bài tập lớn hồ quang điện

TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

BÀI TẬP LỚN

TRANG BỊ ĐIỆN
ĐỀ TÀI : LÒ HỒ QUANG

Giáo viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Ngọc Khoát
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Thương
Lớp
: Đ3 - CNTĐ

Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2012

1


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thực tế công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày, năng lượng nhiệt đóng một
vai trò quan trọng. Năng lượng nhiệt có thể được dùng trong các ngành công nghiệp
khác nhau, nhiệt năng dùng để nung nóng, sấy khô, nấu chảy các chất….nên nhiệt

năng là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống của chúng ta. Nguồn nhiệt nhiệt
năng này được chuyển từ điện năng qua các lò điện là rất phổ biến , thuận tiện. Vì
vậy việc sử dụng nguồn năng lượng này một cách hợp lý và có hiệu quả là rất cần
thiết.
Lò điện được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì đáp ứng được nhiều yêu
cầu thực tiễn đặt ra nhờ hiệu ứng Joule(lò điện trở), nhờ phóng điện 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)..v.v…Ở lò hồ quang , yêu cầu kĩ thuật quan trọng nhất là
phải điều chỉnh và khống chế được nhiệt độ của lò. Từ những yêu cầu kĩ thuật cụ
thể để tính toán và thiết kế mạch điều khiển phù hợp với yêu cầu đặt ra .dưới đây là
bản đồ án tìm hiểu cơ bản về lò hồ quang.
Đồ án đã được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Ngọc
Khoát.
Đồ án được chia thành 3 phần chính như sau:
1. Giới thiệu sơ lược về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của lò hồ quang
2. Thiết kế và tính toán mạch lực
3. Thiết kế và tính toán mạch điều khiển

2


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÒ HỒ QUANG
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ ĐIỆN
1.1 Giới thiệu chung
Lò điện là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng, được sử dụng rộng
rãi trong các quá trình công nghệ khác nhau như nấu luyện các vật liệu,các kim

loại và hợp kim khác nhau…
Trong đời sống hiện nay, nhu cầu sử dụng nhiệt năng là rất lớn như phục vụ
cho nấu nướng, là ủi, sưởi ấm, đun nước….Trong công nghiệp, nhiệt năng được
dùng để đun, sấy, nhiệt luyện, nấu chảy các chất…
Các lò điện chuyển đổi điện năng thành nhiệt năng theo nhiều nguyên lý
khác nhau:
- Dùng nhiệt của hiệu ứng Junle Lenxo(lò điện trở hay lò dây đốt)
- Dùng nhiệt của ngọn lửa hồ quang điện.(lò hồ quang)
- Dùng nhiệt của dòng điện xoáy Foucault thông qua hiên tượng cảm ứng
điện từ.(lò cảm ứng)
- Dùng dao động nhiệt phân tử dưới tác dụng của điện từ trường biến thiên
(lò gia nhiệt chất điện môi, sấy chất điện môi, hàn dán nilon…)
1.2 Đặc điểm
Là thiết bị có khả năng tạo ra nhiệt độ cao do nhiệt độ tập chung trong một thể
tích nhỏ, do nhiệt năng tập chung nên lò có tốc độ nung nhanh và có năng suất
cao.
Đảm bảo nung đều , dễ điều chỉnh khống chế nhiệt và chế độ nhiệt.
- Lò đảm bảo được độ kín và khả năng nung trong chân không hoặc trong môi
trường có khí bảo vệ vì vậy mà độ cháy kim loại tiêu hao không đáng kể.
- Lò có khả năng cơ khi hóa và tự động hóa ở mức cao.
- Lò đảm bảo được điều kiện vệ sinh không có bụi, không có khói.
1.3 Ứng dụng của lò điện
Trong kĩ thuật :
- Sản xuất thép chất lượng cao
- Sản xuất hợp kim phe-rô
- Nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện
- Nung các sản phẩm trước khi cán , rèn đập , kéo sợi.
- Sản xuất đúc các kim loại bột.
- Trong các ngành công nghiệp nhẹ và công nghiệp thực phẩm : lò điện được
dùng để sấy, mạ vật phẩm và chuẩn bị vật phẩm.

