Thiết kế bộ nghịch lưu công hưởng dùng cho lò nấu thép trụng tần công suất 20 kw

HọC VIệN Kỹ THUậT QUÂN Sự
khoa kỹ thuật điều khiển
-----***-----






báo cáo đồ án môn học




Đề tài:
Thiết kế bộ nghịch lu cộng hởng dùng cho lò nấu thép trung tần
công suất 20kw










Giáo viên hớng dẫn :
TS. Đại tá Nguyễn Văn Thuấn

Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Đức Tuấn

Lớp : ĐKTĐ3










Hà Nội 2007


1
Chơng I: Lò cảm ứng


1.1. Khái niệm chung về lò cảm ứng
Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng dựa vào hiện tợng cảm ứng điện từ, khi
đa một khối kim loại vào trong một từ trờng biế thiên, trong khối kim loại xuất
hiện một từ trờng xoáy (Foucault), nhiệt tăng do dòng điện xoáy đốt nóng khối
kim loại.
Nhiệt năng truyền vào khối kim loại phụ thuộc vào các yếu tố sau:
-Điện trở suất

và hệ số từ thẩm

của kim loại
-Trị số dòng điện của nguồn cấp. Nếu tăng trị số dòng điện lên hai lần thì
nhiệt năng tăng lên bốn lần.
-Tần số dòng điện của nguồn cấp. Nếu tăng tần số lên bốn lần thì nhiệt năng
sẽ tăng lên hai lần.
Từ đó ta nhận thấy rằng: tăng dòng điện của nguồn cấp hiệu quả hơn tần số
của nguồn cấp nhng thực tế trị số dòng không thể tăng lên đợcquá lớn vì lý do
cách điện, trị số dòng lớn làm nóng chảy vòng cảm ứng (mặc dầu đã đợc làm mát
bằng dòng nớc liên tục) cho nên thực tế ngời ta tăng tần số của nguồn cấp
Cácbộ nguồn tần số cao:
Các bộ nguồn tần số cao có thể tạo ra bằng các phơng pháp sau:
-Dùng máy phát điện đặc biệt tần số cao do kết cấu cơ khí nên tần số của
máy phát không vợt quá 2000Hz.
-Bộ biến tần dùng thyristor do công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn cha chế
tạo đợc loại thyristor tần số cao nên tần số chỉ giới hạn tới 2000Hz.
-Bộ biến tần dùng đèn phát điện tử, tần số cao tới 400kHz bằng cách dùng
đèn điện tử ba cực nhng hiệu suất của bộ nguồn không cao, tuổi thọ của đèn thấp.
Phạm vi ứng dụng của thiết bị gia nhiệt tần số:
-Nấu chảy kim loại trong môi trờng không khí (lò kiểu hở) trong môi
trờng chân không hoặc khí trơ (lò kiểu kín).
-Thực hiện các chuyên công nhiệt luyện nh tôi, ram; đặc biệt ứng dụng để
tôi bề mặt các chi tiết nh bánh răng, cổ trục khuỷu của động cơ điêzen khi yêu


2

Tụi chi tit bng dũng cao tn
1. Chi tit cn tụi 2. Vũng cm ng

cầu độ cứng bề ngoài cao. Hình dáng chi
tiết cần tôi có thể có hình dáng bất kỳ.











1.2. Sơ đồ lò cảm ứng

1.2.1. Lũ
c
m

ng

trung
t
n

dựng

mỏy

phỏt


i
n

cao
t
n











Hình: Lò trung tần cấp nguồn từ máy phát cao tần

Hai lò cảm ứng trung tần lò 1 và lò 2 đợc cấp nguồn từ cùng một máy phát
cao tần F. Máy phát cao tần đợc đồng cơ không đồng sơ cấp Đ kéo; các tụ C1 và
C2 bù công suất vô công nhằm nâng cao hệ số công suất (cos

). Biến á đo lờng
TU (biến đổi điện áp), biến dòng (TI) cấp nguồn cho các đồng hồ đo: Vôn kế (V),
ampe kế (A), wat kế (W) và công tơ vô công (VAr). Đối với tần số (150-500) Hz
thờng dùng máy phát đồng bộ thông thờng cực lồi, cuộn dây kích từ quấn trên

rôto của máy phát
.


i
v
i t
n

s

(150
ữ
500)

H
z t
hng

dựng

mỏy

phỏt

ng

b

3
thông thường
c
ự
c l
ồ
i,
cuộn

dây

kích
t
ừ

quấn

trên

rôto
c
ủ
a
máy

phát.

