 1.23. Biểu đồ xung của sơ đồ cầu một pha19Các mạng lưới hệ thống điện tử điển hìnhLò trung tần nấu thépKhi đưa xung vào mở cặp van T11, T13, dòng điện iN = id = Id. Đồng thời dòng qua tụ Ctăng lên đột biến, tụ C khởi đầu được nạp điện với dấu “ + ” ở bên trái và dấu “ – “ ở bênphảI. Khi tụ C nạp đầy dòng qua tụ giảm về không. Do iN = iC + iZ = Id = hắng số, nên lúcđầu dòng qua tảI nhỏ và sau đó dòng qua tảI tăng lên. Sau 50% chu kỳ luân hồi ( t = t1 ) ngườita đưa xung vào mở cặp van T12, T14. Cặp T12, T14 mở tạo ra quy trình phóng điện của tụC từ cực “ + ” về cực “ – “. Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T11, T13 sẽ làm cho T11, T13 bị khoálại. Quá trình chuyển mạch xảy ra gần như tức thời. Sau đó tụ C sẽ được nạp điện theochiều ngược lại với cực tính “ + ” ở bên phả và cực tính “ – “ ở bên trái. Dòng iN = id = Idnhưng đã ngược dấu. Đến thời gian t = t2 người ta đưa xung vào mở T11, T13 thì T12, T14 sẽbị khóa lại và quy trình được lặp lại như trước. ở thời gian t1, khi mở T12, T14 thì T11, T13sẽ bị khóa lại bởi điện áp ngược của tụ C đặt lên. Khoảng thời hạn duy trì điện áp ngượclà thiết yếu để duy trì quy trình khóa để phục sinh đặc thù điều khiển và tinh chỉnh của van. chính la góc khóa cua nghịch lưu. Nguồn tài liệu tìm hiểu thêm : / > 20
