Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Lò cảm ứng ( Lò trung tần nấu thép) Thiết bị trung tần với tần số làm việc 500  10 0000 Hz ( Lò cảm ứng trung tần ) Đây lò trung gian lò cảm ứng tần số cơng nghiệp lò cảm ứng cao tần Nhiệt độ cung cấp cho lò để nấu chảy kim loại với tốc độ nhanh , thích hợp cho việc nấu luyện loại thép cacbon hoặc loại thép hợp kim trung bình cao Thiết bị biến đổi tần số lò sử dụng máy phát tần số kiểu quay dùng tiristor điều khiển 1.1 Sơ đồ chức lò cảm ứng dùng biến tần KĐK3 U = var U = var f = 50Hz CL CKL NL KĐK2 KĐCS KĐK1 U,I,f Lò KNg Hình 1.1 Sơ đồ khối chức lò cảm ứng dùng biến tần Trong sơ đồ khối chức lò cảm ứng trung tần dùng biến tần gồm khâu sau: - Mạch lực gồm khâu: + CL – Bộ chỉnh lưu có điều khiển dùng tyristor biến đổi điện áp xoay chiều lưới điện thành điện áp chiều + NL – Khâu nghịch lưu cộng hưởng biến điện áp chiều thành điện áp xoay chiều cung cấp cho vòng cảm ứng lò Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép + CKL – Khâu lọc điện áp chiều dùng cuộn kháng lọc với với trị số điện cảm L lớn ( nguồn cung cấp cho chỉnh lưu nguồn dòng ) + Lò trung tần có vòng cảm ứng xung quanh nồi lò tụ điện - Mạch điều khiển gồm khâu: + KNg – Khâu nguồn chiều cung cấp cho tất khâu mạch điều khiển + KĐCS – Khâu điều chỉnh công suất tiêu thụ lò cảm ứng + KĐK - 2- Khâu điều khiển chỉnh lưu + KĐK - 1- Khâu điều khiển nghịch lưu + KĐK - 3- Khâu điều khiển công nghệ dùng rơle- công tắc tơ … đo lường bảo vệ 1.2 Sơ đồ nguyên lý lò cảm ứng Hiện nhập nhiều lò trung tần nấu thép từ nước khác : Anh , Mỹ, Nga , Trung Quốc có thơng số cơng nghệ sau: - Dung tích mẻ nấu từ 50 đến 2000 Kg - Công suất tiêu thụ định mức lò từ 100kW đến 1200 kW Nhìn chung dù sản xuất khác cấu tạo , nguyên lý hoạt động sơ đồ khối chức giống Trên hình 2.2 sơ đồ nguyên lý mạch lực lò trung tần nấu thép Việt Nam lắp ráp Lò trung tần nấu thép Các hệ thống điện tử điển hình NCBA 62 68 69 70 LH1 LH2 64 LK1 65 LK2 LH3 R9 63 R8 RES2 67 R7 RES2 66 RES2 151 19 13 16 LK3 154 22 C1 R1 C4 R4 153 156 20 14 17 23 25 C5 21 C3 155 15 18 R2 C2 R5 152 R3 C6 R6 24 28 A1 A V 29 219 V600 30 31 36 37 32 220 LD L7 L8 R12 C8 R14 C10 221 222 30 33 34 35 36 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý lò trung tần nấu thép L9 L10 R13 C9 R15 C11 B2 41 KW V2 Hz 42 V2 54 55 CF1 34 LF CF2 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép 1.3 Lò cảm ứng trung nấu thép gồm phần tử sau: 1.3.1 Máy cắt - đựơc điều khiển đóng ngắt tự động nhờ động cơng suất nhỏ, đóng ngắt trực tiếp tay Máy cắt nối với nguồn điện áp xoay chiều ba pha điện ap 380 V cung cấp điện cho mạch chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Hình 1.3 Máy cắt 1.3.2 CK Cuộn kháng xoay chiều lõi khơng khí có chức hạn chế dòng ngắn mạch hạn chế tóc độ tăng trưởng dòng điện bảo vệ tiristor chỉnh lưu T- CL1  T- CL Hình 1.4 Cuộn kháng xoay chiều 1.3.3 Tyristor chỉnh lưu T- CL1  T- CL6 chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển hoàn toàn dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều ba pha thành nguồn điện áp chiều Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Hình 1.5 Thyristor chỉnh lưu 1.3.4 Cuộn kháng LD – cuộn kháng lọc có tác dụng san phẳng dòng điện chiều có giá trị điện cảm lớn Mạch từ mạch từ hở để tránh tượng bão hòa Cuộn kháng chiều có hai phần lớn , phần lớn lại gồm có năm vòng lớn vòng lớn lại gồm năm vòng nhỏ Hình 1.6 Cuộn kháng lọc chiều 1.3.5 Tyristor nghịch lưu T-NL1  T- NL4 nghịch lưu công hưởng, nối theo sơ đồ cầu pha có tác dụng biến nguồn điện áp chiều thành nguồn điện áp xoay chiều, điện áp tải có dạng gần hình sin Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Hình 1.7 Thyristor nghịch lưu 1.3.6 Vòng cảm ứng – phụ tải của nghịch lưu cộng hưởng.Vì dòng qua vòng cảm ứng cỡ hàng ngàn Ampe nên tổn hao điện chiếm tới 25  30% công suất hữu ích thiết bị cần làm mát vòng cảm ứng Làm mát khơng khí cho phép mật độ dòng điện  A/mm Còn làm mát nước chảy ống tiết diện tròn cho phép mật độ dòng điện lên tới 10  30 A/mm Hình 1.8 Lò nấu kim loại 1.3.7 Tụ điện – nối song song nối tiếp với vòng cảm ứng để tạo thành mạch vòng dao động Tụ điện dùng sơ đồ thiết bị gia nhiệt tần số nhằm làm chức Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép phân ly dòng điện chiều bù hệ số cơng suất cos  lò Các tụ điện chịu điện áp cao ( tới 1000 V ) chịu tần số cao ( tới 10kHz ) tùy theo thiết bị gia nhiệt 1.3.8 Dây dẫn cao tần Dây dẫn cao tần có cảm kháng đặc biệt lớn hiệu ứng bề mặt , hỗ cảm chúng phụ thuộc vào số Dây dẫn phẳng , có ống rỗng có nước làm mát, cáp đồng trục cao tần hay cáp ruột nhiều ruột Cáp đồng trục có trở kháng cảm kháng nhỏ so với loại dây dẫn thơng thường có cấu tạo phức tạp tốn vật liệu Hiện có cáp chịu điện áp 2000 V dòng điện 500A tần số 10000 kHz 1.3.9 Bảng điều khiển - đựơc dùng để điều khiển khâu cấp nguồn chiều cung cấp cho tất khâu bảng điều khiển , điều chỉnh công suất tiêu thụ lò cảm ứng, điều khiển chỉnh lưu , điều khiển nghịch lưu, điều khiển công nghệ dùng rơle – công tắc tơ đo lường bảo vệ Hình 1.9 Bảng điều khiển 1.3.10 Các máy biến dòng cao - để biến đổi dòng điên cao từ 2000 ampe xuống dòng điện ampe Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Hình 1.10 Biến dòng cao - Sơ đồ ngun lý máy biến dòng: S1 T1 I sc I tc n I tc R T2 S1 Hình 1.11 Sơ đồ ngun lý máy biến dòng Khi có dòng điện qua phía sơ cấp đó: Itc = Isc/n Trong : Isc : Dòng điện qua cuộn sơ cấp, Itc : Dòng điện qua cuộn thứ cấp, n : Tỷ số vòng dây cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp, 1.3.11 Các máy biến dòng hạ - để biến đổi dòng điên từ ampe xuống dòng điện 0,2 ampe 1.3.12 Aptơmat : áp tơ mát có ba tiếp điểm mắc trực tiếp vào mạng điện xoay chiều ba pha điện áp 380 V Có chức đóng cắt tự động tải ngắn mạch Cấp nguồn cho khởi động từ Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Hình 1.12 Aptomat 1.3.13 Khởi đơng từ ( Cơng tắc tơ ) Là khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên mạch điện động lực từ xa , tay tự động Việc đóng cắt cơng tắc tơ có tiếp điểm thực nam châm điện , thủy lực hay khí nén gần người ta thường dùng loại đóng cắt nam châm điện Cơng tắc tơ có cấu tạo gồm hai cực , cực có hai tiếp điểm