Thiết kế hê thống điều khiển đông CO’ điên môt chiều ửng dung điều khiến nâng hạ điện cực lò hồ quang

r
Qhuụêí
tốttốt
nụhiệp
«ể>
s^u : Qlụuụễn
£7'hành
^OuútUỊ
Q^huụêtminh
minhitồđồánán
nghiệp rà*> E3 «ể>EQ
: QlgugẪn
£7hành:
()notUỊ

Mục lục
Đ4.1. Tính chọn các phần tử của sơ đồ........................................ 72 Trang
Lời nói Đ4.2.
đầu...............................................................................................
6
Xác định hệ số khuếch đại của hệ thống......................................
81
Phần
Quy
trình
nghệ
lò chỉnh
hồ quang.................................................
8
Phần I. V.

Xét
ổn công
định và
hiệu
hệ thống..................................................
88
Đl.l. khái
chung và phân
9
Đ5.1.
Kháiniệm
niệm.....................................................................................
89
Đ5.2.Tống hợp hệ truyền động với hai mạch vòng phản hồi
loại...................................
phản
hồi dòng điện....................................................... 91
Đ1.2. tốc
Sơ độ
đồ và
mạch
động
14

lực..................................................

Đl.3. Yêu cầu với các sơ đồ điều chỉnh điện cực lò

hồ quang

19

Đl.4. Tổng quát về các sơ đồ khống chế dịch cựclò
hồ quang..................................................................................... 22
Phần II. Các phương pháp điều khiến tốc độ và vị trí
động cơ điện một chiều kích từ độc lập................................................... 29

Đ2.1. Điều khiển tốc

30

-4^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn

-5-


Qhuụêí minh itồ án tết nụhiệặt EQ «ể> SN) : f
1 rong nền công nghiệp hiện nay ngành cơ khí luyện kim đóng một vai

trò rất quan trọng, là ngành công nghiệp không thể thiếu và sản phâm của
ngành luôn cỏ mặt ở tất cả mọi lĩnh vực.

Hiện nay trong công nghiệp luyện kim, phương pháp nấu luyện thép
bằng lò hồ quang được dùng phô biến với ưu điếm là đơn giản dê tạo ra các
loại thép cỏ chất lượng như mong muốn.

Chất lượng thép là đại lượng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tổ trong đó
phụ thuộc phần lớn vào công suất cấp cho lò và sự phân bố nhiệt hay nhiệt độ
trong nồi lò.

Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thê thực hiện bằng cách thay đôi
(7«íiờ«r/ d)ạì hoe 3£tị {'dhiiăt (dôtiịỊ Qlụhỉèp - DUioa (ĩĩêti

-6-


VĩhuAịâ minh itồ án tốt ễUjJtiệp EQ «ể> SN) : f
Thiết kế hê thống điều khiển đông CO’ điên môt chiều ửng dung
điều khiến nâng hạ điện cực lò hồ quang
Nôi dung của đồ án đề câp tỏi các vấn đề sau:
I. Tìm hiếu công nghệ lò Hồ Quang.
II. Các phương pháp điều chỉnh tắc độ và vị trí động cơ điện một chiều
kích từ độc lập.
III. Thiết kế sơ đồ nguyên lỷ
IV. Tính chọn các phần tử của sơ đồ và xác định hệ số khuếch đại của
hệ thống.
V.

Thuyết minh sơ đồ nguyên lý hệ thống.

Phần chuyên đề về hệ điều khiển thích nghi.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giảo hướng dân Th.s Võ Quang Vinh và
các thầy cô giảo trong khoa điện đã giúp đỡ nhiệt tình, cộng với sự no lực của
bản thân em đã hoàn thành đề tài này. Song do khả năng, thời gian có hạn và
tài liệu tham khảo còn gặp nhiều khó khăn nên trong bản đồ án này không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự chỉ bảo hướng dân của các
thày cô giáo và các bạn đóng góp ỷ kiến đê bản đồ án hoàn thiện hơn..