- Trong các lĩnh vực khác . lò điện được dùng để sản xuất các vật phẩm thủy tinh ,
gốm sứ, các loại vật liệu chịu lửa…
Lò điện không những có mặt trong các ngành công nghiệp mà ngày càng được
phổ biến trong đời sống sinh hoạt hàng ngày của con người một cách phong phú và
đa dạng như : bếp từ , bình đun nước điện,ấm nước, nồi cơm điện, bàn là…..
1.4 ưu điểm của lò điện so với lò sử dụng nguyên liệu
- Có khả năng tạo được nhiệt độ cao.
- Đảm bảo tốc độ nung lớn và năng suất cao.
3


TRANG BỊ ĐIỆN
-

LÒ HỒ QUANG

Đảm bảo nung đều và chính xác do dễ điều chỉnh tốc độ điện và nhiệt độ.
Kín.
Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa quá trình chất dỡ nguyên liệu và vận
chuyển vật phẩm.
Đảm bảo điều kiện lao động hợp vệ sinh, điều kiện thao tác tốt, thiết bị gọn nhẹ.

1.5 phân loại lò điện
Từ các cách thu nhiệt năng từ điện năng , ta phân ra các loại lò điện chính như sau:
- lò điện trở
- lò hồ quang
- lò cảm ứng
II. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ HỒ QUANG
2.1. Đặc điểm công nghệ
a. Khái niệm

Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc
giữa các điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại.
b. Phân loại lò hồ quang
• Theo dòng điện sử dụng
- Lò hồ quang 1 chiều
- Lò hồ quang xoay chiều (thường là 3 pha)
• Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang
- Lò nung chảy gián tiếp: ngọn lửa cháy giữa 2 điện cực (graphit)
- Lò nung chảy trực tiếp : ngọn lửa cháy giữa điện cực và kim loại.
• Theo đặc điểm của chất liệu vào hồ quang
- Lò chất liệu bên sườn : kim loại đưa vào lò qua cửa lò bên sườn
bằng phương pháp thủ công hay máy chất liệu.
- Lò chất liệu trên đỉnh : dùng gầu chất liệu. Loại này có cơ cấu mở
nóc vòm.
c. cấu tạo và kết cấu của lò hồ quang
Một lò hồ quang bất kì đều phải có các bộ phận chính sau:
- Nồi lò có lớp vỏ cách nhiệt ,cửa lò và miệng rót.
- Vòm, nóc có vỏ cách nhiệt.
- Giá nghiêng lò.
- Điện cực.
- Giá đỡ điện cực.
Và các cơ cấu sau:
- Cơ cấu nghiêng lò để rót nước thép và xỉ.
- Cơ cấu quay vỏ lò xung quanh trục chính của mình.
- Cơ cấu dịch chuyển vỏ lò để nạp liệu.
- Cơ cấu nâng vòm để dịch chuyển vỏ lò.
- Cơ cấu dịch chuyển điện cực.
- Cơ cấu nâng tấm chắn gió của cửa lò.

4

TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

d. Các thông số quan trọng của lò hồ quang
-

Dung tích định mức của lò: số tấn kim loại lỏng của một mẻ nấu.
Công suất định mức của biến áp lò : ảnh hưởng quyết định đến
thời gian nấu luyện nghĩa là tới năng suất lò.
e. Chu trình làm việc của lò
Chu trình nấu luyện của lò gồm 3 giai đoạn như sau:
- Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại :
Trong giai đoạn này lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ khoảng
60 – 80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm 50-60% toàn bộ thời
gian một chu trình.
Ở giai đơạn này thường xuyên xảy ra ngắn mạch làm việc trong thời gian ngắn,
số lần ngắn mạch làm việc có thể tới 100 hoặc hơn. Thời gian cho phép của 1 lần
ngắn mạch làm việc là 2-3s.
Đây là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn định nhất, công suất nhiệt của hồ
quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rất ngắn , thường từ vài mm đến 10 –
15mm, điện áp cấp và công suất ra của biến áp lò là lớn nhất.
- Giai đoạn oxy hóa và hoàn nguyên:
Giai đoạn oxy hóa là quá trình khử C của kim loại đến một giới hạn nhất định
tùy theo yêu cầu công nghệ , khử P và S , khử khí trong gang rồi tinh luyện. Giai
đoạn này hồ quang cần duy trì ổn định, công suất nhiệt bằng khoảng 60% công
suất nhiệt của giai đoạn 1.
Giai đoạn hoàn nguyên là giai đoạn khử oxy, khử sunfua và hợp kim hóa kim