tiếp điểm ( tiếp điểm làm việc) tiếp điểm dập hồ quang Hình 1.13 Khởi động từ Khởi động từ dùng để cấp nguồn cho máy biến áp chống đóng điện trở lại điện 1.3.14 Mạch RC bảo vệ điện áp: Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép - Tiristor nhậy cảm với điện áp cao so với điện áp định mức - Nguyên nhân gây tượng áp tích tụ điện tích van bán dẫn, khoá tiristor điện áp ngược điện tích đồi ngược hành trình tạo nên dòng điện ngược khoảng thời gian ngắn Sự biến thiên đột ngột nhanh chóng dòng điện ngược tạo sức điện động cảm ứng lớn điện cảm dẫn đến tiristor xuất áp - Để bảo vệ áp tích tụ điện tích gây người ta dùng mạch RC ghép song song với van Trên hình hai điện trở mắc nối tiếp mắc nối tiếp với tụ điện C Hình 1.14 1.3.15 Mạch RC Điện trở Shunt dùng để đo dòng điện chỉnh lưu Hình 1.15 Điện trở shunt 1.3.16 Biến áp xung nghịch lưu dùng để phát xung điều khiển đóng mở van nghịch lưu 10 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Hình 1.16 1.3.17 Biến áp xung nghịch lưu Biến áp cơng suất có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp 1000 V hai mức điện áp 100 V 20 V cấp cho đồng hồ đo bảng điều khiển Hình 1.17 Biến áp 1.3.18 Biến áp nguồn có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện pha 220 V điện áp 18 V cấp cho bảng điều khiển 11 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Hình 1.18 Biến áp Máy biến áp thiết bị điện từ tĩnh , làm việc dựa nguyên lý cảm ứng điện từ , dùng để biến đổi hệ thống điện có điện áp U1( dòng điện I1 tần số f1 ) thành hệ thống có điện áp U2 ( dòng điện I2 tần số f2 ) máy biến áp việc đổi điện áp thực dòng điện xoay chiều dòng điện biến đổi xung Máy biến áp dùng hệ thống truyền tải phân phối điện Ngoài máy biến áp dùng cho số yêu cầu nối mạch chỉnh lưu làm nguồn cấp cho lò điện … Máy biến áp có hai dây quấn đặt chung mạch từ Các dây nối nối với khơng nối với nhau, chúng nối với người ta gọi máy biến áp tự ngẫu U2,f U1 ,f U3,f Hình 1.19 Sơ đồ ngun lý *Ngồi Các đồng hồ đo điện áp, đo dòng điện, đo tần số , đo lưu lượng nước Bốn nút ấn hai nút ấn điều khiển hoạt động động máy cắt Hai nút ấn điều khiển hoạt động khơi động từ Và biến trở 1.4 Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu 12 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Phần chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều Thường chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng gồm diode Thyristor có góc mở  nhỏ có ưu điểm điện áp chỉnh lưu cao Ud = 2,34 U2 , hệ số đập mạch nhỏ, có công suất đầu xấp xỉ công suất đầu vào S  1,05.Pd P NCBA T1 C1 T3 T5 C R R R1 LH1 C LK1 LK2 LH2 LH3 R7 R8 R9 RES2 RES2 RES2 V LK3 T2 C R T4 C R T6 V600 C R A1 A LD Q Hình 1.20 Sơ đồ ngun lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu 13 Các hệ thống điện tử điển hình Uf Ua Uc Ub t1 t3 t2 Ud Lò trung tần nấu thép t5 t4 t6 Uab Uac Ubc Uba Uca Ucb iT1 iT3 iT5 iT2 iT4 iT6 id uV1 Ungmax Uab Uac Hình 1.21 Đồ thị dạng dòng điện , điện áp sơ đồ mạch chỉnh lưu 14 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Phần chỉnh lưu mắc theo sơ đồ cầu ba pha có điều khiển, van điều khiển