Em xỉn chân thành cảm ơn ỉ
Thái Nguyên, ngày 01 tháng 08 năm 2004

Nguyên Thành Vương

(7«íiờ«r/ d)ạì hoe SKụ Vĩhííật (dôtiịỊ Qlụhỉêp - DUioa (ĩĩêti

- 7-


(

Jhuụêt minh itè án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn £7'hành (Dưưnụ.

Phần I

Quỵ trình cộng nghê lộ hộ gụạng

^ĩinòtUỊ rtìạì hoe CKụ ^ĩhuật @ônịị. QlyAìệp - DUioa điên

-8-


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp

EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti điên

-9-


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : íyiíỊẤtụễn £7'hành 'DiìotUỊ

Phần I
Quy trình
công nghệ lò hồ quang
Trong đời sống và sản xuất yêu cầu về sử dụng về nhiệt năng rất lớn
trong các ngành công nghiệp khác nhau nhiệt năng dùng đế nung, sấy nhiệt
luyện, nấu chảy các chất ... là một yêu cầu không thế thiếu được. Nguồn nhiệt
năng này đuợc chuyến từ điện năng qua các lò điện rất phổ biến đa dạng và
thuận tiện.
Từ điện năng ta có thể biến thành nhiệt năng bằng rất nhiều cách khác
nhau như : Nhờ hiệu ứng Joule (lò điện trở), nhờ phóng điện lò hồ quang (lò
hồ quang), nhờ tác dụng nhiệt của dòng điện xoáy Foucault thông qua hiện
tượng cảm ứng điện từ (lò cảm ứng) ...

Đl.l. khái niệm chung và phân loại
I. Khái niệm:
Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện
cực và kim loại đế nấu chảy kim loại.
II. Phân loại:

7. Theo dòng điện sử dụng lò hồ quang được chia thành:
- Lò hồ quang một chiều.
- Lò hồ quang xoay chiều.

2. Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang lò hồ quang được
chia thành:

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhuăt @ônịị. Q(ạhiệp, - DUioa điên

- 10 -


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : f
3. Theo đặc điếm chất liệu vào lò:
- Lò chất liệu (liệu rắn, kim loại vụn) bên suờn bằng phuơng pháp thủ
công hay máy móc (máy chất liệu, máy trục có máng) qua cửa lò.
- Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gần chất liệu. Loại lò này có co
cấu nâng vòm nóc.
III. Ket cấu lò hồ quang:
GGồm các bộ phận chính sau:

1. Nồi lò có lóp vỏ cách nhiệt và có cửa 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 thuỷ lực.
4. Cơ cấu nghiêng lò, truyền động bằng điện hay thuỷ lực.
5. Phần dẫn điện từ biến áp lò tới lò.
Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu tù’ trên cao còn có cơ cấu nâng
quay vòm lò, cơ cấu rót kim loại cũng như gầu nạp liệu.
(7w/ồwạ T)ạì hoe 3£tị {Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn

-11-


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

nhỏ (dưới 6 T) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí. Với
lò dung lượng trung bình (12 -ỉ- 50 T) và đặc biệt lớn (100 T và hơn) thì thực
hiện bằng thiết bị khuấy trộn đế không những giảm lao động vất vả của thợ
nấu mà còn nâng cao được chất lượng 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 -ỉ- 1 Hz lệch pha nhau 90°. Do tù' trường này mà kim loại có lực điện từ
dọc trục lò. Khi đối nối dòng trong các cuộn dây có thế thay đối hướng
chuyến động của kim loại trong nồi theo hướng ngược lại.
IV. Các thông số quan trọng của lò hồ quang:

1. Dung lượng định mức của lò:
- Số tấn kim loại lỏng trong một mẻ nấu.

2. Công suất định mửc của biến áp lò:
- ảnh hưởng, quyết định tới thời gian nấu luyện. Nghĩa là tới năng suất
lò.
V.

Chu trình làm việc của lò hồ quang:

1. Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại
Trong giai đoạn này lò cần công xuất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ
chiếm khoảng 60 ữ 80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm
50 ữ 60% toàn bộ thời gian một chu trình.