loại. Công suất nhiệt giai đoạn này bằng khoảng 30% so với giai đoạn 1. Chiều dài
ngọn lửa hồ quang khoảng vài chục mm.
- Giai đoạn phụ:
Đây là giai đoạn lấy sản phẩm đã nấu luyện, tu sửa làm vệ sinh và chất liệu vào
lò.
2.2. Đặc tính phụ tải
Công nghệ lò hồ quang có môi trường làm việc ở nhiệt độ cao nên các phụ tải
phải đảm bảo độ bền nhiệt.
Công suất của lò thay đổi tùy theo mỗi giai đoạn hoạt động của lò.
2.3. Yêu cầu truyền động
Cơ cấu dịch trục thỏa mãn các yêu cầu truyền động sau:
- Đảm bảo liên kết động học cứng tối đa của động cơ với điện cực, loại trừ ảnh
hưởng của độ co giản (đàn hồi) của các khâu đến chất lượng điều chỉnh.
- Đảm bảo các điện cực làm việc không sứt mẻ khi chạm vào liệu trong trường
hợp điều khiển bằng tay và chạm vào vật không dẫn điện trong thép vụn trong
trường hợp điều khiển tự động.
- Đảm bảo điện cực không bị tụt xuống dưới tác dụng của trọng lượng bản than.
- Ma sát nhỏ nhất và ổn định trong mọi trường hợp và trong tất cả các bộ phận của
hệ thống.
5


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

- Đảm bảo liên kết động học cứng tối đa của động cơ với điện cực, loại trừ ảnh
hưởng của độ co giản (đàn hồi) của các khâu đến chất lượng điều chỉnh.
- Độ hở nhỏ nhất đối với truyền động.
- Hiệu suất có thể tối đa và sự khác nhau nhỏ nhất trong các mômen tải trọng

tĩnh khi nâng và hạ các điện cực; cho phép giảm công suất động cơ điều chỉnh và
cải thiện một cách cơ bản tính chất động lực học của hệ thống điều chỉnh.
- Có thể tăng tốc và hãm nhanh các cơ cấu.
- Tốc độ nâng điện cực có thể tối đa khi điều khiển bằng tay cũng như khi điều
khiển tự động. Có thể nâng điện cực nhanh hơn theo ý muốn để khử nhanh sự
phóng điện ở giai đoạn nấu chảy và giảm nhẹ công suất của máy điện cũng như
giảm sự tiêu hao không sinh công của công suất điện được dẫn vào lò.
Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực ) có thể truyền động bằng điện - cơ hay thuỷ
lực. Trong cơ cấu điện - cơ, động cơ được dùng phổ biến là động cơ điện một
chiều kích từ độc lập vì nó có mômen khởi động lớn, giải điều chỉnh rộng,
bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm. Đôi khi cũng
dùng động cơ không đồng bộ có mômen quán tính của roto nhỏ.
2.4. Tính chọn công suất
a. Công suất biến áp lò BAL
Công suất của biến áp lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện công suất nhiệt
trong giai đoạn nóng chảy, vì ở giai đoạn còn lại công suất nhiệt lò yêu cầu ít hơn.
Nếu giả thiết rằng: trong giai đoạn nấu chảy, tổn thất trong lò hồ quang, trong
biến áp lò và trong cuộn kháng CK được bù trừ bởi năng lượng của phản ứng toả
nhiệt thì công suất của biến áp lò được tính theo biểu thức:
S=

W
t nc.k sd .cosφ

[kVA]

(1.1)

Trong đó:
W- năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy và dừng

lò giữa hai lần nấu, [kWh].
tnc- thời gian nấu chảy, [h].
ksd- hệ số sử dụng công suất của lò trong giai đoạn nấu chảy.
cosφ- hệ số công suất của lò.
Năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt W có thể tính được theo công thức:
W = WG
[kWh]
(1.2)
Trong đó:
W- suất chi phí điện năng để nấu chảy một tấn kim loại, [kWh/T].
G- khối lượng kim loại nấu chảy, [T].
b. Điều chỉnh công suất lò hồ quang
Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai đoạn, công
suất điện tiêu thụ khác nhau. Bởi vậy, điều chỉnh công suất lò hồ quang là một
vấn đề quan trọng đối với công nghệ nấu luyện kim loại trong lò hồ quang.
Điều chỉnh công suất lò trong toàn chu trình nấu luyện hợp lý thì :
- Giảm thời gian nấu luyện.
- Nâng cao năng suất của lò.
- Giảm chi phí điện năng.
6