thyristor Mạnh chỉnh lưu lấy nguồn từ nguồn điện áp xoay chiều ba pha điện áp 380 V Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp xoay chiều ba pha thành nguồn điện chiều cung cấp cho mạch ngịch lưu Ta có đồ thị hình vẽ với góc điều khiển  = 30 Dòng chạy qua tải dòng điện chạy từ pha pha kia, thời điểm cần mở Tiristo cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung nhóm anod (+), xung nhóm catod (-)) Ví dụ thời điểm t1 hình vẽ cần mở Tiristo T1 pha A phía anod, cấp xung X1, đồng thời cấp thêm xung X4 cho Tiristo T4 pha B phía catod thời điểm tương tự Cần ý thứ tự cấp xung điều khiển cần tuân thủ theo thứ tự pha Khi cấp xung điều khiển, dòng điện chạy từ pha có điện áp dương pha có điện áp âm Ví dụ khoảng t1  t2 pha A có điện áp dương hơn, pha B có điện áp âm hơn, với việc mở thơng T1, T4 dòng điện dược chạy từ A B Khi góc mở van nhỏ điện cảm lớn, khoảng dẫn van nhóm (anod hay catod) có hai van nhóm đổi chỗ cho Điều thấy rõ khoảng t1  t3 hình vẽ Tiristo T1 nhóm anod dẫn, nhóm catod T4 dẫn khoảng t1  t2 T6 dẫn tiếp khoảng t2  t3 Điện áp ngược van phải chịu chỉnh lưu cầu ba pha van dẫn điện áp dây van khố Ta lấy ví dụ cho van T1 (đường cong cuối hình vẽ) khoảng t1  t3 van T1 dẫn điện áp 0, khoảng t3  t5 van T3 dẫn lúc T1 chịu điện áp ngược UBA, đến khoảng t5  t7 van T5 dẫn T1 chịu điện áp ngược UCA Khi góc mở Tiristo lớn lên tới góc   600 thành phần điện cảm tải nhỏ, điện áp tải bị gián đoạn Trong trường hợp dòng điện chạy từ pha pha kia, van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt lên chúng, điện áp dây đổi dấu, van bán dẫn có phân cực ngược nên chúng tự khoá Sự phức tạp chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng nói cần phải mở đồng thời hai van theo thứ tự pha, gây khơng khó khăn chế tạo vận hành sửa chữa Để đơn giản người ta sử dụng điều khiển khơng đối xứng 15 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Trên đồ thị điện áp pha ta biểu diễn trình điều khiển van riêng rẽ cho thyristor nhóm catốt chung nhóm anốt chung Đường bao phía đường điện áp pha cho ta hình dạng điểm tải P van T1, T3, T5, điều khiển với góc  so với điểm chuyển mạch tự nhiên Đường bao phía đường điện áp cho ta hình dạng điểm tải Q van T2, T4, T6, điều khiển với góc  so với điểm chuyển mạch tự nhiên Dạng P Q so với điểm trung tính nguồn giống với dạng điện áp chỉnh lưu pha hình tia Nếu đo điện áp P Q ta có điện áp chỉnh lưu cầu pha biểu diễn hệ thống điện áp dây Uab, Uac, Ubc, … Với tải trở dạng dòng điện tải lặp lại giống dạng điện áp U d Góc giới hạn dòng liên tục dòng gián đoạn 60 Nếu   60 dòng điện liên tục ta có cơng thức là: Ud  = Ud0.cos  = 2,34 U2 cos  Nếu góc   60 dòng điên gián đoạn ta có cơng thức là: Ud  =  U2  cos(  60 ) 1.5 Đặc điểm nguyên lý lò trung tần nấu thép phần nghịch lưu Nghịnh lưu độc lập thiết bị biến đổi dòng điện chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số thay đổi làm việc với phụ tải độc lập Nguồn điện chiều cung cấp chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển Nghich lưu dòng thiết bị biến đổi nguồn dòng chiều thành nguồn dòng xoay chiều có số