Giáo trình trang bị điện-Chương 3

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

143
lượt xem 51
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khái niệm chung Lò hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và nấu thép hợp kim chất lượng cao. Lò hồ quang được cấp nguồn từ biến áp lò đặc biệt với điện áp đặt vào cuộn sơ cấp (6 ÷ 10)kV, và có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp dưới tải.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình trang bị điện-Chương 3

21 Chương 3 LÒ HỒ QUANG 3.1 Khái niệm chung Lò hồ quang lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang để nấu chảy kim loại và nấu thép hợp kim chất lượng cao. Lò hồ quang được cấp nguồn từ biến áp lò đặc biệt với điện áp đặt vào cuộn sơ cấp (6 ÷ 10)kV, và có hệ thống tự động điều chỉnh điện áp dưới tải. 1.Các thông số quan trọng của lò hồ quang là: + Dung tích định mức của lò: số tấn kim loại lỏng của một mẻ nấu. + Công suất định mức của biến áp lò: ảnh hưởng quyết định tới thời gian nấu luyện và năng suất của lò. 2. Chu trình nấu luyện của lò hồ quang gồm ba giai đoạn với các đặc điểm công nghệ sau: + Giai đoạn nung nóng nguyên liệu và nấu chảy kim loại. Trong giai đoạn này, lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếm khoảng 60 ÷ 80% năng lượng của toàn mẻ nấu luyện và thời gian chiếm 50 ÷ 60% toàn bộ thời gian một chu trình (thời gian một mẻ nấu luyện). Trong giai đoạn này thường xuyên xảy ra hiện tượng ngắn mạch làm việc, ngọn lửa hồ quang cháy kém ổn định, công suất nhiệt không cao do ngọn lửa hồ quang ngắn (1 ÷ 10mm). + Giai đoạn ôxy hoá là giai đoạn khử cacbon (C) của kim loại đến một trị số hạn định tuỳ theo mác thép, khử phốt pho (P) và khử lưu huỳnh trong mẻ nấu. Ở giai đoạn này, công suất nhiệt chủ yếu để bù lại tổn hao nhiệt trong quá trình nấu luyện; nó chiếm khoảng 60% công suất nhiệt của giai đoạn nấu chảy kim loại. + Giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử oxy, khử sulfua trước khi thép ra lò. Công suất nhiệt của ngọn lửa hồ quang trong giai đoạn này khá ổn định. Công suất yêu cầu chiếm khoảng 30% của giai đoạn nấu chảy kim loại. Độ dài cung lửa hồ quang khoảng 20mm. 3. Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang Một lò hồ quang bất kỳ đều phải có các bô phận chính sau: - Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt, cửa lò và miệng rót thép nấu chảy. + Vòm, nóc lò có vỏ cách nhiệt. + Giá nghiêng lò. + Điện cực. + Giá đỡ điện cực Và các cơ cấu sau: + Cơ cấu nghiêng lò để rót nước thép và xỉ. + Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục của mình.
22 + Cơ cấu dịch chyển vỏ lò để nạp liệu. + Cơ cấu nâng vòm lò để dịch chuyển vỏ lò. + Cơ cấu dịch chuyển điện cực. + Cơ cấu nâng tấm chắn gió của cửa lò. Trong sáu cơ cấu trên (trừ cơ cấu dịch chuyển điện cực) đều dùng hệ truyền đông xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hoặc rôto dây quấn. Còn cơ cấu dịch chuyển điện cực dùng hệ truyền đông một chiều. Động cơ truyền đông là động cơ điện một chiều kích từ độc lập được cấp nguồn từ một bộ biến đổi. Bộ biến đổi có thể là: - Máy điên khuếch đại - Khuếch đại từ. - Bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng Thyristor. Chế độ làm việc của động cơ dịch chuyển địện cực là chế độ ngắn hạn lặp lại. Cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang được giới thiệu trên hình 3.1 3.2 Sơ đồ cung cấp điên của lò hồ quang Sơ đồ cung cấp điện cho lò hồ quang được giới thiệu trên hình 3.2 Nguồn cấp cho lò hồ quang được lấy từ trạm phân phối trung gian với cấp điện áp 