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

- Nâng cao chất lượng thép.
Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra
của BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ
quang từ đó sẽ thay đổi được điện áp hồ quang, dòng điện hồ quang và công suất

tác dụng của hồ quang. Như vậy, điều chỉnh dịch điện cực tức là điều chỉnh chiều
dài ngọn lửa hồ quang, do đó điều chỉnh được công suất lò hồ quang
Có 3 giải pháp điều khiển để điều chỉnh công suất lò:
1. Phương pháp giữ dòng điện hồ quang I hq = const: Thực chất là giữ khoảng cách
giữa điện cực và kim loại trong lò không đổi.
Phương pháp này có nhược điểm là không mồi hồ quang tự động được, cần phải
hỗ trợ mồi.
Ngoài ra, trong trường hợp có một pha không phát hồ quang (hồ quang bị đứt) thì
sẽ làm giảm dòng : I hq =

3U f
2Z

, do đó các bộ điều chỉnh 2 pha còn lại sẽ tiến hành

hạ điện cực mặc dù không cần việc đó (tác động không chính xác).
Phương pháp này chỉ dùng cho lò hồ quang một pha và chủ yếu dùng cho lò hồ
quang chân không.
2. Phương pháp duy trì điện áp hồ quang không đổi U hq = const: Gặp khó khăn
trong việc đo điện áp. Do người ta không đo trực tiếp điện áp hồ quang nên phải đo
gián tiếp: cuộn dây đo được nối giữa thân kim loại của lò và thanh cái thứ cấp
MBA. Do vậy điện áp đo phụ thuộc dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẽ
ảnh hưởng tới hai pha còn lại như ở phương pháp đầu tiên.
3. Phương pháp điều khiển duy trì

U hq
I hq

= Z hq = const: Là phương pháp điều khiển

tốt nhất.
Phương pháp này điều khiển thông qua hiệu số các tín hiệu dòng và áp:
a. I hq - b. U hq = b. I hq ( Z 0hq - Z hq )
Trong đó:
- a, b : là hệ số phụ thuộc hệ số các biến áp đo lường (TI,TU) và điện trở điều
chỉnh trên mạch.
- Z 0hq , Z hq : Giá trị đặt và giá trị thực của tổng trở HQ.
Phương pháp này dễ mồi hồ quang, duy trì được công suất, ít chịu ảnh hưởng
của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha.
Các yêu cầu chính đề ra cho một bộ điều chỉnh công suất lò hồ quang là:
- Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò, duy trì dòng điện hồ quang
không tụt quá (4÷5)% trị số dòng điện làm việc. Vùng không nhạy của bộ điều
chỉnh không quá ± (3÷6)% trong khi nấu chảy và ± (2÷4)% trong các giai đoạn
khác.
- Tác động nhanh, đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian
(1,5 ÷3)s. Điều đó sẽ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thấm Carbon của
kim loại… Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá 2 lần
trong giai đoạn nấu chảy. Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch cực nhanh tới
(2,5÷3)m/ph trong giai đoạn nấu chảy (khi dùng truyền động điện cơ) và

7


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

(5÷6)m/ph (khi truyền động thuỷ lực). Dòng điện hồ quang càng lệch xa vị trí đặt
thì tốc độ dịch cực phải nhanh.
- Thời gian điều chỉnh ngắn.

- Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bị phá
vỡ trong thời gian rất ngắn hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng. Yêu cầu này
càng cần đối với lò 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 pha còn lại. Điện cực
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 để sự làm việc của nó không ảnh hưởng tới chế độ
làm việc của các pha khác.
- Thay đổi công suất lò trơn trong giới hạn 20÷125% trị số định mức với sai số
không quá 5%.
- Có thể di chuyển nhanh từ chế độ điều khiển tự động sang chế độ điều khiển
bằng tay do phải thực hiện thao tác phụ nào đó (chẳng hạn nâng điện cực trước
khi chất liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh về chế độ điều khiển tự động.
- Tự động châm lửa hồ quang khi bắt đầu làm việc và sau khi đứt hồ quang. Khi
ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang.
- Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới.