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị. QlyAìệp - DUioa điên

- 12 -

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp

EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

Ngắn mạch làm việc cũng có thế gây ra do sụt nở các thành của hố bao
quanh đầu điện cực tạo ra ở trong liệu, rồi sự nóng chảy của các mấu liệu
cũng có thế phá huỳ 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 thế tới 100 lần hoặc
hơn. Mồi lần xảy ra ngắn mạch làm việc công xuất hữu ích giảm mạnh và có
khi bằng 0 với tốn hao cực đại. Thời gian cho phép của một lần ngắn mạch
làm việc là (2 -T- 3)s
Do vậy giai đoạn nấu chảy là giai đoạn hồ quang cháy kém ốn định
nhất, công suất nhiệt của hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rất
ngắn, thường thì vài mm đến 10

15 mm. Trong giai đoạn này điện áp cấp và

công suất ra của máy biến áp lò là lớn nhất.

2. Giai đoạn ôxy hoá
Đây là giai đoạn khử

c

của kim loại đến một giới hạn nhất định tuỳ

theo yêu cầu công nghệ, khử p và
cháy hoàn toàn của

c

s,

khử khí trong gang rồi tinh luyện, sự

gây ra sôi mạnh kim loại,

ở

giai đoạn này công suất

nhiệt yêu cầu về cơ bản là đế bù lại tốn hao nhiệt và nó bằng khoảng 60%
công suất nhiệt của giai đoạn một. Hồ quang cũng cần duy trì .

3. Giai đoạn hoàn nguyên
Trước khi thép ra lò phải qua giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử
ôxy, khử sun phua và hợp kim hoá kim loại. Công suất yêu cầu lúc này cỡ

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti điên

- 13 -


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

ĐỒ thị sau là một ví dụ miêu tả quá trình làm việc của lò hồ quang

100T trong các giai đoạn nấu luyện. (Hình:I-2)
Trên thực tế hiện nay việc điều chỉnh công suất và nhiệt độ lò hồ
quang thường sử dụng các mạch vòng phản hồi dòng áp. Các tín hiệu này
được đưa qua các bộ biến đối và tống hợp lại đem so sánh với một giá trị đặt
của dòng hồ quang. Việc làm này đuợc thực hiện bằng các IC và các thiết bị
bán dẫn vì nó cho ta độ tác động nhanh, chính xác, việc tống hợp tín hiệu dễ
P(MW)

30

□

-

__________

Oxy

Tinh

C
5

T(h)

01

Hỡnh I - 2
Đối với các lò hồ quang hiện đại, công suất lớn đòi hỏi độ chính xác về
nhiệt độ cao có thế sử dụng mạch vòng phản hồi nhiệt độ đế giữ cho nhiệt độ

lò hồ quang là ốn định. Việc lấy tín hiệu nhiệt độ có thế dùng các senxor hoặc
can nhiệt đế biến tín hiệu nhiệt độ thành điện áp đem so sánh với tín hiệu đặt,
và đua ra mạch khống chế đế điều khiến việc nâng hạ điện cực giữ cho nhiệt
độ lò hồ quang ổn định.

Đ1.2. So’ đồ mạch động lực

^ĩinòtUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhiiăt (JỏutỊ QlyAìệp - DUioa điên

- 14 -


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

Điện áp cung cấp cho lò hồ quang lấy từ trạm biến áp lò. Điện áp vào là
6, 10, 35 hay 100 KV là tuỳ theo công suất lò (Hình I - 3).

Trong SO’ đồ có các thiết bị chính sau :
+ Cầu dao cách ly (CL) dùng đế phân cách mạch động lực của lò hồ
quang với lưới điện khi cần thiết.

+ Máy cắt 1MC dùng đế bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố. Nó
được chỉnh định sao cho không tác động khi sảy ra khi ngắn mạch làm việc.
Máy cắt 1MC cũng dùng đế đóng cắt mạch lực dưới tải.

