Thiết kế hệ truyền động một chiều Tiristor

Chia sẻ: Mr Yo Ko | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

180
lượt xem 66
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong Thời đại Ngày nay truyền động điện đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống nhờ những ưu thế của nó như kết cấu gọn nhẹ, độ bền và độ tin cậy cao. Không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường (như : ô nhiễm, nhiễu, gây ồn). Bên cạnh đó truyền động điện còn có một ưu thế nổi bậc, đặc biệt đối với truyền động điện một chiều là khả năng điều khiển dễ dàng. Chính vì vậy mà truyền động điện một chiều cómột vai trò quan trọng trong...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế hệ truyền động một chiều Tiristor

Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc LỜI NÓI ĐẦU Trong Thời đại Ngày nay truyền động điện đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của đời sống nhờ những ưu thế của nó như kết cấu gọn nhẹ, độ bền và độ tin cậy cao. Không gây ảnh hưởng xấu đến môi trường (như : ô nhiễm, nhiễu, gây ồn). Bên cạnh đó truyền động điện còn có một ưu thế nổi bậc, đặc biệt đối với truyền động điện một chiều là khả năng điều khiển dễ dàng. Chính vì vậy mà truyền động điện một chiều cómột vai trò quan trọng trong các dạng truyền động hiện nay đang dùng. Nhất là trong lĩnh vực đòi hỏi khả năng điều khiển cao như trong các máy sản xuất. Tuy nhiên truyền động điện một chiều đòi hỏi phải có nguồn điện một chiều với các cấp điện áp khác nhau, vì vậy việc tạo ra những bộ nguồn một chiều thích hợp đã và đang là những vấn đề đặt ra. Trong một số trường hợp người ta dùng các nguồn điện hóa như pin, ăc qui … nhược điểm của loại nguồn này là giá thành khá cao mà nguồn công suất lại hạn chế. Trong một số trường hợp khác, người ta dùng nguồn máy phát một chiều có khả năng cho công suất lớn nhưng giá thành cũng khá cao và kết cấu lại cồng kềnh. Ngày nay cùng với sự phát triển của ngành kỹ thuật bán dẫn các bộ nguồn một chiều dùng chỉnh lưu bán dẫn ngày càng chiếm ưu thế nhờ có kết cấu gọn nhẹ, hiệu suất và độ tin cậy cao, giá thành hạ không có tiếng ồn … cũng chính loại nguồn này mà truyền động điện một chiều ngày càng trở nên tiện lợi và ứng dụng rộng rãi hơn. Xuất phát từ những vấn đề mà thực tiễn đặt ra trên bảng đồ án này sẽ nghiên cứu, thiếc kế hệ truyền động một chiều tiristor – động cơ cho hệ thống dịch cực lò quang luyện thiết với công suất của động cơ một chiều kích từ độc lập là : P = 2,7 kw – 1500 vòng/phút Nội dung của bảng đồ án gồm 5 chương Chương 1 : tổng quan về công nghệ lò hồ quang, yêu cầu của truyền động dịch cực lò hồ quang luyện thiếc. Chương 2 : Tổng quan về các phương pháp điều tốc động cơ một chiều. Chương 3 : Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu thyristor. Chương 4 : Tính chọn sơ đồ động lực. Trường ĐHBK- HN 1 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc Chương 5 : Thiết kế mạch điều khiển hệ kín và hở. Sau một thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy cao văn thành em đã hoàn thành đồ án của mình. Nhưng vì khả năng và thời gian có hạn nên chắc chắn vẫn còn sai sót nhất định. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Cao Văn Thành đã tận tình giúp đỡ cho em trong quá trình hoàn thành đồ án. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo trong bộ môn thiết bị điện - điện tử và các thầy cô giáo trưiờng đại học bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều khiện trong suốt quá trình học tập và rèn luyện của em để đến ngày hôm nay em hoàn thành được nhiệm vụ học tập của mình. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, tháng 5 năm 2004 Sinh viên thiết kế. Tô Ngọc Quốc CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ LÒ HỒ QUANG, YÊU CẦU CỦA TRUYỀN ĐỘNG DỊCH CỰC LÒ HỒ QUANG LUYỆN THIẾC. ⇓1 ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ LÒ HỒ QUANG Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại. Lò điện hồ quang dùng để nấu thiếc hợp kim chất lượng cao. Theo dòng điện sử dụng, hồ quang được chia thành : - Lò hồ quang một chiều Trường ĐHBK- HN 2 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc - Lò hồ quang xoay chiều Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang được chia thành hai loại : lò nung nóng gián tiếp và trực tiếp : + Lò nung nóng gián tiếp : Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực (graphit, than) được dùng để nấu chảy kim loại. + Lò nung nóng trực tiếp : nhiệt của ngọn lửa hồ quang xảy ra giữa điện cực và kim loại dùng để nấu chảy kim loại. 2 1 1 2 4 4 3 3 lò nung gián tiếp lò nung trực tiếp 1. điện cực, 2. ngọn lửa hồ quang, 3. kim loại, 4. vỏ lò nung 1.Theo đặc điểm chất liệu vào lò, lò hồ quang được phân thành lò chất liệu (liệu rắn, kim loại vụn) bên xườn bằng phương pháp thủ công hay máy móc (máy chất liệu, máy trục có máng) qua cửa lò, lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu. Loại lò này có cơ cấu nâng vùng nóc. * về kết cấu, một lò hồ quang bất kỳ có các bộ phận chính : 1. Nồi lòcó lớp vỏ cách nhiệt và có cữa lò và miệng rót. 2. vòm nóc lò có vỏ cách nhiệt. 3. Cơ cấu giữ và dịch chuyển điện cực, truyền động bằng điện hay thủy lực. `4. Cơ cấu nghiêng lo,ø truyền động bằng điện hay thủy lực. 5. Lò dẫn điện từ máy biến áp lò tới lò. Ngoài ra, đối với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao, còn có cơ cấu nâng, quay vòm lò, cơ cấu rót kim loại cũng như gầu nạp liệu. Trong các lò hồquang có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh lệch nhiệt độ theo độ cao (khoảng 1000C/m). trong điều kiện đó, để tăng cường phản ứng của kim loại (với xỉ) và để đảm bảo khả năng nóng kim Trường ĐHBK- HN 3 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc loại trước khi rót, cần phải khuấy trộn kim loại lỏng. Ơû các lò dung lượng nhỏ (dưới 6 tấn) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí . với lò dung lượng trung bình (12 ÷ 50 tấn) và đặc biệt lớn (100 tấn và hơn) thì thực hiện bằng thiết bị khuấy trộn để không những giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao chất lượng của kim loại nấu. Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc tương tự động cơ không đồng bộ rôto ngắn mạch. Từ trường chạy tạo ra ở lò có đáy phi kim loại nhờ hai cuộn dây (stato) dòng xoay chiều tần số 0,5 ÷ 1 hz lệch pha nhau góc 900 điện. Do từ trường này mà kim loại có lực điện từ dọc trục lò. Khi đổi nối dòng trong các cuộn dây, có thể thay đổi hướng chuyển động của kim loại trong nồi theo hướng ngược lại. * các thông số quan trọng của lò hồ quang là : +Dung lượng định mức của lò: số tấm kimloại lỏng trong một mẻ nấu +Công suất định mức của biến áp lò : Aûnh hưởng quyết định tới thời gian nấu luyện nghĩa là tới năng suất lò. -Theo mức độ công suất tác dụng của máy biến áp, nấu chảy một tấm kim loại lỏng lò hồ quang còn chia ra : lò có công suất bình thường, cao và siêu cao. Lò hồ quang công suất cao và siêu cao còn có hệ thống làm mát. * Chu trình làm việc của lò hồ quang gồm 3 giai đoạn với các đặc điểm công nghệ sau : *Giai đoạn 1 : giai đoạn nung nóng 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 toàn mẻ nấu. Và thời gian của nó chiếm khoảng 50 ÷ 60 % toànbộ thời gian một chu trình. Để đảm bảo công suất nấu chảy, ngọn lửa hồ quang