Đố
i

vớ
i t
ần

số

(1000
÷
8000)Hz

dùng
l
oạ
i
máy

phát

kiểu
c
ảm

ứng,

cuộn
d
â
y

k

íc
h
t
h
ích
và

cuộn

dây
làm
việ
c
quấn

trên
stato c
ủ
a
máy

phát,

còn

roto

có

dạng

bánh

răng.

Kế
t
quả
t
ừ

thông

do

cuộn

kích
thích
sinh

ra
là t
ừ

thông đập

mạch,
c
ảm

ứng

ra

trong

cuộn

dây
làm
việ
c
dòng

đ
i
ện
t
ần

số

cao.

1.2.2. Lò
c
ảm

ứng

trung
t
ần

dùng

bộ

biến
t
ần

Sợ

đồ

khố
i
chứ
c
năng

đượ
c
thể

hiện
t
r

ê
n

h
ì
nh

dưới
Trong

sơ

đồ

khố
i c
hứ
c
năng
c
ủ
a
lò
c
ảm

ứng
t
rung
t

ần

dùng

bộ

biến
t
ần
gồm

có
các
khâu

chính

sau:

-

Mạch
l
ự
c
gồm
c
ó
các
kh

â
u
:

*
CL
-
B
ộ

chỉnh
l
ưu

có

đ
i
ều kh
i
ển

dùng

thyristor

biến

đổ
i

đ
i
ện

áp

xoay
c
h
i
ều
c
ủ
a l
ướ
i
đ
i
ện

thành

đ
i
ện

áp

mộ
t chi

ều.

*

NL

-

Khâu

nghịch
l
ưu
c
ộng

hưởng

biến

đ
i
ện

áp

mộ
t chi
ều

thành

đ
i
ện

áp
xo
a
y
c
h
i
ều

cung
c
ấp

cho

vòng
c
ảm

ứng
c
ủ
a
lò.

*

CKL

-

Khâu
l
ọ
c
đ
i
ện

áp

mộ
t chi
ều

dùng
c
uộn

kháng
l
ọ
c
vớ

i tr
ị

số

đ
i
ện
c
ảm

(L)

khá
l
ớn

(vì

bộ

nguồn

cung
c
ấp

cho

bộ

nghịch
l
ưu
là
bộ

nguồn
dòng).

*
L
ò
t
rung
t
ần:

có

vòng
c
ảm

ứng

quấn

xung

quanh

nồ
i
lò

và

mộ
t
bộ
t
ụ
đ
i
ện.


Hình:

Sơ

đồ

khố
i
chứ
c
năng
c

ủ
a
lò
c
ảm

ứng

dùng

bộ

biến
t
ần




4
-

Mạch

đ
i
ều

khiển

gồm

có
các
kh
âu:
*

KNg

-

khâu

nguồn

mộ
t chi
ều

cung
c
ấp

cho
t
ấ
t c
ả
các

khâu

trong

mạch
đ
i
ều

khiển.

*

KĐCS-

khâu

đ
i
ều

chỉnh

công

suấ
t tiêu
thụ
c
ủ

a
lò
c
ảm

ứng.

*

KĐK-2

-

khâu

đ
i
ều

khiển

bộ

chỉnh
l
ưu

*

KĐK-1

-

khâu

đ
i
ều

khiển

bộ

nghịch
l
ưu.

*

KĐK-3

-

khâu

đ
i
ều

khiển

công

nghệ

dùng

rơ
le
-

công
t
ắ
c t
ơ…

đo
l
ường
và

bảo

vệ.

Sơ

đồ

nguyên

lý

lò

trung
t
ần

nấu
thép:
Hiện

nay

nướ
c ta
nhập

rấ
t
nhiều

lò

trung
t
ần

nấu

thép
t
ừ
các
nướ
c
khác
nhau,

thường

có
các
thông

số

công

nghệ

như

sau:

-

Dung

tích
mỗ
i
mẻ

nấu
t
ừ

50kg

đến

2000kg.

-

Công

suấ
t tiêu
thụ

định

mứ
c c
ủ
a
lò

t
ừ

100kW

đến

1200kW.