+ Cuộn kháng K dùng đế hạn chế dòng điện khi xảy ra ngắn mạch làm
việc và ốn định sự cháy của hồ quang. Khi bắt đầu nấu luyện hay xảy ra ngắn
mạch làm việc, khi xảy ra ngắn mạch làm việc thì máy cắt 2MC mở lại đế
cuộn kháng K tham gia vào mạch đế hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu chảy
hết lò cần công suất nhiệt lớn đế nấu luyện, 2MC đóng lại đế ngắn mạch cuộn

kháng K. ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại
mở ra đế đua 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
ốn định hồ quang, hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm
kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm .

+ Biến áp lò (BAL) dùng đế hạ áp và điều chỉnh điện áp, việc đối nối
cuộn sơ cấp thành hình À hay Ỹ thực hiện nhờ các máy cắt 3MC, 4MC. Cuộn
thứ cấp của biến áp lò nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn (MN)
không phân nhánh, không có mối hàn.

+ Phía sơ cấp biến áp lò có đặt rơle dòng điện cực đại đế tác động lên
cuộn ngắt máy cắt 1MC, rơle này có duy trì thời gian. Thời gian duy trì này
^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị. QlyAìệp - DUioa ĩtiỀn

- 15 -


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : f
áp lò còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra như : vôn kế, ămpekế, công tơ
điện, pha kế... và các thiết bị điều khiến khác.

Trong mạch lực đối tượng cần quan tâm nhất là biến áp lò và mạch

1. Máy biến áp lò

Máy biến áp lò biến áp lò dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong các
điều kiện đặc biệt nặng nề nên nó có đặc điểm sau:

- Công suất thường rất lớn (có thế tới hàng chục MW) và dòng điện
b-đm •

- CÓ độ bền cơ học cao đế chịu dược các lực diện từ phát sinh trong
các cuộn dây, thanh dân khi cỏ ngắn mạch.

- Có khả năng điều chỉnh diện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn
rộng.

w
Trong đó:

[ KVA ]

Cc * K sd * COS (p

tnc : Thời gian nấu chảy (trù’ lúc dừng lò);(h) tnc=(l-K3)h
Ksd: Hệ số sử dụng công suất biến áp lò trong giai đoạn nấu chảy
Ksd= (0,8 - 0,9).
(7«rò«r/ d)ạì hoe 3£tị £7hííật CôtiíỊ Q((Ịhỉèp - DUioa (ĩĩêti

- 16 -


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn Q.'hành (Dưưnụ.

Trong đó:
G: Khối lượng kim loại nấu (T).
w: Suất chi phí điện năng để nấu chảy [KWh/T].
Suất chi phí điện năng giảm đối với lò có năng lượng lớn, thường :

w=(400 H- 600)KWh/T.
Cuộn thứ cấp máy biến áp lò thường nối À vì dòng ngắn mạch được
phân ra 2 pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn.
Máy biến áp lò thường làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả
năng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn máy biến áp động lực cùng công
suất.

2. Mạch ngắn: (MN)
Mạch ngắn hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn tới
hàng trục thậm chí cả hàng trăm nghìn ampe. Tốn hao công suất ở mạch
ngăn:
APmn = I2mn * Rmn
Chiếm

khoảng

70%

toàn

bộ

tốn

hao

trong

toàn

bộ

thiết

bị

lò

hồ

quang.

Do

vậy cần phải hạn chế sao cho tốn hao trong mạch này là nhỏ nhất và nó được
chế tạo với chiều dài là ngắn nhất. Mạch ngắn được ghép tù’ các tấm đồng lá
thành các thanh mềm để có thế uốn dẻo nên xuống theo các thanh điện cực.
Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng r mn và xmn giữa các pha đế
có các thông số điện ( công suất, điện áp, dòng) như nhau của các lò hồ
quang. Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa 2pha bất kỳ sê
^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti đỉỀn

- 17 -


Cĩhuụií minh đề án tốt m/hiêp ò» I U 'NỂS (SrO ĩ íỉiựẤiụễn Qhành (ĩ)ưđnạ

đối xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đồng đều
giữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò có công suất cùng lớn thì sự mất đối
xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn.