phải cháy ổn định. Khi cháy, điện cực bị ăn mòn dần, khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng lên. Để duyhồ quang, điện cực phải điều chỉnh gần vào kim loại. Lúc đó, dễ xảy ra hiện tượng điện cực chạm vào kimloại – gọi là quá điều chỉnh – và gây ra ngắn mạch làm việc. Ngắn mạch làm việc tuy xảy ra trong thời gian ngắn nhưng lại hay xảy ra nên các thiết bị điện trong mạch động lực thường phải làm việc ở điều kiện nặng nề. Đây là đặc điểm nổi bậc cần lưu ý khi tính toán và chọn thiết bị cho lò hồ quang. Trường ĐHBK- HN 4 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc Ngắn mạch làm việc cũng có thể gây ra do sụt lở các thành của hố bao quanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu. Rồi sự nóng chảy của các mẫu liệu cũng có thể phá hỏng ngọn lửa hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa. Lúc đó phải tiến hành mồi lại bằng cách hạ điện cực xuống cho chạm kim loại rồi nâng lên, tạo hồ quang. Trong giai đoạn này, số lần ngắn mạch làm việc có thể tới 100 lần hoặc hơn. Mỗi lần xảy ra ngắn mạch làm việc, công suất hữu ích giảm mạnh và có khi bằng không với tổn hao cực đại. Thời gian cho phép của một lần ngắn mạch làm việc là 2 ÷ 3s. Tóm lại, giai đoạn nấu chảy là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn định nhất, công suất nhiệt của lò hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rất ngắn, thường từ vài mm đến 10 ÷ 15 mm, do vậy, trong giai đoạn này, điện áp cấp và công suất ra của biến áp lò là lớn nhất. *Giai đoạn 2 : giai đoạn Oxi hóa và hoàn nguyên. Đây là giai đoạn khử cacbon của kim loại đến một giới hạn nhất định tùy theo yêu cầu công nghệ, khử P và S, khử khí trong gang rồi tinh luyện. Sự cháy hoàn toàn của cacbon gây sôi mạnh kim loại. Ơû giai đoạn này, công suất nhiệt yêu cầu về cơ bản là để bù lại các tổn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60% công suất nhiệt của giai đoạn 1. hồ quang cũng cần duy trì ổn định. Trước khi thiết ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử Oxi, khử sunFua và hợp kim hóa kim loại. Công suất yêu cầu lúc này chỉ cỡ 30% so với giai đoạn 1. chếđộ năng lượng tương đối ổn định và chiều dài ngọn lửa hồ quang khoảng vài chục mm. *Giai đoạn 3 : Giai đoạn phụ, đây là giai đoạn lấy sản phẩm đã nấu luyện, tu sửa, làm vệ sinh và chất liệu vào lò. Trường ĐHBK- HN 5 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc P(MW) 30 20 Tu sửa làm vệ sinh 10 Tinh luyện Nấu chảy ôxi hoá 0 1 2 3 4 t(h) Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò hồ quang 100tấn. ⇓1.2 SƠ ĐỒ ĐIỆN (THIẾT BỊ CHÍNH MẠCH LỰC) LÒ HỒ QUANG Điện cấp cho lò là hồ quang lấy từ trạm biến áp lò. Điện áp vàp là 6; 10; 35 hay 110 KV là tùy theo công suất lò. Sơ đồ có các thiết bị chính sau : Trường ĐHBK- HN 6 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc 3 ∼ 6 - 10 kV CL 1MC V TU A A W 1TI A KWh 2MC K 3MC ĐKBV BAL 4MC 2TI A V MN V Sơ đồ điện lò hồ quang CL : cầu dao cách ly dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết, như lúc sửa chữa. 1MC : máy cắt dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố, và dùng đóng mạch lực dưới tải. 2MC : mở ra để cuộn kháng K tham gia vào mạch, hạn chế dòng ngắn mạch. 3MC, 4MC : là máycắt dùng để đổi nối cuộn sơ cấp thành Δ hay Y, và nối với các điện cực của lò qua mạch ngắn (MN) không có mối hàn . K : cuộn kháng dùng hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định sự cháy hồ quang. Trường ĐHBK- HN 7 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc BAL : biến áp lò dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp. TI : biến dòng điện TU : biến điện áp ĐKBV : điều