6, 10, 20 hoặc 22kV (tuỳ theo cấp điện áp của trạm phân phối). Sơ đồ cấp điện có các thiết bị chính sau: + Cầu dao cách ly, đóng cắt không tải dùng để cách ly mạch lực của lò và lưới điên trong trường hợp cần sửa chữa. + Máy cắt dầu 1MC, đóng cắt có tải cấp điện cho lò. + Cuộn kháng CK dùng để hạn chế dòng ngắn mạch làm việc (dòng ngắn mạch làm việc không được lớn hơn 3 lần dòng định mức), ngoài ra cuộn kháng còn có chức năng đảm bảo cho ngọn lửa hồ quang cháy ổn định, đặc biệt là trong giai đoạn nung nóng và nấu chảy kim loại. Sau đó cuộn kháng CK được ngắn mạch bằng máy cắt dầu 2MC. + Máy cắt dầu 3MC và 4MC dùng để đổi nối sơ đồ đầu dây cuộn sơ cấp của biến áp lò (BAL) thành hình sao (Y) hoặc tam giác (∆). + Biến áp lò (BAL) dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp cấp cho lò. Biến áp lò về cấu tạo và hình dáng giống như biến áp động lực thông thường, nhưng nó làm việc trong môi trường khắc nghiệt, điều kiện làm việc nặng nề cho nên so với biến áp động lực thông thường nó có những đặc điểm khác biệt sau: - Cùng một cấp công suất, biến áp lò có kích thước và khối lượng lớn hơn. - Dòng ngắn mạch nhỏ (Inm ≤ 3Iđm). - Có độ bền cơ học cao để chụi được sự tác động của lực điện từ phát sinh trong các cuộn dây và thanh dẫn trong trường hợp xảy ra hiện tượng ngắn mạch làm vịệc.
23 1.vỏ lò; 2. vòm lò; 3. cửa lò; 4. Miệng rót; 5.giá nghiêng lò; 6. Cơ cấu nghiêng lò; 7.Cơ cấu dịch chuyển vỏ lò; 8. cơ cấu nâng vòm lò; 9. điện cực; 10. giá đỡ điện cực; 11.cơ cấu dịch chuyển điện cực; 12. đầu cấp điện vào điện cực Hình 3.2 Sơ đồ cung cấp điện lò hồ quang Hình 3.1 Cấu tạo và kết cấu lò hồ quang
24 - Có khả năng tự động điều chỉnh điện áp dưới tải trong phạm vi khá rộng khi điện áp lưới dao động. Công suất của biến áp lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện công suất nhiệt trong giai đoạn nóng chảy, vì ở giai đoạn còn lại công suất nhiệt lò yêu cầu ít hơn. Nếu giả thiết rằng: trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất trong lò hồ quang, trong biến áp lò và trong cuộn kháng CK được bù trừ bởi năng lượng của phản ứng toả nhiệt thì công suất của biến áp lò được tính theo biểu thức: W [kVA] (3.1) S= t nc .k sd . cos ϕ Trong đó: W- năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và dừng lò giữa hai lần nấu, kWh; tnc- thời gian nấu chảy, h; ksd- hệ số sử dụng công suất của lò trong giai đoạn nấu chảy; cosφ- hệ số công suất của lò. Năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt W có thể tính được theo công thức: W = Wg [kWh] (3.2) Trong đó: w- suất chi phí điện năng để nấu chảy một tấn kim loại, kWh/T G- khối lượng kim loại nấu chảy, T Thông số kỹ thuật của một số lò hồ quang do Nga chế tạo ba pha có vòm lò quay và nạp liệu từ đỉnh được giới thiệu trong bảng 3.1 + Thiết bị đo lường và bảo vệ - Phía cao áp có biến dòng TI1 và biến điện áp TU dùng cho các khí cụ đo lường: vôn kế (V), ampe kế (A), wat kế (W), đồng hồ đo công suất hữu công (kWh) và đồng hồ công suất vô công (kVAr). - Phía hạ áp có biến dòng TI2 dùng để đo dòng và đưa tín hiệu đến mạch bảo vệ ĐKBV (khối điều khiển và bảo vệ). 3.3 Điều chỉnh công suất lò hồ quang Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai đoạn, công suất điện tiêu thụ khác nhau. Bởi vậy, điều chỉnh công suất lò hồ quang là một vấn đề quan trọng đối với công nghệ nấu luyện kim loại trong lò hồ quang. Ngoài ra, điều chỉnh công suất lò trong toàn chu trình nấu luyện hợp lý cho phép: - Giảm thời gian nấu luyện. - Nâng cao năng suất của lò. - Giảm chi phí điện năng. - Nâng cao chất lượng thép.