Đe chống lại hiện tuợng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình
học và về mặt điện từ của mạch ngắn và các điện từ đặt ở 3 đỉnh một tam giác
SO' đồ

mạch điện chính của lò hồ quang dung lượng dưói 20 tấn


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp

EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

Đ1.3. Yêu cầu với các SO’ đồ điều chỉnh
điện cực lò hồ quang

I. Khái quát
Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ diều chỉnh tự động
việc dịch điện cực vì nó cho phép giảm thời gian nấu luyện, nâng cao năng
suất lò, giảm suất chi phí năng lượng, giảm thấm các bon cho kim loại, nâng
cao chất lượng thép, giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều
kiện lao động...
Chất lượng thép nấu luyện phụ thuộc vào công suất cấp và sự phân bố
nhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò.
Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thế thực hiện bằng cách thay đối
điện áp ra của BAL hoặc bằng sự thay đổi dịch chuyển điện cực để thay dổi
chiều dài ngọn lửa hồ quang và như vậy sẽ thay đối được 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 thế thông qua việc

duy trì một trong các thông số sau:

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti điên

- 19 -


u1

hq _____

Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệặt EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn £7'hành ^OuútUỊ
—
Tư đo ta co:
JỊJ r
Zohq - Zhq — AZhq
Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đối (Ihq= const) sê không
7

mồi hồ quang tự động được. 1 Ngoài ra khi dòng điện trong một pha nào đó
°

hq

thay đối sẽ kéo theo dòng điện trong hai pha còn lại thay đối. Ví dụ khi hồ
quang trong
mộtviệc
pha điều
đứt thì

lò hồ
quang
mộttrởpha
hai
Như vậy
chỉnh
thực
hiệnlàm
theoviệc
độ như
lệchphụ
của tái
tống
hồvới
quang
phavới
còngiá
lạitrịnốiđặttiếp
vàochỉnh
điện vi
áp sai).
dây. Phương
Lúc đó pháp
các bộnày
điều
trong
hai duy
pha
so
(điều

đế chỉnh
mồi hồ
quang,
còn
lại sẽcông
tiến suất,
hành íthạchịu
điệnảnh
cực hưởng
mặc dùcủa
không
đó.ápCác
bộ điều
trì được
dao cần
độngviệc
điện
nguồn
cũngchỉnh
như
loại hưởng
này chỉ
quang 1 pha và chủ yếu dùng cho lò hồ quang
ảnh
lẫndùng
nhau cho
giữalòcáchồpha.
chân không.
Mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang (nấu chảy, oxy hoá, hoàn
điều

duy trì
điện
áp định
hồ quang
không
(Ưhq
const)
có vào
khó
nguyên)Bộđòi
hỏichỉnh
một công
suất
nhất
mà công
suấtđốinày
lại= phụ
thuộc
khăn trong
việc lửa
đo thông
số này.
Thực
cuộnchỉnh
dây đo
được
giữa
kim
chiều
dài ngọn

hồ quang.
Như
vậytếđiều
dịch
điệnnốicực
tứcthân
là điều
loại
lò vàdàithanh
thứhồcấp
BAL.doDođóvậy
điện
áp đo
phụcông
thuộcsuất
vào lòdòng
chỉnhcủa
chiều
ngọncáilửa
quang
điều
chỉnh
được
hồ
tải
và sự thay đối dòng của 1 pha sẽ ảnh hưởng đến 2 pha còn lại như đã trình
quang.
bày đối với bộ điều chỉnh giữ Ihq = const.
Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì tỉ số:

—— = zhq = const thông qua hiệu các tín hiệu dòng và áp:
a*Ihq-b*Ưhq=b*Ihq*(Z0hq-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 đối bằng tay khi chỉnh định).
z0hq , zhq: Giá trị đặt và giá trị thực của tổng trở hồ quang.
a*

(7w/ồwạ rt)ạì hoe 3Cụ ^ĩhnật (^ẽiUỊ QtyhiỀp - DUioa itĩên

/

-b

*

u

- 20 -


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp

EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

II. các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ
quang.
1. Đủ nhạy đế đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò. Duy trì dòng
điện hồ quang không tụt quá (4 ữ 5) trị số giá trị dòng điện làm việc.

Vùng không nhạy của bộ điều chỉnh không quá ± (3 ữ 6)% trong giai
đoạn nấu chấy và ± (2 ữ 4)% trong các giai đoạn khác.
2. Tác động nhanh, đảm báo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong
thời gian (1,5 ữ 3)s. Điều này sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chúng, giảm
sự thấm c của kim loại ...

Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần
trong giai đoạn nấu chấy. Đảm bảo yêu cầu này nhờ nấu tốc độ dịch cực
nhanh tới (2,5 ữ 3)m/ph.Trong giai đoạn nấu chay (khi dùng truyền động điện
cơ), và
(5

ữ

6)m/ph

(khi

truyền

động

thuỷ

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
đối tính đối xứng, yêu cấu này càng cần đối với lò hồ quang 3 pha không có
dây trung tính. Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo
phá huỷ chế độ hồ quang của các pha còn lại. Điện cực của các pha còn lại
đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển. Do vậy mỗi pha cần có hệ
điều chỉnh độc lập đế sự làm việc của nó không ảnh hưởng tới chế độ làm

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn

- 21 -


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

7. Tự động mồi hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi hồ quang bị

đút, khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang.
8. Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới.
Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịnh cực) có thế truyền động bằng điện - cơ
hay thuý lực. Trong cơ cấu điện - cơ, động cơ được dùng phố biến là động cơ
một chiều kích từ độc lập vì nó có mômen khởi động lớn, giải điều chỉnh
rộng, bằng phang, rễ điều chỉnh và có thế rễ mở máy, đảo chiều, hãm. Đôi khi
cũng dùng động cơ KĐB có mô men quán tính của rôto nhỏ.

Đ1.4. tổng quát về các sơ đồ khống chế dịch cực
lò hồ quang
I. sơ đồ chức năng mội pha khống chế dịch cực lò hồ quang.
Một hệ điều chỉnh công suất tự động lò hồ quang có sơ đồ chức năng
đơn giản như hình vê (Hình 1 - 4 )
Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 6 (lò hồ quang) và bộ điều chỉnh vi sai.

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị. QlyAìệp - DUioa điên

- 22 -


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh được khuếch đại qua bộ khuếch đại
(4) rồi tới cơ cấu chấp hành (5) đế dịch cực theo hướng giảm sai lệch.
Hệ điều chỉnh tự động có thế dùng: Khuếch đại máy điện, khuếch đại
từ, thiristor, thuỷ lực, ly hợp điện từ...
II. Sơ đồ một pha khống chế dịch cực lò hồ quang
dùng hệ MĐKĐ-Đ
Hình 1-5 biếu thị sơ đồ dịch cực cho một pha lò hồ quang và mỗi pha
đều có một bộ điều chỉnh như vậy.

Máy điện khuếch đại cấp điện cho động cơ (Đ) đế dịch cực và có 3 cuộn
kích từ.

Cuộn điều chỉnh CĐCi để khống chế tự động.

Cuộn điều chỉnh CĐC2 để khống chế bằng tay.

Cuộn phản hồi âm áp CFA. Cuộn này có sđđ ngược chiều với cuộn trên.