khiển bảo vệ MN : mạch ngắn Ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại mở ra để đưa vào cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất cấp cho lò. Với những lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K. việc ổn định hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lòđảm nhiệm Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp . Việc đổi nối cuộn sơ cấp thành hình tam giác hay sao thực thiện nhờ các máy cắc 3MCvà4MC .Cuộn thứ cấp củabiến áp lò nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn (MN) không phân nhánh, không có mối hàn. Phía sơ cấp BAL có đặc rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuộn ngắt máy cắt 1MC. Rơle này có duy trỳ thời gian. Thời gian duy trỳ này giảm khi bội số quá tái dòng tăng. Nhờ vậy ,1MC ngắt mạch lực của lò HQ chỉ khi có ngắn mạch sự cố và ngắn mạch làm việc kéo dài mà không sử lý được. Với ngắn mạch làm việc trong một thờigian tương đối ngắn ,1MC không cắt mạch mà chi có tín hiệu đèn và chuông. Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường ,kiểm tra : như vonkế, ampe kế ,công tắctơ ,pha kế…vv.phíathứ cấp nối các ampekế đo dòng HQ, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và rơle cực đại. Dòng tác động và thời gian duy trỳ của rơle được chọn sao cho khi ngắn mạch thời gian ngắn ,bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian duy trỳ của rơle. Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác(trong khối ĐKBV) cũng được nối với máy biến điện áp TU và các máy biến dòng 1TI,2TI. *. Máy biến áp lo ø(BAL). Máy BAL dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong các điều kiện đặc biệt nặng nề nên có các đặc điểm sau: -Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứcấp rất lớn (tới hàng trăm KA). Trường ĐHBK- HN 8 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc -Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới (2,5 ÷ 4)Iđm có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộn dây , thanh dẫn khi có ngắn mạch. -Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng. -Phải làm mát tốt vì dòng lớn , hay có ngắn mạch và vì biến áp đặt ở nơi kín lại gần lò. Công suất BAL có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác, lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn. Nếu coi rằng, trong giai đoạn nấu chảy tổn thất năng lượng lò hồ quang trong BALvà cuộn kháng K được bù trừ bởi năng lượng của phần ứng tỏa nhiệt thì công suất BAL có thể xác định bởi biểu thức : W Sbal = (KVA) t nc .K sd .cosϕ Trong đó : tnc – thời gian nấu chảy (h). ksd – hệ số sử dụng công suất BAL trong giai đoạn nấu chảy. Cosϕ – hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang. W – năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và dừng lò giữa hai mẻ nấu (KW- h). W = w.G. Trong đó : G – khối lượng kim loại nấu (tấn). w – suất chi phí điện năng để nấu chảy (KWh/tấn). Suất chi phí điện năng giảm đối với lò có dung lượng lớn, thường w = (400 ÷ 600) (KWh/tấn). + Thời gian nấu thường từ (1÷ 3h) tùy dung lượng lò. + Hệ số sử dụng công suất BAL thường 0,8 ÷ 0,9. Hiện nay công suất BAL ngày càng có xu hướng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm suất chi phí năng lượng do hạ tổn hao nhiệt. Cuộn dây thứ cấp BAL thường nối Δ vì dòng ngắn mạch được phân ra hai pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhe hơn. BAL thường phải làm việc trong trình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thường chế tạo to , nặng hơn các máy biến áp động lực cùng công suất. Trường ĐHBK- HN 9 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc *. Mạch ngắn(MN). Mạch ngắn hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn , tới hàng chục và ngay cả hàng trăm nghìn ampe. Tổn hao công suất ở mạch ngắn ΔPmn = I2mn.rrmn Do vậy BAL phải đặt gần lò để giảm bớt tổn hao.ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng rm và xm giữa các pha đe åco ùcác thông số điện(công suất , điện áp, dòng) như nhau của các hồ quang. Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hổ cảm giưa hai pha bất kỳ sẻ bằng nhau và sức điện động hổ cảm bằng không. Trường hợp nếu khoảng cách giữa các pha không như nhau, hổ cảm giữa các pha sẻ khác nhau. Trong một pha nào đó sẻ xuất hiện sưc điện động phụ ngược chiều dòng điện trong pha đó và tạo ra một xụp áp phụ trên điện trở thuần trên pha đó. Kết quả là pha này như thể tăng điện trở tác dụng, gây ra một tổn hao công suất phụ và công suất hồ quang của pha này sẻ giảm so với pha khác . Đồng thời , ở một pha khác sđđ Phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng như bị giảm và công suất hồ quang pha này tăng lên. Hiện tượng trên gây ra sự mất đôùi xứng và điện áp giưã các hồ quang , sự phân bố công suất không đồng đều giữa các pha , giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mất đối xứng điện từ ở mạch ngắn sẻ càng lớn. Để chống hiện tượng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình học và về mạch điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặc ở 3 đỉnh một tam giác đều với lò dung lượng dưới 10 tấn thì mạch ngắn thường được nối theo sơ đồ Δ . lò dung lượng lớn , ngắn mạch thường được nối Δ ơ ûcác điện cực. ⇓1.3 YÊU CẦU VỚI CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ đều chỉnh tự động việc dịch điện cực . vì nó cho phép giảm thời gian nấu luyện , nâng cao năng suất lò , giảm năng suất chi phí năng lượng , giãm thấm các bon cho kim loại , nâng cao chất lượng thiết, giảm lao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều kiện lao động…vv. Trường ĐHBK- HN 10 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc Chất lượng thiết nấu luyện phụ thuộc vào công suất và sự phân bố nhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò. Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẻ thay đổi điện áp hồ quang , dòng điện hồ quang và công suất tác dụng của hồ quang. Về nguyên tắc , việc duy trì công suất lò hồ quang có thể thông qua một trong các thông số sau: Dòng điện hồ quang Ihq ,điện áp hồ quang Uhq, tỉ số U hq giữa dòng điện và điện áp hồ quang, Z hq = Bộ điều chỉnh này duy trì I hq dòng hồ quang không đổi (Ihq = const) sẻ không mồi hồ quang được. Ngoài ra, khi dòng điện trong một pha nào đó sẻ thay đổi sẻ kéo theo dòng điện trong 2 pha còn lại thay đổi. Ví dụ, khi hồ quang trong một pha bị đứt thì lò hồ quang làm việc như một phụ tải một pha với 2 pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây. Lúc đó các bộ điều chỉnh 2 pha còn lại sẻ tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần việc đó. Các bộ điều chỉnh này chỉ dùng cho lò hồ quang một pha và chủ yếu dùng trong lò hồ quang chân không. Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi (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 phụ thuộc dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẻ ảnh hưởng tới hai pha còn lại như đã trình bày đối với bộ điều chỉnh giữ Ihq = const Phương pháp tốt nhất là U hq dùng bộ điều chỉnh duy trì = Z hq = const Thông qua hiệu số cáctín hiệu I hq dòng áp: a.Ihq – b.Uhq = b.Ihq(Zohq -Zhq) trong đó: a,b - hệ số phụ thuộc hệ số các biến áp đo lường (biến dòng , biến điện áp) và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổi bằng tay khi điều chỉnh). Zohq, Zhq – gía trị đặt và gía trị thực của tổng trở hồ quang. Trường ĐHBK- HN 11 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc Từ phuơng trình trên suy ra : a.I hq − b.U hq = Zohq − Z hq = ΔZ hq b.I hq Như vậy, việc điều chỉnh thực hiện theo độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá trị đặt (điều chỉnh vi sai). Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất, ít chịu 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 (nấu chảy, Oxi hóa, 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 đủ cho 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 ± (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 C của kim loại …vv. 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 (truyền động bằng thủy lực). Dòng điện hồ quang càng lệch xa trị số đặt thì tốc độ dịch cực càng 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 (vài phần giây) 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 hủy sẽ dẫn theo phá hủy chế độ hồ quang của các pha còn lại. Điện cực các pha còn lại đang ở vị trí chủ 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. Trường ĐHBK- HN 12 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc 5. Thay đổi công suất lò bằng phẳng trong giới hạn 20 ÷ 125 % trị số định mức với sai số không quá 5%. 6. Có thể chuyển đổi 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 điệu cực trước khi chất liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh chế độ tự động. 7. tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồ quang bị đứt. Khi ngắn mạch thì được nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang. 8. Dừng mọi điện cực khi mất lưới điện. Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể truyền động bằng điện – cơ hay thủy lực. Trong cơ cấu điện – cơ, động cơ được dùng phổ biến là động cơ một chiều kích từ độc lập vì nó có mômen khởi động lớn, dải 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 rôto nhỏ. ⇓1.4 YÊU CẦU ĐIỀU CHỈNH 3 ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG DÙNG 3 ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU TRÊN 3 ĐIỆN CỰC. Trong quá trình nung luyện thiếc, 3 điện cực bị ăn mòn không đồng đều, cho nên ta nâng hạ 3 điện cực này không đồng bộ với nhau. Vì vậy ta thường điều khiển từng cực, trong quá trình điều khiển điện cực có thể có cực được hạ xuống sâu vì điện cực bị ăn mòn. Để điều khiển 3 điện cực này ta dùng 3 động cơ điện một chiều trên 3 điện cực (mỗi điện cực gắn một động cơ). Là động cơ điện một chiều kích từ độc lập vì nó co mômen khởi động lớn, dải điều chỉnh rộng, bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều quay hãm. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU. Trường ĐHBK- HN 13 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc ⇓ 2.1 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN. Trong quá trình làm việc tốc độ của động cơ điện thường bị thay đổi do sư biến thiên của tải, của nguồn và do đó gây ra sự sai lệch về tốc độ thực so với tốc độ đặt, hay tốc độ mong muốn (tốc độ làm việc của hệ thống truyền động điện do công nghệ yêu cầu). Bởi vậy, việc điều chỉnh tốc độ là một trong những vấùn đề quan trọng trong truyền động điện tự động. Một yêu cầu đatê ra khi thiết kế hệ truyền đôïng là sự phù hợp giữa đặc tính điều chỉnh của động cơ điện và đặc tính của tải. Người ta thường chọn hệ truyền động cũng như phương pháp điều chỉnh nào cho đặc tính điều chỉnh bám sát yêu cầu của tải. Mặc khác , vẫn phải luôn đãm bảo được tính ổn định công tác trong chế độ làm việc xác lập cũng như quá trình quáđộ. Đối với động cơ điện một chiều kích từ động lập, về phương diện điều chỉnh tốc độ có nhiều ưu việc do khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng, cấu trúc mạch lạc, mạch điều khiển đơn giản, chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng. Sau đây là các phương pháp điều chỉnh động cơ điện một chiều kích từ độc lập. ⇓ 2.