25 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật một số loại lò hồ quang ДCΠ-100M1 ДCΠ-200M1 ДCΠ-100И6 ДCΠ-0,5И3 ДCΠ-1,5И3 ДCΠ-12H2 ДCΠ-25H2 ДCΠ-50H2 ДCΠ-6H2 ДCΠ-3И3 Thông số Dung lượng 0,5 1,5 3 6 12 25 50 100 100 200 định mức (T) Công suất biến áp lò 0,63 1,25 2,0 4,0* 8,0* 12,5* 20* 32* 80** 6 (MVA) 420 476 761 Giới hạn điện 216 - 225 - 243 - 281 - 380 - 390 - 695 - - - áp lưới (V) 106 110 124 120 120 130 -193 155 161 259 Điện áp sơ 6(10) 6(10) 6(10) 6(10) 6(10) 10(35) 35 35 35 110 cấp (kV) Số cấp điện 8 8 8 8 12 23 22 22 23 23 áp Năng lượng để nấu chảy 560 535 515 480 445 435 425 420 420 420 kW.h/T Đường kính điện cực 150 200 200 300 350 400 500 555 610 610 graphic (mm) Điều chỉnh công suất lò bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đổi được điện áp hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang. Có thể duy trì công suất lò theo dòng Ihq, điện áp Uhq hoặc Zhq = Uhq/Ihq. • Bộ điều chỉnh duy trì dòng Ihq =const sẽ không mồi hồ quang tự động được. Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó thay đổi sẽ làm cho dòng 2 pha còn lại thay đổi. Ví dụ như đứt 1pha, dòng 2 pha còn lại giảm xuống và lúc đó bộ điều chỉnh thực hiện việc hạ điện cực xuống mặc dầu không cần việc đó. Các bộ điều chỉnh này chỉ dùng cho lò một pha, chủ yếu là lò hồ quang chân không • Bộ điều chỉnh duy trì điện áp Uhq = const có khó khăn trong việc đo thông số này. Thực tế, cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của lò và thanh cái thứ cấp BAL. Do vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẽ ảnh hưởng tới 2 pha còn lại như đã trình bày
26 • Bộ điều chỉnh duy trì Uhq/Ihq = Zhq = const là tối ưu thông qua hiệu số các tín hiệu dòng và áp: aIhq – bUhq = bIhq(Z0hq – Zhq) Trong đó: a,b các hệ số phụ thuộc biến áp, biến dòng… Z0hq, Zhq giá trịđặt và giá trị thực của tổng trở hồ quang. 1/bIhq(aIhq - bUhq) = Z0hq – Zhq = ∆Zhq Như vậy việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá trị đặt. Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất lò, ít chụi ảnh hưởng của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha. Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (gồm nấu chảy, ôxy hoá, hoàn nguyên) đòi hỏi một công suất nhất định, mà công suất này lại phụ thuộc chiều dài ngọn lửa hồ quang. Như vậy, điều chỉnh dịch điện cực tức là điều chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang, do đó điều chỉnh được công suất lò hồ quang. Đó là nhiệm vụ cơ bản của các bộ điều chỉnh tự động các lò hồ quang. Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang là: 1. Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòng điện hồ quang không tụt quá (4÷5)% trị số dòng điện làm việc. Vùng không nhạy của bộ điều chỉnh không quá ± (3÷6)% trong khi nấu chảy và ± (2÷4)% trong các giai đoạn khác 2. Tác động nhanh, đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian (1,5 ÷3)s. Điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm Carbon của kim loại… Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần trong giai đoạn nấu chảy. Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch cực nhanh tới (2,5÷3)m/ph trong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền động điện cơ) và (5÷6)m/ph (khi truyền động thuỷ lực). Dòng điện hồ quang càng lệch xa vị trí đặt thì tốc độ dịch cực phải nhanh 3.Thời gian điều chỉnh ngắn 4. Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng. Yêu cầu này càng cần đối với lò 3 pha không có dây trung tính. Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ chế độ hồ quang của pha còn lại. Điện cực các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển. Do vậy mỗi pha cần có hệ điều chỉnh độc lập để sự làm việc của nó không ảnh hưởng tới chế độ làm việc của các pha khác 5. Thay đổi công suất lò trơn trong giới hạn 20÷125% trị số định mức với sai số không quá 5% 6. Có thể di chuyển nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế độ điều khiển bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó (chẳng hạn nâng điện