ở chế độ tự động TĐ các tiếp điểm 5 - 6 ; 7 - 8 kín, mở 1CD đóng 2CD.
Điện áp ra trên chỉnh lưu 1CL tỷ lệ với dòng điện hồ quang và rơi trên điện
trở 5R. Điện áp ra trên chỉnh lưu 2CL tỷ lệ với điện áp hồ quang và rơi trên
điện trở 4R. Cuộn dây điều chỉnh CĐC1 của MĐKĐ nối vào hiệu số điện áp
lấy trên một phần của 5R và 4R.
Nghĩa là thực hiện quy luật điều chỉnh a * Ihq - b *Ưhq = b * Ihq *(Z 0hqZhq)
^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị. QlyAìệp - DUioa điên

- 23 -


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : Qlụuụễn Q.'hành (Dưưnụ.

mất điện. Sau thời gian duy trì tiếp điểm thường mở mở chậm R th sẽ đưa điện
trở 9R vào mạch kích từ KTĐ của động cơ Đ đế giảm từ thông và tốc độ động
cơ nâng điện cực tăng lên. Lúc này do cực tính điện áp (-) ở trên nên 3CL
khoá và 7R tham gia vào mạch cuộn phản hồi âm áp CFA làm giảm dòng qua
CFA, sự hạn chế stđ cuộn CĐC1 giảm bớt (còn hạn chế cỡ 30%) do vậy điện
áp phát ra của MĐKĐ cũng tăng lên.
Điện cực rời khỏi kim loại thì hồ quang cũng được mồi. Trong quá
trình điện cực đi lên thì

Ihq

giảm và

Ưhq

tăng. Hiệu điện áp lấy trên 4R và 5R

giảm dần stđ cuộn CĐC1 giảm, điện áp MĐKĐ phát ra giảm và động cơ nâng
cực lên chậm dần. Khi điện áp phát ra của MĐKĐ dưới ngưỡng nhả của rơle
áp RA thì điện trở 9R được tách ra khỏi mạch kích từ động cơ Đ, tốc độ động
cơ càng chậm. Khi cân bằng điện áp tỷ lệ với dòng hồ quang rơi trên 5R và
điện áp tỷ lệ với áp hồ quang rơi trên 4Rthì stđ của CĐC1 bằng 0, điện áp
MĐKĐ = 0 động cơ Đ dùng quay và hồ quang cháy ốn định.
Neu mất ốn định thì hiệu số điện áp sẽ có và cuộn CĐ1 sẽ có stđ làm
MĐKĐ phát điện áp cấp cho động cơ Đ đế dịch cực. Chiều và tốc độ dịch cực
phụ thuộc vào chiều và độ lớn stđ cuộn CĐC1. Neu dòng

Ihq

tăng (chiều dài

ngọn lửa giảm) thì Đ nâng điện cực lên. Neu Ihq giảm thì ngược lại.
Khi đứt hồ quang (lhq=0) thì quá trình diễn ra như lúc mồi hồ quang,

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti điên

- 24 -

\Jhu(ịèí minh (tè án tết ttạhỉêp £Q ”6
Sũ ũũ ũiũu khiũn hũ thũng nõng hũ ũiũn cũc lu hũ quang dưng hũ mũkũ - ũ

- 25 -


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp

EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti điên

- 26 -


Qhuụêí minh itồ án tốt nụhiệp

EQ «ể> s^u : Qlụuụễn £7'hành ^OuútUỊ

III. Sơ đồ điều chỉnh dịch cực lò điện hồ quang bằng thiristor
Sơ đồ bộ điều chỉnh lò hồ quang bằng thyristor được chỉ ra trên (hình I
- 6). Sơ đồ điều chỉnh 1 pha.
Bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang bằng thyristor là có triển vọng
nhất. Nó thoả mãn các yêu cầu đề ra và chỉ thua kém hệ thuỷ lực về sự tác
động nhanh.
Bộ điều chỉnh thyristor có thế làm việc với lò dung lượng 200T. Động
cơ dịch cực có công suất 11KW. Tốc độ dịch cực lớn nhất (4.5 ữ 5)m/ph. khi
dùng thanh răng và 1.5m/ph khi dùng tời.