-
T
ần

số
làm
việ
c:
f
=
1000Hz.

Nhìn

chung

dù

nguồn

gố

c
sản

xuấ
t
khác

nhau,

nhưng

về
c
ấu
t
ạo,

nguyên
lý

hoạ
t
động

sơ

đồ

khố
i

chứ
c
năng

về
c
ơ

bản

giống

nhau.

Sơ

đồ

nguyên

lý
mạch
l
ự
c
lò

trung
t
ần

nấu

thép

KGPS

-250

đượ
c
trình

bày

ở

hình dưới.

Trong

mạch
l
ự
c c
ủ
a
lò
c
ảm

ứng

trung
t
ần

nấu

thép

gồm
các
phần
t
ử

chính
sau:

*

CK-

cuộn

kháng

xoay
chi

ều
lõi
không

khí

vớ
i
chứ
c
năng

hạn

chế

dòng
ngắn

mạch

và

hạn
c
hế
t
ố
c
độ

t
ăng

dòng

anot

để

bảo

vệ
các
thyristor

1T
÷
6T.


5

*

1
T ÷
6
T
-
c

ầu

chỉnh
l
ưu

ba

pha

đ
i
ều

khiển

hoàn
t
oàn,

đ
i
ện

áp

ra
c
ủ
a c

ầu
c
hỉnh
l
ưu

(U
A
)

có

thể

thay

đổ
i t
ừ

0

đến

500V.

U
A
=
2,34U.cosα

Trong

đó

U

-

đ
i
ện

áp

pha
c
ủ
a
nguồn
c
ấp
(l
ướ
i
đ
i
ện)

α

-

góc

mở
c
ủ
a các
thyristor

*

CKS
B
-

cuộn
l
ọ
c
dòng

đ
i
ện

mộ
t chi
ều.

*

1TC
÷
4TC,

bộ

nghịch
l
ưu
c
ộng

hưởng

dùng
t
hyristor
t
ần

số

cao,

nố
i
t

h
e
o

sơ

đồ
c
ầu

1

pha,

đ
i
ện

áp

ra

trên
t
ả
i
có

dạng

gần

hình
si
n.

*

Phụ
t
ả
i c
ủ
a
bộ

nghịch
l
ưu
c
ộng

hưởng
là
cuộn
c
ảm

ứng
L c

ủ
a
lò,
là t
ả
i
c
ảm

n
ê
n

hệ

số

công

suấ
t
rấ
t
thấp

(cosφ
=
0,1
÷
0,5).

T
ụ
C
nố
i
song

song

vớ
i
vòng
c
ảm

ứng

để
t
ạo

thành

mạch

vòng
c
ảm

ứng

để
t
ạo

thành

mạch

vòng

dao
động

và

nâng
cao
hệ

số

công

suấ
t
cosφ
c
ủ
a

lò.

Đ
iên c
ảm

đầu

vào
L
CKSB
có
gía
tr
ị
l
ớn.

Nguồn
c
ấp

cho

bộ

nghịch
l
ưu
c

ộng

hưởng

có

thế
là
nguồn

dòng.

Đ
i
ện

áp

ra

(cấp

cho

vòng
c
ảm

ứng
c

ủ
a
lò)

có

dạng

gần

sin,

còn

dòng

nghịch
l
ưu

có

dạng
c
hữ

nhậ
t
như

trên

hình.

*
Các
phần
t
ử

còn
l
ạ
i:
TI
1
÷
TI
3
l
ấy
tín
hiệu
t
ỷ
l
ệ

vớ
i

dòng

đ
i
ện
tiêu
thụ
c
ủ
a
l
ò

để

bảo

vệ

quá
t
ả
i. Bi
ến

áp

BA
gia
công

tín
hiệu

để

đo
l
ường

(đo
t
ần

số,

đo đ
i
ện

áp

xoay
chi
ều

trên
t
ả
i)
và

đ
i
ều

khiển

bộ

nghịch
l
ưu
c
ộng

hưởng.

*

Khở
i
động

bộ

nghịch
l
ưu

gồm

các
phần
t
ử
c
ầu

chỉnh
l
ưu

CL,
t
ụ

ho
á C
M
,

Hình
:
Sơ

đồ

nguyên

lý

mạch
l
ự
c
lò

trung
t
ần

KGPS

-

250