27 cực trước khi chất liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động. 7.Tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi đứt hồ quang Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang. 8. Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới. Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực ) có thể truyền động bằng điện - cơ hay thuỷ lực. Trong cơ cấu điện - cơ, động cơ được dùng phổ biến là động cơ điện một chiều kích từ độc lập vì nó có mômen khởi động lớn, giải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm. Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mômen quán tính của roto nhỏ. 3.4 Một số sơ đồ khống chế dịch cực lò hồ quang 1. Sơ đồ chức năng một pha khống chế dịch cực hồ quang (hình 3.3) 3 5 1 4 6 7 2 Hình 3.3 Sơ đồ khối chức năng hệ điều chỉnh công suất lò hồ quang Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 7 (lò hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai. Bộ điều chỉnh gồm các phần tử cảm biến dòng 1 và biến áp 2, phần tử so sánh 3, bộ khuếch đại 5, cơ cấu chấp hành 6 và thiết bị đặt 3. Trên phần tử so sánh 4 có hai tín hiệu từ đối tượng tới (từ đối tượng dòng và áp) và một tín hiệu từ thiết bị đặt tới. Tín hiệu so lệch từ phần tử so sánh được khuếch đại qua bộ khuếch đại 5 rồi đến cơ cấu chấp hành 6 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 các phần tử phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dòng , áp hồ quang v.v…Trong sơ đồ cũng có thể có các phần tử chương trình hoá, máy tính v.v… Hệ điều chỉnh có thể dùng khuếch đại từ, khuếch đại máy điện, Thyristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ…
28 2. Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò hồ quang dùng máy điện khuếch đại - động cơ 3CL 4CL 9R CB 7R Đ RA CFA M ĐKĐ 8R BD 1R 1CL 1C 1CD 10R RTh RD 6 5 5R CKĐ 3R RD RTh CĐC2 RA 7 8 4R 2K 2CD 2R 2CL _ + 1K 2 1 9 10 CĐC1 6R 11 12 3 4 VỊ TRÍ TAY GẠT (1-2) + (3-4) : Nâng N (5-6) + (7-8) : Tự động (9-10)+(11-12) : Hạ H Hình 3-4. Sơ đồ dịch cực cho một pha lò hồ quang
29 Lò hồ quang được trang bị bốn hệ truyền động như nhau, trong đó ba hệ dùng để truyền đông ba điện cực, hệ còn lại ở chế độ dự phòng. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động được biểu diễn trên hình 3-4. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập Đ truyền động nâng hạ điện cực thông qua cơ cấu truyền lực dùng bánh răng - thanh răng được cấp nguồn từ máy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐ. MĐKĐ có ba cuộn kích thích: - Cuộn chủ đạo CĐC1ở chế độ tự động và CĐC2 ở chế độ bằng tay. - Cuộn phản hồi âm điện áp CFA. Ở chế độ tự động: cầu dao 1CD hở, 2CD đóng và tay gạt 5-6 và 7-8 đóng. Điện áp ra ở chỉnh lưu tỉ lệ với dòng điện hồ quang đặt lên chiết áp 3R. Điện áp ra của cầu chỉnh lưu 2CL tỉ lệ với điện áp hồ quang đặt lên chiết áp 4R. Điện áp đặt lên cuộn kích thích CĐ1 bằng: UCĐC1 = UR4 – UR3 (3.3) Khi điện áp chưa chạm vào phôi liệu, dòng điện hồ quang (Ihq) bằng không, điện áp hồ quang là trị số cực đại Uhqmax. Điện áp đặt lên cuộn CĐC1 bằng: UCĐC1 = UR4 (3.4) Sức từ động sinh ra trong cuộn CĐC1 có chiều để MĐKĐ phát ra điện áp có cực tính để động cơ Đ quay theo chiều hạ điện cực đi xuống với tốc độ chậm vì lúc này dòng hồ quang bằng không nên rơle dòng RD chưa tác động, điện trở 5R nối tiếp với cuộn CĐC1, mặt khác điột 3CL thông làm ngắn mạch điện trở 7R nên dòng trong cuộn phản hồi âm điện áp CFA tăng lên. Sức từ động tổng trong các cuộn kích thích là: Ft = Fcđ - FA (3.5) sẽ giảm xuống, kết quả là điện cực được hạ xuống chậm. Khi điện cực chạm vào phôi liệu (hiện tượng ngắn mạch làm việc), dòng hồ quang có trị số cực đại (Ihq = Inm), còn điện áp hồ quang bằng không (Uhq = 0). Mặt khác rơ le dòng RD tác động nên điện trở 5R bị ngắn mạch, điện áp đặt trên cuộn CĐC1 bằng điện áp đặt lên điện trở R3. UCĐC1 = UR3 (3.6) Sức từ đông do cuộn dây CĐC1 đảo chiều, máy điện khuếch đại phát ra điẹn áp có cực tính ngược lại, làm cho đông cơ đảo chiều quay kéo điện cực lên nhanh. Trong chế độ nâng, điôt 3CL khoá, điện trở 7R được nối tiếp với cuộn CFA làm giảm sức từ động FA; đồng thời điôt 4CL thông nên rơle điện áp RA tác động làm cuộn dây rơle thời gian mất điện. Sau thời gian mở chậm, tiếp điểm RTh mở ra đưa điện trở 10R vào nối tiếp với cuộn kích thích CKĐ của động cơ làm giảm từ thông để tăng tốc động cơ trên tốc độ cơ bản. Kết quả là sức từ động tổng trong các cuộn kích từ tăng lên để điện
30 cực được kéo lên nhanh khỏi phôi liệu và sau thời gian chỉnh định (đủ để cho điện áp MĐKĐ đạt đến định mức) từ thông động cơ giảm để tốc độ tăng trên tốc độ cơ bản. Khi điện cực nâng khỏi phôi liệu, ngọn lửa hồ quang xuất hiện, quá trình mồi hồ quang hoàn tất. Trong quá trình điện cực di chuyển theo chiều đi lên, dòng điện hồ quang giảm, điện áp hồ quang tăng lên. Hiệu điện áp lấy trên chiết áp 3R và 4R giảm dần, sức từ động giảm, điện áp phát ra của máy điên khuếch đại giảm dần và động cơ nâng điện cực chậm dần. Khi điện áp máy phát của máy điện khuếch đại nhỏ hơn ngưỡng tác động của RA, RA không tác động nên RTh có điện để ngắn mạch điện trở 10R làm tăng dòng của cuộn CKĐ đến giá trị định mức, tốc độ động cơ lại càng giảm đến thời điểm thời điểm khi điện áp trên 3R và 4R cân bằng về trị số, điện áp trên cuộn CĐC1 bằng không, điện áp phát ra của máy điện khuếch đại bằng không động cơ ngừng quay, ngọn lửa hồ quang cháy ổn định. Trong quá trình nấu luyện, do sự bắn phá của các điện tử lên bề mặt điện cực, làm cho điện cực bị mòn dần, hệ truyền động sẽ tự động hạ điện cực theo chiều đi xuống để duy trì độ dài cung lửa hồ quang không đổi, duy trì tỷ số: U hq (3.7) = const I hq Ở chế độ khống chế bằng tay, cầu dao 1CD đóng, 2CD mở, tay gạt 1-2 và 3-4 đóng (để nâng điện cực) hoặc 9-10 và 11-12 đóng (để hạ điện cực), cuộn CĐC2 có điện, chức năng tương tự như cuộn CĐC1 ở chế độ tự động. 3. Sơ đồ dịch cực lò hồ quang dùng Thyristor. Bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang dùng Thyristor có thể làm việc với lò dung lượng 200T, động cơ dịch cực có công suất 11kW. Tốc độ dịch cực tối đa 5m/ph khi dùng thanh răng và 1,5m/ph khi dùng tời. + Mạch lực - Động cơ một chiều kích từ độc lập Đ truyền động dịch chuyển điện cực thông qua cơ cấu truyền động thanh răng - bánh răng được cấp nguồn từ bộ biến đổi dùng thyristor. - Bộ biến đổi là hai bộ chỉnh lưu hình tia ba pha nối song song ngược: 1T, 3T, 5T và 2T, 4T, 6T. - Biến áp động lực 2BA có chức năng phối hợp điện áp giữa lưới điện và động cơ điện, đồng thời hạn chế dòng điện ngắn mạch và hạn chế tốc độ tăng dòng anot để bảo vệ các thyristor. - Cuộn kháng cân bằng CKCB1 và CKCB2 hạn chế dòng cân bằng. - Trị số tốc độ và chiều quay của động cơ phụ thuộc vào điện áp ra của bộ biến đổi . Trị số này phụ thuộc vào góc mở α của các thyristor