tuỳ ý Đặc điểm nghịch lưu dòng nguồn chiều cung cấp cho biến đổi phải nguồn dòng , điện cảm đầu vào phải có giá trị lớn vơ để đảm bảo dòng liên tục * Ưu điểm: - Mạch điều khiển đơn giản trình chuyển mạch đơn giản việc điều chỉnh công suất biến tần nguồn dòng chủ yếu thực phía chỉnh lưu - Thường ứng dụng lò cơng suất nhỏ sử dụng phổ biến * Nhược điểm : - Do nguồn dòng khơng hở mạch , phải điều chỉnh cơng suất phía chỉnh lưu Vì hệ số cơng suất truyền tải qua chỉnh lưu thấp điều khiển sâu điện áp 16 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép chiều Điện áp van phụ thuộc vào điện áp tải lò cơng suất lớn điện áp lớn nghịch lưu nguồn dòng khơng cho lò cơng suất lớn Từ sơ đồ nghịch lưu dòng pha ta thấy tín hiệu điều khiển đưa vào đơi tức Tiristo T11,T13 lệch pha với với tín hiệu điều khiển đưa vào Tiristo T12,T14 góc 180 Điện cảm đầu vào nghịch lưu đủ lớn ( Ld =  ) , dòng điện đầu vào san phẳng , nguồn cấp cho nghịch lưu nguồn dòng dạng dòng điện nghịch lưu có dạng xung vng 17 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép iZ + iZ Ld KW R T11 R T12 iZ C C B2 LF V2 L9 L7 V2 32 Hz '+' '-' CF1 L10 L8 T14 R C T13 ic CF2 R C Hình 1.22 Sơ đồ nguyên lý lò phần ngịch lưu 18 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép T iN Id t O t id t iC t iZ t i T1 i T2 t U T1 t t1 t1' tk Hình 1.23 Biểu đồ xung sơ đồ cầu pha 19 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép Khi đưa xung vào mở cặp van T11,T13 , dòng điện iN = id = Id Đồng thời dòng qua tụ C tăng lên đột biến , tụ C bắt đầu nạp điện với dấu “ +” bên trái dấu “ – “ bên phảI Khi tụ C nạp đầy dòng qua tụ giảm khơng Do iN = iC + iZ = Id = hắng số, nên lúc đầu dòng qua tảI nhỏ sau dòng qua tảI tăng lên Sau nửa chu kỳ ( t = t1 ) người ta đưa xung vào mở cặp van T12,T14 Cặp T12,T14 mở tạo trình phóng điện tụ C từ cực “+” cực “-“ Dòng phóng ngược chiều với dòng qua T11,T13 làm cho T11,T13 bị khố lại Q trình chuyển mạch xảy gần tức thời Sau tụ C nạp điện theo chiều ngược lại với cực tính “+” bên phả cực tính “-“ bên trái Dòng iN = id = Id ngược dấu Đến thời điểm t = t2 người ta đưa xung vào mở T11,T13 T12,T14 bị khố lại q trình lặp lại trước thời điểm t1 , mở T12,T14 T11,T13 bị khoá lại điện áp ngược tụ C đặt lên Khoảng thời gian trì điện áp ngược cần thiết để trì trình khố để phục hồi tính chất điều khiển van  la góc khố cua nghịch lưu Nguồn tài liệu tham khảo : http://luanvan.co/luan-van/de-tai-khao-sat-va-thiet-kelo-trung-tan-nau-thep-cong-suat-1250-kw-tan-so-500hz-31740/ 20 ... Sơ đồ nguyên lý lò trung tần nấu thép L9 L10 R13 C9 R15 C11 B2 41 KW V2 Hz 42 V2 54 55 CF1 34 LF CF2 Các hệ thống điện tử điển hình Lò trung tần nấu thép 1.3 Lò cảm ứng trung nấu thép gồm phần... hoạt động sơ đồ khối chức giống Trên hình 2.2 sơ đồ ngun lý mạch lực lò trung tần nấu thép Việt Nam lắp ráp Lò trung tần nấu thép Các hệ thống điện tử điển hình NCBA 62 68 69 70 LH1 LH2 64 LK1... C R A1 A LD Q Hình 1.20 Sơ đồ nguyên lý lò trung tần nấu thép phần chỉnh lưu 13 Các hệ thống điện tử điển hình Uf Ua Uc Ub t1 t3 t2 Ud Lò trung tần nấu thép t5 t4 t6 Uab Uac Ubc Uba Uca Ucb iT1