TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI: Đề số 40 Thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn cho lò tôi thép Giáo viên hướng dẫn: ĐOÀN VĂN TUÂN Sinh viên : LÊ VĂN NGỌC Lớp : ĐTĐ 51 – ĐH1 Mã SV : 39115 Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiêt kế bộ chỉnh lưu có điều khiển + P = 50 kW + f ra = 10 kHz + U ra = 400 V 3 Hải phòng, năm 2012 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ 1.1KHÁI NIỆM Lò nấu thép (lò cảm ứng) là thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng theo nguyên lý cảm ứng điện từ của dòng điện cao tần. 1.2 ỨNG DỤNG VÀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM 1.2.1. ỨNG DỤNG Lò tôi cảm ứng hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong ngành luyện kim, đây là phương pháp nhiệt luyện tiên tiến, chủ yếu dùng để tôi bề mặt. 1.2.2. ƯU – NHƯỢC ĐIỂM a. Những tính năng ưu việt sau : - Có thể truyền nhiệt lượng cho vật cần tôi một cách trực tiếp, nhanh chóng không cần qua khâu trung gian do đó có thể tiến hành tự động hoá sâu và hiệu suất cao. Đồng thời, do thời gian nung ngắn nên bề mặt sản phẩm không bị oxi hoá. - Có thể tiến hành gia nhiệt trong các môi trường khác nhau như môi trường trung tính, chân không một cách dễ dàng. - Do đặc điểm của phương pháp mà chi tiết đem tôi có độ cứng bề mặt cần thiết trong khi vẫn giữ được độ dẻo thích hợp trong lõi đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra đối với chi tiết đem tôi. Mặt khác, lò tôi cảm ứng có thể tôi được các chi tiết có hình dạng phức tạp mà 4 các phương pháp khó có thể đáp ứng ví dụ như các trục khuỷu, bánh răng, vấu - Do có thể tự động hoá sâu mà năng suất lao động được nâng lên, điều kiện lao động cũng được cải thiện. b. Tuy nhiên, nó cũng có những nhược điểm: - Chủ yếu dùng cho những chi tiết có cùng tiết diện hay tiết diện thay đổi không đáng kể. Với những chi tiết phức tạp, khó đạt tổ chức mactenxit đồng nhất, ngoài ra hệ số hữu ích của thiết bị thấp (0,1 – 0,2) - Không đảm bảo đủ độ bền tĩnh đối với những chi tiết làm việc ở chế độ nặng nề nhất ( đặc biệt chi tiết lớn trên f30) vì lõi không được hoá bền. 1.3 TÍNH CHẤT CÔNG NGHỆ 1.3.1 NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC Lò cảm ứng được xây dựng dựa trện nguyện lý của một máy biến áp lõi không khí. Cuộn cảm được coi như cuộn sơ cấp, còn liệu kim loại chứa trong nồi lò được coi như cuộn thứ cấp. Khi ta cho dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm ứng thì sẽ sinh ra từ thông biến thiên. Từ thông qua kim loại sinh ra một sức điện động cảm ứng. Kim loại ở đây coi như một cuôn dây khép kín và thẳng góc với từ thông biến thiên. Xuất hiện trong kim loại một dòng điện cảm ứng và năng lượng của dòng điện cảm ứng sinh ra một nhiệt lượng lớn để nung chảy kim loại. Như vậy khi lò làm việc thì xuất hiện 2 sức điện động cảm ứng trong cuộn cảm ứng E 1 và trong kim loại E 2 . 