31 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ truyền động dịch chuyển điện cực dùng hệ T - Đ - Điều khiển bộ biến đổi này dùng phương pháp điều khiển chung (phối hợp tuyến tính): α1 + α2 = 1800 + Mạch điều khiển - Điện áp ra trên cầu chỉnh lưu 1CL tỷ lệ với dòng điện hồ quang (Ihq) đặt lên chiết áp VR2. - Điện áp ra trên cầu chỉnh lưu 2CL tỷ lệ với điện áp hồ quang đặt lên chiết áp VR3. Tổng đại số của hai điện áp trên hai chiết áp đó đưa vào khâu KN (khâu không nhạy tạo ra đoạn a1 - a2) nếu tổng đại số của hai điện áp trên nhỏ hơn trị số điện áp của khâu KN, điện áp ta của KN (tương ứng như điện áp chủ đạo) bằng không. Lúc đó góc mở α = 900 cho hai nhóm van, điện áp ra của hai bộ biến đổi bằng không, động cơ dừng quay. Nếu chế độ làm việc của lò sai lệch khỏi chế độ đã đặt (như Ihq tăng do hiện tượng ngắn mạch làm việc, Uhq tăng do chưa mồi được hồ quang hoặc ngọn lửa hồ quang bị đứt) thì tổng đại số trên hai chiết áp VR2 và VR3 lớn hơn điện áp ngưỡng của vùng không nhạy, điện áp ra của KN khác không, cực tính điện áp ra của KN sẽ quyết định trị số góc của α để cho bộ biến đổi
32 phát ra điện áp có cực tính để động cơ Vcực quay theo chiều nâng hoặc hạ điện cực. - Khi điện áp hồ quang (Uhq) tăng, cực nâng Vmax tính của điên áp ra của khâu KN sẽ làm c cho bộ biến đổi phát ra điện áp để động cơ quay theo chiều hạ điện cực. b - Khi dòng điện hồ quang tăng, cực tính a1 ra của khâu KN đổi cực tính, kết quả a2 ∆I (%) động cơ quay theo chiều nâng điện cực đi hq lên. Ở vùng dòng hồ quang thay đổi nhỏ, tốc độ nâng điện cực tỷ lệ với số gia ∆Ihq (đoạn a2 b) ở vùng thay đổi lớn của dòng -Vmax hồ quang, thì tốc độ nâng điện cực tăng hạ nhảy vọt ( làm việc ở chế độ rơle) nhờ Hình 3.6 Đặc tính tĩnh của bộ điều chỉnh điốt ổn áp trong khâu phản hồi âm điện dịch cực lò hồ quang dùng thyristor áp KFH 3.5. Lò hồ quang chân không Nấu luyện kim loại trong chân không sẽ loại trừ được tương tác của kim loại nóng chảy với khí quyển, thực hiện khử khí trong kim loại triệt để hơn, loại trừ tương tác của kim loại nóng chảy với các điện cực v.v…Do vậy, lò chân không được ứng dụng trong: - sản xuất các vật liệu chụi nhiệt và có hoạt tính hoá học mạnh như: ziricôni Zn, titan Ti, vonfram W v.v… - sản xuất kim loại hiếm. - sản xuất thép chất lượng cao, có lý tính tốt dùng trong các ổ đỡ cao tốc… - sản xuất các vật liệu đặc biệt dùng trong các ngành kỹ thuật như: nguyên tử, vũ trụ… . Có 2 loại lò hồ quang chân không: 1. Lò có điện cực không tiêu tốn bằng graphic hay bằng đồng với đầu cực vonfram (có làm mát bằng nước). Loại lò này khó đảm bảo chất lượng cao của kim loại luyện vì thành phần bị làm bẩn bởi các điện cực khi nấu luyện. 2. Lò có điện cực tiêu tốn là chính kim loại nấu luyện thường được sử dụng rộng rãi. Về kết cấu, lò hồ quang chân không thường bao gồm các bộ phận chính: - Khuôn kết tinh ở dạng ống đồng (tròn, ôvan hay chữ nhật) có vỏ làm mát bằng nước. Thường lớp ngoài bằng vật liệu không từ tính có đặt cuộn dây để tập trung hồ quang dọc trục ống và khuấy trộn kim loại trong bể lỏng. - Cơ cấu treo và dịch điện cực. Hệ treo có thể là mềm (tời, xích) hay cứng (vít, bánh răng) và tốc độ dịch cực 20 ÷ 300mm/ph. - Buồng làm việc có ống nạp liệu hay phễu.
