Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Đồ án Điện tử công suất TRÌNH BÀY VỀ LUYỆN THÉP VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA NÓ Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền PHỤ LỤC Lời nói đầu……………………………………………………………… Chương 1:Giới thiệu công nghệ yêu cầu kỹ thuật…… I Tìm hiểu lò nấu thép…………………………………………… II Tìm hiểu đề tài………………………………………………… Chương 2: Đề xuất phương án lựa chọn mạch lực… I Phương án mạch lực……………………………………………… II Tính toán 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 công trình lớn, phát triển sở hạ tầng Ngày nay, đánh dấu thành to lớn ngành công nghiệp: đóng tầu, sản xuất ôtô, luyện kim… Trong luyện kim chiếm vai trò 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 Hoàng Ngọc Tú Đặng xuân quyền với giúp đỡ thầy Thiếu sót báo cáo tránh khỏi, xin chân thành cảm ơn chân trọng ý kiến dóng góp phê bình bạn, để đề tài hoàn thiện hơn… Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NẤU THÉP I.Tìm hiểu lò nấu thép - 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 hoá cao có khả luyện, nấu nhiều loại thép khác nhau, dùng cho mục đích khác - Ít gây ô nhiễm môi trường - Có loại lò phổ biến sau: lò hồ quang, lò điện trở, lò cảm ứng - Trong loại lò điện lò 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 lò điện cảm ứng 80% so với 60%-75% lò hiệu suât nhiệt lên tới 96% Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền - Tuy nhiên lò cảm ứng có hệ số công suất giảm điện trở vật liệu giảm để tăng nhiệt số thường người ta mắc tụ điện song song với lò 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 lò nhỏ, nấu thí nghiệm 10g - 100g - 8000Hz - 4000Hz lò thí nghiệm nấu vài kg - 2000Hz lò công nghiệp nhỏ, mẻ 50 kg - 500kg - 1000Hz lò mẻ 250kg-2000kg - 50Hz (tần số công nghiệp) với lò nấu lớn công nghiệp Nói riêng lò cảm ứng - Lò cảm ứng Theo ứng dụng chia làm loại là: lò có lõi sắt lõi sắt - Loại lò có lõi sắt giữa: xuất sức điện động hỗ cảm vào nguyên liệu rắn: E2 = 4,44.f.W2 φ 10-8 f : tần số (Hz), chu kỳ (s) W2 : số vòng cuộn dây thứ cấp Đồ án : Điện Tử Công Suất GVHD: φ SV: Hoàng Ngọc Tú Đặng Xuân Quyền : từ thông sinh lõi sắt (Wb) - Nhờ dòng xoay chiều gây cho từ trường nam châm lõi sắt mà kim loại rắn nung nóng dần, cuối chảy vào rãnh lấy Loại thông dụng suất không cao, xỉ luôn bị nguội - Loại lõi sắt thông dụng nay: Đặc điểm loại lò từ trường từ cuộn dây cảm ứng dẫn thẳng vào kim loại Tại sinh dòng điện hỗ cảm có cường độ không dây đồng Mật độ dòng điện tập trung mặt dây, giảm dần Cấu tạo lò Gồm hai phận vòng cảm ứng nồi lò: - Vòng cảm ứng làm đồng ống sắt dẹt Vì dòng qua vòng cảm ứng cỡ hàng ngàn ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25 ÷30% công suất hữu ích thiết bị Do cần làm mát vòng cảm ứng Làm mát không khí cho phép mật độ dòng điện ÷ 5A/mm2 Làm mát nước vòng cảm ứng rỗng cho phép dòng điện tới 50 ÷ 70A/mm2 - Nồi lò làm vật liệu chịu lửa II.Tìm hiểu tải 1.Đặc tính tải trình nấu thép - Tải lò nấu thép tải có tính cảm kháng.Đầu tiên ta dễ nhận thấy tải phụ thuộc nhiệt độ theo công thức: Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Rt = R0 *(1 + α *t) - Tải lò nấu thép tải có tính biến động, thông qua đồ thị dưới: 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 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 dòng 2.Quan hệ f,p,U - Nhiệt đốt nóng kim lọai tính theo công thức: W= I12.n2 π d p.µ f 10 −9 (W) h Trong đó: I1 : dòng điện cuộn cảm ứng (A) Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền n : số vòng dây cuộn cảm ứng d : đường kính lò h : chiều cao mẻ liệu (cm) I1.n : số ampe vòng Từ công thức ta thấy: - Năng lượng biến thành điện mẻ liệu tỉ lệ thuận với bình phương ampe vòng, 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 tăng dòng điện lên 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 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 dòng xoáy 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: Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền δ= p = 503 (m) ω.γ µ a µ f Trong đó: ω : tần số (rad) µ a = µ µ : hệ số từ thẩm tuyệt đối kim loại µ : hệ số từ thẩm tương đối kim loại µ 0 μ = µ 10-7 H/m : hệ số từ thẩm chân không ρ γ= p : điện dẫn kim loại - Tính toán 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, 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 kim loại Do để giảm lượng điện mát kim loại trình nấu chảy nguyên vật liệu cần thiết phải tính toán 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 nguyên liệu phải nhỏ, tần số thấp kích thước cục nguyên liệu to Ví dụ: Đồ án : Điện Tử Công Suất SV: Hoàng Ngọc Tú GVHD: Đặng Xuân Quyền Tần số (Hz) Kích thước cục nguyên liệu (mm) 500 ≥ 20 1000 10 10000 - Nếu số lớn kích thước cục nguyên liệu nhỏ 5mm - Tấn số có quan hệ chặt chẽ với chất cuă vật liệu công suất lò Công thức gần để tính tần số dòng điện là: fmin = 25.10 p d2 - Công thức cho thấy công suất lò lớn, nghĩa bán kính liệu dung tích lò lớn điện trở liệu nhỏ, tần số dòng 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 công suất lò Quan hệ giũă tần số công suất lò thể qua số liệu sau: Công suất lò (kW) 0 điốt D1 dẫn làm cho tụ ngăn mạch nên Urc=0, U A[...]