8


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG
I.
PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ MẠCH LỰC
1.1 Sơ đồ mạch lực

Hình 2 : Sơ đồ điện (mạch lực) lò hồ quang dung lượng dưới 20T

9


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

Điện cấp cho lò hồ quang lấy từ trạm biến áp lò. Điện áp vào là 6, 10, 35 hay
110kV tùy theo công suất lò.
1.2 Các phần tử trong mạch:
• Các phần tử bảo vệ :
- Cầu dao cách ly CL: Dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần
thiết,chẳng hạn lúc sửa chữa.
- Máy cắt 1MC: Dùng đóng cắt mạch lực dưới tải và để bảo vệ lò hồ quang khỏi
ngắn mạch sự cố.
- Máy cắt 2MC : Đóng/mở để cho phép cuộn kháng CK tham gia vào mạch hạn chế
dòng ngắn mạch.
Lúc ngắn mạch làm việc, máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng CK tham gia vào
mạch, hạn chế dòng ngắn mạch.
Khi nguyên liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, máy cắt 2MC
đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng CK.
Ở giai đoạn hoàn nguyên (KL đã được nóng chảy hết), công suất lò yêu cầu ít hơn
để tránh bốc hơi thì máy cắt 2MC mở ra để đưa cuộn kháng CK vào mạch, làm
giảm công suất cấp cho lò.
- Máy cắt 3MC,4MC: Dùng để đổi nối cuộn sơ cấp thành hình Y hoặc tam giác.
- ĐKBV : Khối điều khiển bảo vệ dùng để điều khiển và bảo vệ TU, 1TI, 2TI.
• Các phần tử khác :
- Máy biến dòng và áp:
+ 1TI : máy biến dòng dùng để biến đổi dòng điện lớn của mạch sơ cấp thành
dòng thứ cấp có trị số nhỏ hơn để đưa vào mạch KĐBV

+ 2TI : Máy biến dòng dùng để biến đổi dòng điện của BAL thành dòng có trị
số nhỏ hơn để đưa vào mạch bảo vệ ĐKBV.
+ TU : Máy biến điện áp dùng để hạ điện áp cao xuống điện áp thấp hơn theo
yêu cầu. Trong sơ đồ trên ta thấy cuộn dây sơ cấp của TU được nối với phía điện
áp cao qua cầu chì bảo vệ cao áp, cuộn dây thứ cấp cấp nguồn cho ĐKBV . Để an
toàn một đầu của phía hạ áp của BU đã được nối đất.
- Vôn kế : dùng để đo hiệu điện thế giữa 2 pha .
- Ampemet dùng để đo trị số dòng điện.
- Cuộn kháng CK : dùng để hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định
sự cháy của hồ quang.
- BAL : Máy biến áp lò dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp cấp cho lò.
Thứ cấp của BAL là các thanh dẫn, cấp điện cho các điện cực ĐC.
- MN : mạch ngắn hay dây dẫn nối giữa thanh dẫn với điện cực dùng để dẫn dòng
điện rất lớn (hàng chục đến hàng trăm nghìn Ampe).
- Điện cực ĐC: Là phần tạo ra hồ quang.
1.3 Nguyên lý làm việc
Quá trình cấp điện áp cho lò:
• Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại :
10


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

Đóng CDCL => +MC => -2MC và +CK => +3MC, +4MC
Giai đoạn này ta mở 2MC để CK tham gia vào mạch ,hạn chế dòng ngắn mạch.
Sau mỗi bộ biến điện áp TU và bộ biến dòng điện TI có vôn kế và ampemet nhờ
đó mà ta biết được trị số của điện áp sau khi qua bộ biến dòng và dòng điện các pha
từ lưới.

Ngay dưới BAL là biến áp dòng 2TI để biến dòng và có các ampe + vôn kế đo
dòng và áp đưa kết quả lên cho ĐKBV(phản hồi). Công tơ điện (W) dùng để đo
công suất đưa vào trong 1 khoảng thời gian,đơn vị đo KWh.
Điện áp qua cuộn thứ cấp được đưa vào BAL qua MN vào lò.
• Giai đoạn oxy hóa thì +2MC và –CK ta đóng 2MC để ngắn mạch cuộn CK
do giai đoạn này liệu đã chảy hết,lò cần công suất nhiệt lơn để nấu luyện.
• Giai đoạn hoàn nguyên -2MC và +CK vì giai đoạn này công suất lò yêu cầu
ít hơn nên khi đưa K vào mạch sẽ làm giảm công suất cấp cho lò.

11


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

II.

SƠ ĐỒ MỘT PHA TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ DỊCH CỰC HỒ
QUANG
2.1 Sơ đồ

Hình 3 : Sơ đồ 1 pha khống chế dịch cực lò hồ quang

II.2 Các phần tử trong mạch
Các phần tử điều chỉnh
MĐKĐ : là 1 máy phát điện từ trường ngang,nó cấp điện cho động cơ Đ để dịch
cực.
MĐKĐ gồm 3 cuộn kích từ:
12

TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

-

CFA: Cuộn phản hồi âm điện áp đấu song song với phần ứng của động cơ,
gồm 2 chức năng:
+ Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi sức từ động sinh ra trong cuộn CFA
bằng biến trở 10R trong trường hợp làm việc ở tốc độ thấp, tiếp điểm công tắc
tơ gia tốc G(5) kín, sức từ động sinh ra trong cuộn CFA rất lớn làm giảm sức
điện động tổng của máy điện khuếch đại, kết quả điện áp ra của máy phát F
giảm dần đến tốc độ của động cơ giảm.
+ Khi dừng máy, cuộn CFA (6) được nối vào phần ứng của động cơ qua hai
tiếp điểm thường kín N, H(7) và điên trở hạn chế R5(7). Do chiều của cuộn
CFA ngược chiều với dòng trong cuộn CCĐ, giúp dừng nhanh động cơ truyền
động.
- CĐC1: Cuộn làm việc ở chế độ tự động, được đóng bằng các tay gạt (5-6) +
(7-8)
- CĐC2: Cuộn làm việc theo chế độ bằng tay, được cấp điện từ nguồn ngoài
qua một bộ tay gạt:
Các phần tử bảo vệ
- 1CD , 2CD cầu dao đóng/ mở để đặt chế độ tự động hoặc bằng tay
- Relay :
+ RD : rơ le dòng
+ Rth : rơ le thời gian thường mở mở chậm.
+ RA : rơ le áp
Tay gat:

+ 1-2 và 3-4 tay gạt để nâng điện cực bằng tay N
+ 9-10 và 11-12 tay gạt để hạ điện cực bằng tay H
+ 5-6 và 7-8 tay gạt tự động
Các điện trở : 1R, 2R,3R, 4R, 5R, 6R, 7R, 8R, 9R
Các bộ chỉnh lưu : là các bộ chỉnh lưu 1 pha hình cầu dùng điốt để chỉnh dòng điện
xoay chiều từ lưới thành dòng 1 chiều cấp cho tải : 1CL, 2CL, 3CL, 4CL.
2.3 Thuyết minh hoạt động của sơ đồ
Chế độ tự động:
Cầu dao 1CD hở, 2CD đóng và chuyển mạch ở vị trí “0”. Điện áp ra của cầu
chỉnh lưu 1CL tỷ lệ với dòng điện hồ quang và rơi trên điện trở 5R. Điện áp ra của
cầu chỉnh lưu 2CL tỷ lệ với dòng điện áp hồ quang và rơi trên điện trở 4R. Điện áp
đặt lên CĐC1 bằng:
UCĐC1 = U5R – U4R
Khi mạch chính có điện, do hồ quang chưa phát sinh nên lúc này
U hq = max và I hq = 0. => U 5R = 0 và U 4 R = max.

Điện áp đặt lên cuộn CĐC1 bằng :UCĐC1 = U 4R
-> Trên cuộn CĐC1 có dòng chảy qua, tạo sức từ động F1 .
Sức từ động tổng: F = F1 - FCFA
-

Quá trình hạ điện cực :
13


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

Do I hq = 0 -> RD chưa tác động -> 3R được nối tiếp với cuộn CĐC1 -> F1 ↓.

Đồng thời lúc này cực tính (+) của động cơ Đ đang ở cực phía trên ->
Đ+(trên) → + 3CL →7R =0 → I CFA ↑ → FCFA ↑ → F↓ → điện áp ra của MĐKĐ
giảm→ đông cơ Đ quay chậm -> điện cực được hạ xuống chậm.
-

Quá trình đảo chiều quay.

