đồ án điện tử công suất trình bày về luyện thép và nguyên lý hoạt động của nó

32 572 2
đồ án điện tử công suất  trình bày về luyện thép và nguyên lý hoạt động của nó

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Đồ án: Điện tử công suất Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Mục Lục Lời nói đầu……………………………………………………………… Chương 1:Giới thiệu cơng nghệ u cầu kỹ thuật…… I II Tìm hiểu lị nấu thép…………………………………………… Tìm hiểu đề tài………………………………………………… Chương 2: Đề xuất phương án lựa chọn mạch lực… I II Phương án mạch lực……………………………………………… Tính tốn lựa chọn van…………………………………………… Chương 3: Mạch điều khiển…………………………………… I Nguyên lý điều khiển……………………………………………… II Thiết kế mạch điều khiển Chương 4: Kết mô phỏng………………………………… Tài liệu tham khảo…………………………………………………… Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Lời Nói Đầu Trong phát triển ngày giới, lĩnh vực sống, nông nghiệp,du lịch, điện tử, công nghệ thông tin…Ngành công nghiệp nặng chiếm vị trí quan trọng, tiền đề cơng trình lớn, phát triển sở hạ tầng Ngày nay, đánh dấu thành to lớn ngành công nghiệp: đóng tầu, sản xuất ơtơ, luyện kim… Trong luyện kim chiếm vai trị quan trọng, tạo nhiều nguyên liệu cho ngành khác sử dụng Để tìm hiểu thêm vấn đề này, Dưới số trình bày ngành luyện thép nguyên lý hoạt động Trong đề tài, có tham gia hai sinh viên Hồng Ngọc Tú Đặng xuân quyền với giúp đỡ thầy Thiếu sót báo cáo khơng thể tránh khỏi, xin chân thành cảm ơn chân trọng ý kiến dóng góp phê bình bạn, để đề tài hoàn thiện hơn… CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LỊ NẤU THÉP I.Tìm hiểu lò nấu thép Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xn Quyền - Ngành luyện kim đời từ lâu, sản phẩm đáp ứng nhu cầu moi lĩnh vực Trong thời gian đầu, phưong pháp luyện thép cổ điển như: lò cao, lò Mactanh loại lò dùng nhiên liệu đốt củi than… Ngày nay, với sử dụng rộng rãi điện phương pháp nấu luyện thép điện chiếm ưu - Nấu luyện thép lò điện phương pháp nhanh nhất, mang lại hiệu kinh tế cao phương pháp biến đổi điện thành nhiệt - Điều chỉnh nhiệt độ dễ dàng, khả tự động hố cao có khả luyện, nấu nhiều loại thép khác nhau, dùng cho mục đích khác - Ít gây nhiễm mơi trường - Có loại lị phổ biến sau: lị hồ quang, lò điện trở, lò cảm ứng - Trong loại lị điện lị cảm ứng có ưu điểm trội - Nấu chảy kim loại nhất, vận hành đơn giản nấu chảy chân không hay môi trường đặc biệt So với lò điện trở lò hồ quang hiệu nhiệt lị điện cảm ứng 80% so với 60%-75% lò hiệu suât nhiệt lên tới 96% - Tuy nhiên lò cảm ứng có hệ số cơng suất giảm điện trở vật liệu giảm để tăng nhiệt số thường người ta mắc tụ điện song song với lị Nhiệt độ xỉ thấp khó tinh luyện thép - Một điểm ý lò điện cảm ứng tần số lò cao khối lượng phối liệu nấu nòi mẻ thấp: - 500 000Hz lị nhỏ, nấu thí nghiệm 10g - 100g - 8000Hz - 4000Hz lị thí nghiệm nấu vài kg - 2000Hz lị cơng nghiệp nhỏ, mẻ 50 kg - 500kg - 1000Hz lò mẻ 250kg-2000kg - 50Hz (tần số cơng nghiệp) với lị nấu lớn cơng nghiệp Nói riêng lị cảm ứng Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền - Lò cảm ứng Theo ứng dụng chia làm loại là: lị có lõi sắt khơng có lõi sắt - Loại lị có lõi sắt giữa: xuất sức điện động hỗ cảm vào nguyên liệu rắn: E2 = 4,44.f.W2 φ 10-8 f W2 φ : tần số (Hz), chu kỳ (s) : số vòng cuộn dây thứ cấp : từ thơng sinh lõi sắt (Wb) - Nhờ dịng xoay chiều gây cho từ trường nam châm lõi sắt mà kim loại rắn nung nóng dần, cuối chảy vào rãnh lấy ngồi Loại thơng dụng suất khơng cao, xỉ ln ln bị nguội - Loại khơng có lõi sắt thông dụng nay: Đặc điểm loại lò từ trường từ cuộn dây cảm ứng dẫn thẳng vào kim loại Tại sinh dịng điện hỗ cảm có cường độ khơng dây đồng Mật độ dòng điện tập trung mặt dây, giảm dần Cấu tạo lị Gồm hai phận vịng cảm ứng nồi lò: - Vòng cảm ứng làm đồng ống sắt dẹt Vì dịng qua vịng cảm ứng cỡ hàng ngàn ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25 ÷30% cơng suất hữu ích thiết bị Do cần làm mát vòng cảm ứng Làm mát khơng khí cho phép mật độ dịng điện ÷ 5A/mm2 Làm mát nước vòng cảm ứng rỗng cho phép dịng điện tới 50 ÷ 70A/mm2 - Nồi lị làm vật liệu chịu lửa II.Tìm hiểu tải 1.