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỐI VỚI ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP. Để có những phương pháp điều chỉnh tốc độ hợp lý thì ta phải xem xét đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập, nó biểu thị quan hệ giữa tốc độ quay và mômen. n = f(M) và được viết dưới dạng : U R − .M n= − (2-1) C e .φ C M .C e .φ2 Với những điều kiện U = Cte, It = Cte, khi M (hoặc Iư) thay đổi, từ thông của động cơ điện một chiều cũng hầu như không đổi vì thực ra ảnh hưởng làm giảm bớt từ thông của phần ứng ngang trục rất nhỏ cho nên biểu thức (2 –1) có thể viết dưới dạng : R ö .M n = no = (2-2) K Và đặc tính cơ của động cơ điện kích từ là một đường thẳng như hình vẽ (hình 2 -1). Trường ĐHBK- HN 14 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc n no nđm M đm M(Iư) I ưđm Hình2-1.Đặc tính cơ(và đặc tính tốc độ) Đường đặc tính cơ trên ứng với trường hợp mạch của phần ứng không có điện trở phụ và được gọi là đường đặc tính cơ tự nhiên. Do Rư rất nhỏ nên khi thay đổi từ thông đến định mức, tốc độ giảm rất ít (khoảng 2 ÷ 8% tốc độ định mức) cho nên đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập rất cứng. 1. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông. Muốn thay đổi từ thông động cơ, ta tiến hành thay đổi dòng điện kích từ của động cơ qua một điện trở mắc nối tiếp ở mạch kích từ (hình 2 – 2a). rõ ràng, phương pháp này chỉ cho phép tăng điện trở vào mạch kích từ nghĩa là chỉ có thể giảm dòng điện kích từ (Ikt ≤ Iktđm) do đó chỉ có thể thay đổi về phía giảm từ thông. Khi giảm từ thông, đặc tính dốc hơn và có tốc độ không tải lớn hơn. Họ đặc tính cơ khi giảm từ thông như (hình 2- 2b) Trường ĐHBK- HN 15 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc ω ω 02 ω 01 IKT CKT ω 0 RKT Iư E Mđm2 Mđm1 Mnm2 Mnm1 Mnm M hình a. φ2 φ1 φ0 hình b. Hình2-2.Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi từ thông. Phương pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi từ thông có đặc điểm : +Từ thông càng dảm thì tốc độ không tải lý tưởng của đặc tính cơ càng tăng, tốc độ động cơ càng lớn. +Độ cứng đặc tiùnh cơ giảm khi giảm từ thông +Có thể điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D ≈ 3:1 +chỉ thay đổi được tốc độ về phía tăng theo phương pháp này. +Do độ dốc đặc tiùnh cơ tăng lên khi giảm từ thông nên các đặc tính sẽ cắt nhau và do vậy, với tải không lớn (Mđm1) thì tốc độ tăng khi từ thông giảm (hình2 – 2b), còn ở vùng tải lớn (Mđm2) tốc độ có thể tăng hoặc giảm tùy theo tải. thực tế, phương pháp này chỉ sử dụng ở vùng tải không quá lớn so với định mức. Phương pháp này rất kinh tế vì việc điều chỉnh tốc độ thực hiện ở mạch kích từ với dòng kích từ là (1 ÷ 10)% dòng định mức của phần ứng. Tổn hao điều chỉnh thấp. Trường ĐHBK- HN 16 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc ω ω02 ω01 φ2 ω0 φ1 φđm TN Inm I Hình 2-2c. Đặc tính cơ. 2. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở ở mạch phần ứng. Sơ đồ nguyên lý nối dây như (hình 2 – 3a). khi tăng mạch phần ứng, đặc tính cơ dốc hơn nhưng vẫn giữ nguyên tốc độ không tải lý tưởng. Họ đặc tính cơ khi thay dổi điện trở mạch phần ứng (hình 2 – 3b). Khi có thêm điện trỏ phụ Rf vào mạch phần ứng thì biểu thức (2 – 2) trở thành : (R ö + R f ).M n = no − K Ứng với các trị số khác nhau của Rf thì có các đường đặc tính cơ khác nhau. Trong đó ứng với Rf = 0 là đường đặc tính cơ tự nhiên. Điều này thể hiện ở (hình 2 – 3b) Ta thấy rằng nếu Rf càng lớn đặc tính cơ sẽ có độ dốc càng cao và do đó mền hơn và ngược lại. Nghĩa là tốc độ sẽ thay đổi nhiều khi tải thay đổi. Cũng như trên giao điểm của những đường đó với đường M0 =f(n) cho biết trị số tốc độ xác lập khi điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ Rf. Trường ĐHBK- HN 17 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc n no Rf=0 Rf1 CKT I KT Rf2 E RKT M Rf3 0 hình a. Hình b. Rf4 Hình 2-3. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng phương pháp thay đổi điện trở mạch phần ứng. 3. Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp : Phương pháp này chỉ áp dụng được với động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập hoặc động cơ kích từ song song làm việc ở chế độ kích từ độc lập. n n 04 4 n 01 1 Uđm n 02 2 n 03 3 M I Hình 2-4.Đặc tính cơ (và đặc tinh tốc độ) động cơ một chiều kích từ độc lập ở những điện áp trên phần ứng khác nhau. Khi thay đổi U ta có một hệ đặc tính cơ có cùng độ dốc đường 1 ứng với Uđm , đường 2,3 ứng với Uđm > U2 > U3 và đường 4 ứng với U4 >Uđm. Nhưng không cho phép vượt quá điện áp định mức nên việc điều chỉnh tốc độ trên tốc độ định mức không được áp dụng hoặc chỉ được thực hiện trong một Trường ĐHBK- HN 18 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc phạm vi rất hẹp. Phương pháp này lúc điều chỉnh tốc độ, mômen không đổi vì φ và Iư điều không đổi. Iư không đổi là vì giảm U, tốc độ n giảm làm E cũng giảm nên : U−E Iö = ≈ Cte Rö Phương pháp thay đổi điện áp để mở máy và điều chỉnh tốc độ của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập còn có thể thực hiện được nhờ các bộ biết đổi tiristor nối theo sơ đồ (hình 2-5) hai bộ biến đổi A và B được nối song song nguợc, trong đó bộ biến đổi B được dùng khi cần thay đổi đấu của điện áp Uc để động cơ đổi chiều quay. Trường hợp không cần đổi chiều quay thì chỉ cần bộ biến đổi A. Điện áp một chiều Uc đặt vào phần ứng động cơ có quan hệ với điện áp xoay chiều U theo biểu thức : Uc = Uco . cosα Trong đó : Uco = 1,35 U ; 0 < α < 900 Khi mở máy cần điều chỉnh góc mở α lớn để có Uc nhỏ, đủ để khắc phục điện áp rơi trên điện trở phần ứng và hạn chế dòng điện mở máy, sau đó giảm dần α để tăng tốc độ của động cơ đến giá trị mong muốn. Để điều chỉnh tốc độ cần thay đổi các giá trị của α để có giá trị Uc và đặc tính cơ khác nhau như (hình 2-4). Trường ĐHBK- HN 19 GVHD. Cao Văn Thành
Đồ án tốt nghiệp SV. Tô Ngọc Quốc U T T T T T T T T T T T T Hình 2 Bộ biến đổi A Bộ biến đổi B Hinh-5.Dùnh bộ biến đổi tiristor thay đổi Uc điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều. * Điềuchỉnh tốc độ động cơ một chiều kích từ độc lập bằng biện pháp thay đổi điện áp phần ứng có các đặc điểm: - Điện áp phần ứng càng giảm, tốc độ động cơ càng nhỏ. Điều chỉnh trơn trong toàn bộ dải điều chỉnh . - Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn dải điều chỉnh. - Độ sụt tốc tuyệt đối trên toàn dải điều chỉnh ứng với một mômen là như nhau. Độ sụt tốc tương đối sẽ lớn nhất tại đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh. Do vậy, sai số tốc độ tương đối (sai số tĩnh) của đặc tính cơ thấp nhất không vượt quá sai số cho phép cho toàn dải điều chỉnh. - Dải điều chỉnh của phương pháp này có thể : D ∼ 10 : 1 - Chỉ thay đổi được tốc độ về phía giảm (vì chỉ có thể thay đổi với Uư ≤ Uđm). - Phương pháp điều chỉnh này cần một bộ nguồn có thể thay đổi trơn điện áp ra. CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN VỀ CÁC SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU THYRISTOR. Trường ĐHBK- HN 20 GVHD. Cao Văn Thành