5 Các vòng của cuộn cảm ứng có khoảng cách nhất định nện từ thông biến thiên bị mất mát lớn (từ thông tản ra ngoài không khí) do vậy sức điện động cảm ứng E 1 > E 2 . Vì vậy phía cung cấp vào cuộn cảm ứng một năng lượng lớn để tạo E 1 cao phù hợp với dung lượng lò, đồng thời tạo ra E 2 đủ lớn để làm nóng chảy liệu trong lò. Khi kim loại bị cảm ứng thì trong kim loại lập tức sinh ra từ thông chống lại từ thông do cuộn cảm ứng sinh ra, do đó chiều dòng điện I 1 ngựơc chiều với dòng Fucô I 2 . Nhờ có dòng điện Fucô I 2 tạo ra một lượng nhiệt đủ lớn để nấu chảy kim loại. Khi đưa dòng điện xoay chiều vào cuộn cảm ứng thì lập tức trong kim loại sinh ra dòng điện Fucô rất mạnh tạo ra nhiệt lượng lớn để nấu chảy kim loại. 1.3.2 . YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG, ĐẶC ĐIỂM NGUỒN CẤP, CẤU TẠO THIẾT BỊ VÀ PHÂN LOẠI - Chất lượng của thép được đem tôi được đánh giá qua các thông số: Độ dày lớp được tôi, độ cứng, độ dẻo nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: + Đặc điểm của thép đem tôi: thành phần cacbon, hình dạng, kích thước + Thời gian tôi, thời gian làm nguội. + Đặc điểm của nguồn (tần số, biên độ, công suất ), môi chất làm nguội. - Đặc điểm của nguồn điện cấp cho lò tôi: + Bộ nguồn nghịch lưu đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho lò khi có tải tức lúc đang tôi và phải đảm bảo làm việc được lúc không 6 tải khi chi tiết đem tôi di chuyển hết ra khỏi ống vòng dây của thiết bị nung. + Do đặc điểm làm việc của lò tôi là không tải thường xuyên lặp lại nên nghịch lưu đòi hỏi phải làm việc được ở chế độ không tải. - Cấu tạo của thiết bị: + Thiết bị tôi cảm ứng dùng dòng tần số cao từ 500 – 500.000 Hz. Thiết bị cao tần bao gồm hai bộ phận chính là: nguồn phát tần số và cuộn cảm ứng, ngoài ra còn có các bộ phận để làm nguội. + Nguồn phát tấn số cao có hai loại chính 1. Máy phát tần số trung bình (500 – 10.000 Hz) dùng chủ yếu để nung sâu hoặc để nấu chảy kim loại 2. Máy phát tần số từ 10.000 – 200.000 Hz dùng chủ yếu để nung các chi tiết có kích thươc trung bình với độ sâu thẩm thấu khoảng 0,1 – 2 mm 3. Máy phát tần số cao (200.000 – 500.000 Hz) dùng bóng bán dẫn để nung lớp mỏng bề mặt . + Cuộn cảm ứng có nhiều loại, tuỳ thuộc vào hình dáng, kích thước của chi tiết, phương pháp nung cũng như công suất của thiết bị và yêu cầu về năng suất cần đạt. - Theo tần số làm việc của lò, có thể chia ra làm ba loại: + Lò điện cảm ứng tần số công nghiệp f = 50Hz (hoặc 60Hz). + Lò điện cảm tần số trung tần f = 500 ÷ 10.000 Hz. + Lò cảm ứng tần số cao tần f = 10.000Hz. Lò điện cảm ứng trung tần: đây là loại lò có tần số làm việc nằm trung gian giữa lò điện cảm ứng tần số công nghiệp và lò cao tần. 7 Nhiệt lượng cung cấp cho lò để nấu chảy kim loại với tốc độ nhanh, thích hợp với việc luyện thép các bon hoặc thép hợp kim trung bình và cao. 8 . VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ BÀI: Đề số 40 Thiết kế phần nghịch lưu của bộ nguồn cho lò tôi thép Giáo viên hướng dẫn: ĐOÀN VĂN TUÂN . nguồn điện cấp cho lò tôi: + Bộ nguồn nghịch lưu đảm bảo cung cấp đủ năng lượng cho lò khi có tải tức lúc đang tôi và phải đảm bảo làm việc được lúc không 6 tải khi chi tiết đem tôi di chuyển. dây của thiết bị nung. + Do đặc điểm làm việc của lò tôi là không tải thường xuyên lặp lại nên nghịch lưu đòi hỏi phải làm việc được ở chế độ không tải. - Cấu tạo của thiết bị: + Thiết bị tôi