33 - Hệ thống bơm chân không, dụng cụ đo. - Hệ thống làm mát lò. - Nguồn cấp và hệ điều khiển. - Nếu nấu luyện trong khí trơ thì có hệ thống truyền khí trơ. Hình 3.7 Lò hồ quang chân không Hình 3.7a là lò có điện cực tiêu tốn gồm: 1.thỏi kim loại nấu luyện; 2.buồng chân không có khuôn; 3. điện cực tiêu tốn; 4.cơ cấu dịch cực; 5.thỏi kim loại; 6.vỏ kín; 7.cửa quan sát ;8.thiết bị hàn điện cực. Hình 3.7b là lò có điện cực không tiêu tốn gồm: 1.nồi có làm mát bằng nước; 2. phiễu liệu bột kim loại; 3. điện cực đồng có nước làm mát; 4. đầu vonfram của điện cực; 5. cửa quan sát
34 Hồ quang dùng trong lò chân không phổ biến là hồ quang một chiều do tính chất cháy ổn định cao của nó. Đặc điểm của đặc tính V-A của hồ quang trong chân không là điện áp tương đối thấp. Do đó, để đảm bảo công suất cần thiết thì dòng cấp phải lớn (có thể đến 50kA) Từ đó, lò cần nguồn có dòng lớn và dây dẫn lớn. Để đảm bảo ổn định hồ quang trong chân không và quá trình công nghệ, đặc tính ngoài của nguồn cấp cần dốc đứng, nguồn dòng không phụ thuộc vào điện áp lưới, điện trở hồ quang. Sự ổn định dòng điện được thực hiện nhờ phản hồi dòng Nguồn cấp cho lò hồ quang chân không có thể là bộ biến đổi quay, bộ biến đổi bán dẫn hay nguồn dòng thông số với các phần tử phản kháng. Phần mạch lực của lò hồ quang như hình 3.8. Hình 3.8 Sơ đồ mạch lực lò hồ quang chân không
35 Sơ đồ sử dụng các chỉnh lưu đến 200A gồm nhiều điôt mắc song song. Do thời gian rót kim loại lỏng và chuẩn bị cho mẻ tiếp theo là bằng hoặc lớn hơn thời gian nấu nên thường một mạch lực cấp điện cho 2 lò làm việc luân phiên. Cuộn sơ cấp máy BAL điều chỉnh được điện áp dưới tải và được cấp điện từ lưới qua cầu dao cách ly CDCL và máy cắt dầu. Hai bộ chỉnh lưu cấp điện từ 2 cuộn thứ cấp 3 pha qua cuộn kháng bão hoà KBH có các cuộn làm việc LV xoay chiều và điều khiển một chiều từ bộ điều khiển BĐK. Sơ đồ chỉnh lưu là hình tia cấp cho lò qua cuộn kháng san bằng K Các cuộn thứ cấp 3 pha có điểm nối chung ngược cực tính để giảm hệ số đập mạch sau khi chỉnh lưu Hệ tự động lò hồ quang chân không cần đảm bảo các thao tác sau: - châm lửa hồ quang không tạo ngắn mạch. - ổn đinh độ dài cung lửa hồ quang đã cho - dịch chuyển điện cực tiêu tốn theo tốc độ chảy - ổn định công suất hồ quang - nhanh chóng trừ khử ngắn mạch - nhanh chóng hạ điện cực khi hồ quang phóng về thành lò. 3.6.Lò hồ quang Plasma Lò hồ quang plasma là lò sử dụng plasma lạnh. Đó là khí ion hoá có mức ion hoá khoảng 1% (tỉ số giữa số ion trên tổng số phân tử). Plasma nhiệt độ thấp được ứng dụng trong quá trình như nấu luyện quặng, hợp kim, tinh luyện thép và hợp kim chất lượng cao, chịu nhiệt và tổng hợp các chất khác. Ưu điểm của lò hồ quang plasma là tập trung một năng lượng nhiệt lớn trong một vùng thể tích nhỏ nên đảm bảo nhiệt độ quá trình rất cao, do đó tăng được khả năng phản ứng và tốc độ phản ứng. Trạng thái kích thích của nguyên tử ở nhiệt độ cao còn cho phép gây phản ứng để tạo các môi liên kết mà không thể thực hiện được ở các điều kiện thông thường. Phần tử cơ bản của lò plasma là plasmatron, ở đó điện năng của nguồn cấp được biến đổi thành Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý của plasmatron nhiệt năng của dòng plasma nhiệt độ thấp.