Đặc tính tải q trình nấu thép - Tải lị nấu thép tải có tính cảm kháng.Đầu tiên ta dễ nhận thấy tải phụ thuộc nhiệt độ theo công thức: Rt = R0 *(1 + α *t) - Tải lị nấu thép tải có tính biến động, thông qua đồ thị dưới: Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xn Quyền Hình 1.1: Đồ thị tính biến động tải lò Μ : độ từ thẩm thép Ρ : suất điện trở thép(Ωcm) - Nhận thấy nhiệt độ khoảng 800-9000c tải tính cảm kháng cịn tính trở (do μ giảm mạnh ,còn ρ tăng mạnh) - Tải lò nấu thép tải ngắn mạch , nên nguồn cấp cho tải phải làm việc chế độ ngắn mạch, ta chọn nguồn cấp cho tải nghịch lưu nguồn dịng 2.Quan hệ f,p,U - Nhiệt đốt nóng kim lọai tính theo cơng thức: d h W= I12.n2 π p.µ f 10 −9 (W) Trong đó: I1 : dòng điện cuộn cảm ứng (A) n : số vịng dây cuộn cảm ứng d : đường kính lò h : chiều cao mẻ liệu (cm) I1.n : số ampe vịng Từ cơng thức ta thấy: - Năng lượng biến thành điện mẻ liệu tỉ lệ thuận với bình phương ampe vịng, tức tỉ lệ với cường độ từ trường bình phương điện trở riêng tần số Wnhiệt ≈ H2 ≈ I2 Wnhiệt ≈ f - Như để tăng lượng nhiệt cung cấp cho vật liệu tăng cường độ dòng điện tần số Nhưng thực tế khơng thể tăng dịng điện lên Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền dây phải lớn nóng, nóng chảy (dù có nước làm mát) - Thường dùng phương pháp tăng tần số, lò cảm ứng gọi lò cao tần - Mặt khác tần số cịn ảnh hưởng đến kích thước cục nguyên liệu Năng lượng truyền từ nguồn điện (tần số), qua vòng cảm ứng, biến đổi thành lượng trường điện từ Trong vật gia nhiệt điện dịng xốy cảm ứng chuyển thành nhiệt Khi truyền sâu kim loại, độ lớn vectơ E, H (hai thành phần trường điện từ) bị giảm dần lượng trường điện từ giảm dần (theo độ sâu truyền z) Độ sâu thẩm thấu: δ= p = 503 (m) ω.γ µ a µ f Trong đó: ω µ a = µ µ µ µ 0 μ = µ 10-7 H/m γ= p : tần số (rad) : hệ số từ thẩm tuyệt đối kim loại : hệ số từ thẩm tương đối kim loại : hệ số từ thẩm chân không ρ : điện dẫn kim loại - Tính tốn thực tế cho thấy z = δ 0,864 phần lượng điện từ có bề mặt kim loại bị tiêu tán để đốt nóng lớp kim loại dày δ, cịn 0.316 phần lượng tiếp tục truyền sâu vào lớp kim loại bên Tần số lớn δ nhỏ lượng điện từ tập trung đốt nóng lớp mặt ngồi kim loại Do để giảm lượng điện mát kim loại trình nấu chảy nguyên vật liệu cần thiết phải tính tốn cách hợp lý tỉ mỉ kích thước cục nguyên liệu chất khít chặt với tần số tương ứng - Để có hiệu suất nấu chảy kim loại cao, tần số lớn kích thước cục ngun liệu phải nhỏ, cịn tần số thấp kích thước cục ngun liệu to Ví dụ: Tần số (Hz) Kích thước cục nguyên liệu (mm) Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền 500 1000 10000 ≥ 20 10 - Nếu số lớn kích thước cục ngun liệu nhỏ 5mm - Tấn số có quan hệ chặt chẽ với chất cuă vật liệu cơng suất lị Cơng thức gần để tính tần số dịng điện là: fmin 25.10 p = d2 - Công thức cho thấy cơng suất lị lớn, nghĩa bán kính liệu dung tích lị lớn điện trở liệu nhỏ, tần số dịng điện cung cấp lấy thấp - Đối với kim loại sắt, niken, crôm hợp kim chúng người ta thường dùng tàn số giới hạn 1000 ÷ 3000 Hz Đối với bạc, đồng, đồng thanh, đồng đỏ, hợp kim bạc niken, đồng niken tần số dùng từ 50 ÷ 500 Hz - Để đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật, việc lựa chọn tần số phụ thuộc nhiều vào cơng suất lị Quan