Tín hiệu tỷ lệ với dòng Ihqvà áp
biến áp TU tới các bộ chỉnh lưu

Uhq

1CL, 2CL.

của

1

pha từ các biến dòng TI và

Sự mất cân bằng giữa các tín hiệu

đầu vào sẽ được đưa tới khâu vùng không nhạy KN. Từ đó tới khâu khuếch
đại bán dẫn KĐ còn có tín hiệu phản hồi âm tốc độ của động cơ dịch cực M.
Từ khâu khuếch đại tín hiệu sai lệch sẽ tới khâu nguồn điều khiến ĐK và qua
đó tới các khâu xung pha:

FX1,FX2

đế điều chỉnh góc mở thyristor cấp điện

cho phần ứng động cơ M.
Cấp điện cho khối khuếch đại là khối nguồn NG. Nếu chế độ điện của
lò hồ quang tương ứng như chế độ đặt thì khối KĐ không có tín hiệu ra, động
cơ M không quay và không dịch cực.
Neu chế độ làm việc mà sai lệch khỏi chế độ đặt (như

Ihq tăng
Nõng do

cho động cơ M quay dịch cực.

tăng

thì

động

cơ

hạ

điện

cực

xuống. Tốc độ động cơ xác định bởi
^ĩinòtUỊ (Dại hoe 3£tị £Thuật @ônịị. QlyAìệp - DUtoti ĩtiỀn

- 27 -

ngắn


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

tín hiệu phản hồi âm áp. Quy luật điều

Sũ ũũ mũch ũiũn hũ thũng truyũn Dũng ũiũn cũc dựng hũ T-ũ

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị. QlyAìệp - DUioa điên

- 28 -


r7huẤjẦÍ minh itồ án tốt nụhiệp EQ «ể> s^u : tyiíỊẤtụễn \7hành (Dưưnụ.

chỉnh hạ điện cực là tỷ lệ trên toàn giải tín hiệuvào kể cả khi đứt hồ quang
(đoạn a2, b2).

Khi

Ihq

tăng thì động cơ nâng điện cực lên, ở vùng thay đối nhỏ của

thì tốc độ nâng tỷ lệ với số gia

Alhq

(đoạn ai,bi) ở vùng thay đối lớn của

Ihq

Ihq

thì

tốc độ nâng nhảy vọt, chế độ rơ le đạt được nhờ ốn áp Dz trong mạch phản hồi
âm điện áp.
Đặc tính tĩnh như hình 6 cho khả năng loại trù' nhanh chế độ sai lệch
(ngắn mạch, đứt hồ quang) và trong giai đoạn hoàn nguyên, các sai lệch nhỏ
không có tác động hoặc tác động ở vùng tốc độ nhỏ, do vậy loại trừ hiện
tượng quá điều chỉnh.
Công nghệ thực tế hiện nay của lò hồ quang việc truyền động dịch cực
có thế dùng động cơ điện 1 chiều hoặc động cơ điện xoay chiều không đồng
bộ. Tuy nhiên viêc truyền động dùng động cơ KĐB đến nay vẫn bị hạn chế
dùng bởi phương pháp điều khiến mặc dù trên thị trường đã có các bộ biến
tần, nhưng giá thành còn đắt, việc điều chỉnh tốc độ còn nhiều khó khăn.
Động cơ điện một chiều hiện nay được dùng rất phố biến trong các hệ
thống truyền động đặc biệt là trong truyền động dịch cực lò hồ quang. Với ưu
điếm là dải điều chỉnh rộng, rễ điều chỉnh sâu, mạch điều chỉnh và mạch động
lực đơn giản, đặc tính cơ cứng, khả năng làm việc quá tải lớn. Chính vì vậy
mà trong công nghệ lò hồ quang thường hay dùng động cơ điện 1 chiều kích

^ĩinò tUỊ (Dại hoe 3£tị {'dhiiăt @ônịị. QlyAìệp - DUioa điên

- 29 -