Khi điện cực chạm vào phôi làm phát sinh hồ quang
U hq = 0 và I hq = max . => U 5R = max và U 4R = 0.

→ I CDC1 đảo chiều → F1 đảo chiều → +RD → 3R=0 → I CDC1 ↑ → F1 ↑.
→ Động cơ đảo chiều kéo điện cực lên nhanh.
-

Quá trình nâng tải.

Đồng thời lúc này cực tính (+) của động cơ Đ ở phía dưới
+Đ(dưới) → 3R=0 và +7R vào nối tiếp với cuộn CFA → I CFA ↓ → ↓ FCFA → F ↑ →
động cơ Đ kéo điện cực lên nhanh.
Đồng thời + 4CL →RA=1 → RTh=0→ 9R nối tiếp cuộn CKĐ → I CKD ↓ → φD ↓ →
F↑ →điện cực được kéo nhanh lên.
Quá trình đi lên của điện cực → I hq ↓ , U hq ↑
Khi U 5R ≈ U 4R → I CDC1 ≈0 → động cơ sẽ dừng quay, điện cực có một khoảng cách
nào đó đối với kim loại và đảm bảo hồ quang được duy trì→hồ quang cháy ổn định.
Trong quá trình cháy của điện cực, điện cực sẽ ngắn dần làm khoảng cách giữa điện
cực và kim loại tăng dần → I hq ↓ , U hq ↑ thế cân bằng bị phá vỡ → I CDC1 ≠0→động
cơ được khởi động lại, chạy hạ điện cực xuống, lập lại thế cân bằng mới.
Tác dụng mở chậm của rơle RTh: Chờ cho điện áp động cơ đạt định mức rồi
mới giảm từ thông φD của động cơ.
Ở chế độ khống chế bằng tay:

Cầu dao 1CD mở, 2CD mở, chuyển mạch ở vị trí nâng (N) hoặc ở vị trí hạ (H) tuỳ
theo yêu cầu nâng hoặc hạ điện cực, chức năng của cuộn CĐC2 giống như CĐC1 ở
chế độ tự động.

14


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH ỨNG DỤNG CỦA LÒ HỒ QUANG
I.
CÁC SƠ ĐỒ TRUYỀN ĐỘNG KHÁC CỦA MÁY
3.1 Lò hồ quang chân không
Nấu luyện kim loại trong chân không sẽ loại trừ được tương tác của kim loại nóng
chảy với khí quyển, thực hiện khử khí trong kim loại triệt để hơn, loại trừ tương tác
của kim loại nóng chảy với các điện cực v.v…

Hình 4 : Sơ đồ mạch lực lò hồ quang chân không

• Các phần tử trong mạch
+ Các phần tử bảo vệ:
- CDCL: Dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết,
chẳng hạn lúc sửa chữa.
- 1CD là cầu dao khi đóng/cắt mạch điện cho lò 1
- 2CD là cầu dao khi đóng/ cắt mạch điện cho lò 2

15

TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

-

CC : Cầu chì bảo vệ quá dòng, khi có hiện tượng chạm chập trong bộ nguồn
làm cho dòng qua CC tăng, dây chì của nó sẽ chảy, ngắt nguồn cấp để bảo vệ
các linh kiện không bị hư hỏng thêm.
+ Các phần tử điều khiển
- BAL : biến áp lò dùng để điều chỉnh điện áp dưới tải.
- BĐK : bộ điều khiển
+ Các phần tử khác
- MC : máy cắt dầu
- KBH : các cuộn kháng bão hòa là loại cuộn cảm kháng có cuộn dây, có dòng
điện một chiều chạy qua để khống chế dòng điện xoay chiều qua cuộn dây thứ hai
quấn trên cùng mạch từ.
- VD : chỉnh lưu hình tia 6pha dùng điôt.
- LV : cuộn dây làm việc xoay chiều
- ĐK : điều khiển 1 chiều
- K : cuộn kháng sau.
- lò1, lò2
Thuyết minh hoạt động của lò:
Sơ đồ mạch lực lò điện hồ quang chân không sử dụng các chỉnh lưu tới 200A
gồm nhiều điôt mắc song song. Do thời gian rót kim loại lỏng và chuẩn bị mẻ nấu
tiếp theo là bằng hoặc lớn hơn thời gian nấu nên thường một mạch lực cấp điện cho
2 lò làm việc luân phiên.
Mạch lực cấp điện cho lò 1:
Ta đóng điện CDCL -> đóng MC để cấp điện cho BAL -> cuộn thứ cấp 1 -> qua