36 Phân loại plasmatron theo nguyên lý biến đổi điện năng thành nhiêt năng có: plasmatron hồ quang, plasmatron cảm ứng và điện tử. Theo loại dòng điện có plasmatron dòng một chiều, xoay chiều tần số công nghiệp và cao tần. Trong Plasmatron hồ quang loại tác dụng trực tiếp được dùng phổ biến. Plasmatron hồ quang (hình 3.9) gồm điện cực 1 có dạng thanh, bình 2 làm mát đặt đồng trục với điện cực. Trong plasmatron 1 chiều thì điện cực thường là catôt, được nối với cực (-) của nguồn cấp của nguồn cấp 4. Catôt làm bằng kim loại chụi nhiệt có thêm chất phát xạ như oxyt thori, ittri v.v. Bình làm mát bảo vệ catot khỏi kim loại bắn toé vào và tạo hướng chuyển động cho khí. Hồ quang 3 cháy giữa catot và bình 2. Để nâng cao mật độ năng lượng, ta làm lạnh cưỡng bức đồng thời nén cột hồ quang bằng khí, điện trường hoặc từ trường. Khí tạo plasma đã nén được thổi dọc điện cực ra qua lỗ nhỏ dưới bình 2.luồng khí sẽ thổi Hồ quang xuống dưới và trong điều kiện lỗ ra nhỏ sẽ tăng mật độ dòng điện và nhiệt độ plasma. Sau khi ra khỏi bình với tốc độ lớn, khí nén giãn nở tạo thành dòng plasma chói sáng. Nguồn cấp cho lò có thể là các bộ biến đổi chỉnh lưu không điều khiển hay có điều khiển. Yêu cầu cơ bản với khối nguồn là có đặc tính ngoài dốc đứng. Đặc tính này loại trừ được khả năng dòng bị dao động khi điện áp hồ quang thay đổi tức là ổn định tốt dòng hồ quang. Hằng số thời gian điện từ của mạch lực cần phải lớn để tránh sự nhảy vọt của dòng điện mà từ đó có thể tạo ra hồ quang kép trong plasmatron. Đặc tính ngoài dốc đứng được tạo nhờ các phản hồi dương điện áp và âm dòng điên hồ quang. Hình 3.10 Sơ đồ nguồn dòng lò hồ quang plasma
37 Hình 3.10 là sơ đồ nguồn dòng lò hồ quang plasma sử dụng thyristor. Biến áp BA điều chỉnh điện áp thứ cấp được cấp điện từ lưới qua cầu dao cách ly CDCL và máy cắt MC. Nguồn cấp gồm bộ chỉnh lưu có điều khiển CLĐK và bộ chỉnh lưu phụ không điều khiển CL. Bộ nguồn có cuộn kháng san bằng K, điôt nối song song VD, hệ thống điều khiển pha xung XP, khâu phản hồi dòng và áp hồ quang FH, khối dao động mồi M cấp từ nguồn chỉnh lưu phụ CL. Cuộn thứ cấp biến áp BA có thể chuyển đổi nối sao hay tam giác để thay đổi điện áp ra. Dòng hồ quang 200 ÷ 300A bị hạn chế bởi điện trở R có làm mát bằng nước và để đảm bảo tạo hồ quang plasma ban đầu. Tăng tiếp dòng hồ quang nhờ thay đổi đều góc mở α của thyristor. Sự tăng đều dòng hồ quang sẽ tránh được hiện tượng tạo ra hồ quang kép. Khâu phản hồi FH để tạo dạng dốc đứng của đặc tính ngoài . Các tín hiệu vào khâu FH tỉ lệ với dòng điện và điện áp hồ quang. Sau khi mồi xong hồ quang và dòng hồ quang tăng đều đến giá trị đặt thì khâu phản hồi FH thực hiện ổn định hồ quang. Bảo vệ trong các sơ đồ plasma có: bảo vệ ngắn mạch và quá tải cũng như bảo vệ khỏi các chế độ làm việc sai lệch khác như áp suất nước làm mát bị giảm, áp suất khí bị giảm, tạo ra hồ quang kép…