... lới, do đó điện áp trên các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt v o van bán dẫn l điện áp pha Nhợc điểm của sơ đồ l trên dây trung tính có tồn tại dòng điện điều ho bậc cao, khi góc mở các van khác 0 có dòng tải gián đoạn v loại sơ đồ nối ny chỉ thích hợp với loại tải ba pha có bốn đầu dây ra Các sơ đồ không trung tính Hình b, c có nhiều điểm khác so với sơ đồ có trung tính ở đây dòng điện chạy giữa... nhau, nên đồng thời phải cấp xung điều khiển cho hai Tiristo của hai pha một lúc Việc cấp xung điều khiển nh thế, đôi khi gặp khó khăn trong mạch điều khiên, ngay cả việc đổi thứ tự pha nguồn lới cũng có thể lm cho sơ đồ không hoạt động Thiết kế sơ đồ mạch động lực của bộ điều áp xoay chiều ba pha chúng ta phải thực hiện hng loạt các bi toán tổng hợp Ngay cả ở chế độ xác lập thì dòng điện v điện áp trên... Luận Từ những trình bày các phơng án trên, ta chọn phơng án điều áp ba pha với sơ đồ mắc tải thuần trở hình sao không điểm giữa Vì phơng án này có những u điểm thuận lợi phù hợp với yêu cầu để tài - Chất lợng điện áp tốt nên thiết kế bộ lọc đơn giản, tiết kiệm - Có khả năng hoàn trả năng lợng về lới rất tốt - Có thể điều khiển góc mở của thyristor với góc mở lớn nên có thể đảm bảo công xuất của lò II Tớnh... gồm 3 sơ đồ nh sau: Hình 6 a, b, c a b 22 ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn c Hình 6: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng cặp Tiristo mắc song song ngợc Các loại sơ đồ ny bao gồm, tải đấu sao có trung tính (a),tải đấu sao không trung tính (b), tải đấu tam giác (c) Tải đấu sao có trung tính, có nhiều điểm l sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều khiển dịch pha theo điện áp... ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn Chng 3: Mch iu khin I Nguyờn lý iu khin 30 ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn iu khin thyristor trong s chnh lu hin nay cú nhiu phng phỏp khỏc nhau, thng gp l iu khin theo nguyờn tc thng ng Ni dung c mụ t theo gin hỡnh 10 Hỡnh 10 : Nguyờn lý iu khin chnh lu Khi in ỏp xoay chiu hỡnh sin (U f) t vo ant ca thyristor cú th iu... Cht lng in ỏp thp, h s p mch nh (mm=3) nờn yờu cu cao v b lc + Lm lch pha li in khi thay i gúc iu khin 2 Chnh lu iu khin 3 pha i xng 17 ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn S nguyờn lý: Hỡnh 4: S Chnh lu iu khin 3 pha i xng Dng in ỏp v dũng in 18 ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn Hỡnh 5: Dng in ỏp v dũng in Phõn tớch s : S cu 3 pha i xng gm 6 Tiristor, chia... sơ đồ không hoạt động Thiết kế sơ đồ mạch động lực của bộ điều áp xoay chiều ba pha chúng ta phải thực hiện hng loạt các bi toán tổng hợp Ngay cả ở chế độ xác lập thì dòng điện v điện áp trên các van bán dẫn cũng chỉ l chế độ gần với xác lập 23 ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn Trong phần thiết kế ny chúng ta chỉ xét bộ điều áp lm việc ở chế độ xác lập mch ba pha khụng trung tớnh... ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn >1200 150 - Hin nay vic la chn tn s dũng in cung cp cho lũ khụng cú lừi st luyn thộp vn c la chn nh trờn 3 S v nguyờn lý cu to ca thit b S khi ca b bin tn cp cho lũ nu thộp: U21 Chnh Lu 3 Pha Ud1 Lc Ud2 Nghch Lu 1 Pha U22 =Ura Hỡnh 1: S khi ca b bin tn Trong ú: U21 : in ỏp vo b chnh lu Ud1 =Kcl*U21 *cos : in ỏp ra b... phn chnh lu cho b ngun lũ nu thộp dựng s chnh lu cu 3 pha cú iu khin, bao gm: + Chnh lu cu 3 pha iu khin i xng + Chnh lu cu 3 pha iu khin khụng i xng 1 Chnh lu cu 3 pha iu khin khụng i xng S nguyờn lý: Hỡnh 2: S Chnh lu cu 3 pha iu khin khụng i xng Dng in ỏp v dũng in: 14 ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn Hỡnh 3: Dng in ỏp v dũng in Phõn tớch s : S cu 3 pha khụng i xng gm... ỏp ta cú phn bin thiờn tuyn tớnh ph ht na chu k in ỏp Do vy, khi cn iu khin in ỏp t 0 ti cc i l hon ton cú th ỏp ng c Vi s ra i ca linh kin ghộp quang, cú th to s bng b ghộp quang nh hỡnh 13b Nguyờn lý v cht lng in ỏp ca hai s d hỡnh 13a,b tng i ging nhau u im ca s hỡnh 13b l khụng cn bin ỏp ng pha, do ú cú th n gin hn trong vic ch to v lp t 33 ỏn : in T Cụng Sut SV: Hong Ngc Tỳ GVHD: ng Xuõn Quyn