cuộn kháng bão hòa KBH được điều khiển bởi bộ biến đổi bên ngoài->CL tia 6 pha
để chuyển thành dòng điện 1 chiều -> dòng điện qua cuộn kháng sau K -> đóng
1CD ->cấp điện cho lò1.
Mạch lực cấp điện cho lò 2:
Khi lò 1 nấu xong 1 mẻ nấu, ta sẽ cắt cầu dao 1CD sau đó đóng điện cầu dao
2CD cấp điện cho lò 2 hoạt động. Khi đó dòng điện sẽ chạy từ lưới qua CDCL ->
+MC ->cuộn thứ cấp 2 -> +KBH -> CL -> +K -> 2CD -> lò 2 có điện.
Khi dừng hoạt động của 2 lò ta sẽ cắt điện 1CD và 2CD ra khỏi mạch -> cắt MC
thì phần mạch lực dưới tải không có điện -> cắt CDCL .
3.2 Lò hồ quang plasma
Lò hồ quang plasma là lò sử dụng plasma lạnh. Đó là khí ion hoá có mức ion hoá
khoảng 1% (tỉ số giữa số ion trên tổng số phân tử). Plasma nhiệt độ thấp được ứng
dụng trong quá trình như nấu luyện quặng, hợp kim, tinh luyện thép và hợp kim
chất lượng cao, chịu nhiệt và tổng hợp các chất khác.
Các phần tử trong mạch:
- XP : hệ điều khiển xung pha
- K : cuộn kháng san bằng
- VD : điốt.
- FH : khâu phản hồi áp và áp của hồ quang để tạo độ dốc đứng của
đặc tính ngoài.
- M : khối dao động mồi
- BA : biến áp có thế nối Y hoặc tam giác để thay đổi Ura.

16


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

- CLĐK : chỉnh lưu có điều khiển (bộ chỉnh lưu chính) là bộ chỉnh
lưu 3 pha hình cầu dùng Thysistor.
- CL : chỉnh lưu không điều khiển được (bộ chỉnh lưu phụ) là bộ
chỉnh lưu 3pha hình cầu dùng điôt.

Thuyết minh nguyên lý hoạt động của lò:
Để điện được cấp vào lò ta tiến hành đóng
CDCL sau đó đóng tiếp MC -> mạch
được cấp điện -> các bộ CL ->dòng 1
chiều . Các cực G của Thysistor được nối
với bộ điều khiển xung pha XP sau khi
XP nhận tín hiệu phản hồi dòng và áp từ
FH. Dòng điện qua bộ CL -> khối dao
động mồi M có điện -> mồi hồ quang.
Để ngắt dòng điện trong mạch ta cắt MC
sau đó đóng CDCL.

Hình 5: Sơ đồ nguồn dòng lò hồ quang plasma

17


TRANG BỊ ĐIỆN

LÒ HỒ QUANG

Hình 6 : Lò hồ quang trong thực tế

3.3 Những ứng dụng thực tế trong công nghiệp (dân sinh)
Lò hồ quang được ứng dụng rộng rãi trong các lò luyện gang thép, …

a. Vai trò của hồ quang trong công nghiệp
Lò hồ quang được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp,đặc biệt
trong ngành luyện kim.
b. Ưu điểm, nhược điểm của lò hồ quang so với lò cảm ứng
Ưu điểm :
- Giảm tiêu thụ điện năng 15-18% với lò Ac và 25 – 30% với lò DC
- Thời gian nấu luyện nhanh.
- Giảm lượng chất thải kim loại trên 1,5% với các lò điện DC
- Luyện được một lượng lớn kim loại trong 1 mẻ.
- Giảm được bụi và tiếng ồn.
- Nhiệt độ lò điện cao nên có thể ứng dụng luyện 1 số hợp kim có nhiệt
độ nóng chảy cao.
Nhược điểm:
- Đầu tư lớn.
- Hay xảy ra ngắn mạch làm việc nên cần độ đảm bảo an toàn về điện
cao.

18