hệ giũă tần số cơng suất lị thể qua số liệu sau: Cơng suất lị (kW) Tần số (Hz) 1200 150 - Hiện việc lựa chọn tần số dòng điện cung cấp cho lị khơng có lõi sắt để luyện thép lựa chọn Sơ đồ nguyên lý cấu tạo thiết bị Sơ đồ khối biến tần cấp cho lò nấu thép: Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: U21 Đặng Xuân Quyền Chỉnh Lưu Pha Lọc Ud1 Ud2 Nghịch Lưu Pha U22 =Ura Hình 1: Sơ đồ khối biến tần Trong đó: U21 Ud1 =Kcl*U21 *cosα Ud2 = Knl*U22 ∗ cosβ U2 : điện áp vào chỉnh lưu : điện áp chỉnh lưu (điện áp vào lọc) : điện áp vào nghịch lưu (sau lọc) : điện áp nghịch lưu (điện áp tải) - Phương trình cân điện áp Ud1 = Ud2 Kcl*U21 *cosα = Knl*U22 *cos φt α : góc mở chỉnh lưu φt : góc tải - Từ lí luận , ta thấy yêu cầu với mạch chỉnh lưu - Mạch chỉnh lưu có chức cấp nguồn cho mạch nghịch lưu dòng chiều cho mạch nghịch lưu, tức giữ cho Id= const - Mạch chỉnh lưu điều chỉnh cơng suất q trình nấu chảy vật liệu,vì góc tải φt thay đổi α phải thay đổi cho phù hợp Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Chương II :Đề xuất phương án lựa chọn mạch lực Do đặc điểm lò luyện thép, ta chọn phương án dùng mạch điều áp chỉnh lưu Dưới trình bày số phương án… I Phương án mạch lực - Từ yêu cầu ta suy mạch chỉnh lưu phải chỉnh lưu có điều khiển Cơng suất lị nấu P = 140 kW, nguồn điện sử dụng nguồn điện pha nên dùng chỉnh lưu điều khiển pha (nếu dùng chỉnh lưu điều khiển pha công suất tải lớn làm xấu lưới điện) - Ta có phương án: • Chỉnh lưu hình tia pha • Chỉnh lưu cầu pha • Chỉnh lưu hình tia pha - Nhưng thấy rằng: • Chỉnh lưu hình tia pha có nhược điểm: chất lượng điện áp thấp, hệ số đập mạch nhỏ công suất tải lớn ảnh hưởng xấu đến hệ số cosϕ lưới điện, làm méo lưới điện buộc phải dùng đến biến áp lực • Chỉnh lưu hình tia pha chất lượng điện áp tốt việc chế tạo máy biến áp lực pha tốn kém, phức tạp, giá thành cao nên phương án không khả thi - Như thiết kế phần chỉnh lưu cho nguồn lò nấu thép dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu pha có điều khiển, bao gồm: + Chỉnh lưu cầu pha điều khiển đối xứng + Chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng Chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng • Sơ đồ nguyên lý: Hình 2: Sơ Đồ Chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng 10 Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Hình : Mạch lực điều áp xoay chiều ba pha tải trở Khi góc điều khiển α van bán dẫn lớn đồng thời có hai van dẫn, xung điều khiển phải cấp đồng thời cho hai van, hai van dẫn phải cấp xung theo kiểu xung cần mở với xung đệm, nguyên tắc đệm xung phải theo thứ tự pha Như việc cấp xung hình Hình 8: Hình dạng đường cong điện áp tải với xung điều khiển van 18 Đồ án : Điện Tử Cơng Suất SV: Hồng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền X1 : Một chữ số xung Cần mở T1 X6-1 : Xung đệm từ T6 sang T1 Trên hình vẽ lại đường cong điện áp tải với góc mở van bán dẫn α lớn ( α = 4π ) Để có đường cong điện áp pha A hình vẽ, cần cấp xung điều khiển theo thứ tự hình Mỗi thyristor chu kỳ cấp hai xung điều khiển, Xung trước X xung định góc mở nó, cịn xung thứ hai X 6-1 xung đệm nhận từ thyristor cần mở pha khác tới Điện áp dòng điện gián đoạn, khơng có xung đệm X1-4 T1 van điều áp ba pha 4π Tại t2 góc α = T1 ( UA>0) phát xung X1 điều khiển T1 đồng thời đệm xung T4 – T1-4 ( xung thứ hai T4) lúc với điện áp pha A dương pha B (UA>>UB) T1 T4 dẫn, chừng UA dương UB, điện tải pha A coi tải đối xứng U A=1/2UAB Đến t 2' điện áp UB dương UA ( bỏ qua ảnh hưởng điện cảm, coi góc ϕ khơng đáng kể) nên T1 T4 bị khóa t 2' Đến T3 góc α = 4π T6 (UC

Ngày đăng: 27/06/2014, 22:07

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan