Đồ án Nghiên cứu, chế tạo bộ chỉnh lưu cho lò nấu thép dùng bán dẫn công suất

Hiện nay các thiết bị lò điện nói chung, Lò điện cảm ứng trung tần nói riêng, đang được ứng dụng rộng rãi để sản xuất các chủng loại thép phục vụ cho các ngành kinh tế quốcdânnhưlà:cơkhí,đóngtàu,giáothôngvân tải, xây dựng, hóa chất vv .Trong quân đội, các Lò điện cảm ứng chủ yếu dung để nấu luyện các loại thép, gang phục vụ đúc vỏ đạn cối, đạn pháo, phôi chi tiết của các trang thiết bị, khí tài. Mặc dù các nhà máy luyện kim của cả quân sự và dân sự đã được hình thành từ lâu, nhưng hiện nay thiết bị Lò cảm ứng trung tần đêu rất lạc hậu, chưa đáp ứng được trước những yêu cầu của quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Các thiết bị này phần lớn là những thiết bị thuộc thế hệ cũđượcviện trợ hoặcmua sắm từ các nước Liên Xô, Trung Quốc trong những thập kỷ cuối của thế kỷ trước. Qua nhiều năm sử dụng đã xuống cấp hay hư hỏng, tiêu tốn nhiều điện năng, hiệusuất không cao nêngiá thành sản phẩmcòn cao. Những năng gần đay , kỹ thuật điện tử và bán dẫn công phát triển mạnhmẽ. Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm như: khả năng điều khiển linh hoạt, tính tác động nhanh; chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và khối lượng nhỏ; độ tin cậy và tính chính xác cao; đặc biệt là dễ dang trong việc áp dụng các tiến bộ của các ngành khoa học kỹ thuật khác như: ngành điều khiển học, ngành công nghệ thông tin vv nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm tổn thất năng lượng, hạ giá thành sản phẩm và giải phóng sức lao động cho con người. Chính vì thế các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng khá rộng rãi vào việc biến đổi điện 7 GVhướngdẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốtnghiệp Lớp: TBĐ-ĐT3. năng. Trong điều kiện đó, xây dựng lò nấu thép cảm ứng trung tần dung bán dẫn công suất hoàn toàn có khảnăng thực hiện được. Trong thời điểm hiện nay và cả trong tương lai, nhu cầu về Lò nấu thép kiểu Lò điện cảm ứng trung tần dung bán dẫn công suất là rất lớn, trong khi đó nước ta chưa chế tạo được. Vì vậy việc nghiện cứu và xây dựng lò điện cảm ứng dung bán dãn công suất nhằm phục vụ cho công tác thiết kế, chế tạo mới và cải tạo cácthiết bị cũ là rất cần thiết. Trong các thiết bị cung cấp điện cho Lò, thì bộ chỉnh lưu giữ vai trò đặc biệt quan trọng là nguồn cung cấp và bổ xung năng lượng cho tải,do vậy mà đã gây sự chú ýlớn ở tôi. Xuấtphát từcác lý do đãnêuởtrên, được sựgợiý, độngviệnvà khích lệ của thầy giáo Nguyễn Văn Thuấn, tôi chọn việc: “ Nghiên cứu, chế tạo bộ chỉnh lưu cho lò nấu thép dùng bán dẫn công suất ” là đề tài cho đồ án tốt nghiệp đại học củatôi. Nhiệm vụ của đồ án là nghiên cứu về Lò điện cảm ứng và nghiên cứu về bộ chỉnh lưu cầu ba pha, xây dựng thuật toán điều khiển và xây dựng cơ sở tính chọn các phần tử cơ bản cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha dung thyristor, từ đó tiến đến chế tạo một bộ chỉnh lưu cầu ba pha đáp ứng được các yêu cầu đặt ra của Lò nấu thép. Nội dung đồ án gồmbốn chương: - Chương 1: Nghiên cứu vềnguồn cấp điện cho lò nấu thép. - Chương 2: Phân tích và tổng hợp bộ (thuật toán điều khiển mạch) chỉnh lưu cầuba pha. - Chương 3: Xâydựng bộ chỉnh lưu cầuba pha. - Chương 4: Môphỏng thựcnghiệm. Vì thời gian có hạn, nhiều vấn đề đã đề cập tới sang chưa có điều kiện thực hiện, và chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những đống góp quýbáu củacác thầyvàđọc giả.

pdf65 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 2664 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Nghiên cứu, chế tạo bộ chỉnh lưu cho lò nấu thép dùng bán dẫn công suất, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1. Đề tài : Nghiên cứu, chế tạo bộ chỉnh lưu cho lò nấu thép dùng bán dẫn công suất. 2. Thông số kỹ thuật: P = 15 KW. dmU = 500 V. dI = 30 A. 3. Bố cục : - Chương 1: Nghiên cứu về nguồn cấp điện cho lò nấu thép. - Chương 2: Phân tích và tổng hợp bộ (thuật toán điều khiển mạch) chỉnh lưu cầu ba pha. - Chương 3: Xây dựng bộ chỉnh lưu cầu ba pha. - Chương 4: Mô phỏng thực nghiệm. 4. Bản vẽ minh hoạ: 1 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KTQS KHOA KTĐK CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ----------------------- Phê chuẩn Ngày…..tháng…..năm 2009 CHỦ NHIỆM KHOA Độ mật……………….… Số……………………… NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên: Nguyễn Văn Giang Lớp: ĐKTĐ Khoá : 3 Ngành: Điện - Điện tử Chuyên ngành: Điều khiển tự động. 1. Tên đồ án: “Nghiên cứu, chế tạo bộ chỉnh lưu cho lò nấu thép dùng bán dẫn công suất ” 2. Các số liệu ban đầu: …...………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………… 3. Nội dung bản thuyết minh: lời nói đầu. Chương I: Nghiên cứu về nguồn cấp điện cho lò nấu thép. Chương II: Phân tích và tổng hợp bộ (thuật toán điều khiển mạch) chỉnh lưu cầu ba pha. Chương III: Xây dựng bộ chỉnh lưu cầu ba pha. Chương VI: Mô phỏng thực nghiệm. 2 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. 4. Số lượng, nội dung các bản vẽ ( ghi rõ loại, kích thước và cáh thực hiện các bản vẽ ) và các sản phẩm (nếu có): Đồ án gồm……bản vẽ 0A : - Bản 1: Sơ đồ khối tổng quát. - Bản 2: Sơ đồ nguyên lý mạch khiển. - Bản 3: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất. - Bản 4: 5. Cán bộ hướn dẫn (ghi rõ họ tên, cấp bậc, chức vụ, đơn vị hướn dẫn toàn bộ hay từng phần): Đại tá tiến sỹ Nguyễn Văn Thuấn - Bộ môn Kỹ thuật Điện – Khoa kỹ Thuật Điều Khiển - Học Viện Kỹ thuật Quân Sự. 3 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. Ngày giao: 12-01-09 Ngày hoàn thành: 25-04-09 Hà nội, Ngày 25 tháng 04 năm 2009 Chủ nhiệm bộ mộn Đại tá, PGS.TS ĐÀO HOA VIỆT Cán bộ hướng dẫn Đại tá, TS NGUYỄN VĂN THUẤN Học viện thực hiên Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày 25 tháng 04 năm 2009 Nguyên Văn Giang. 4 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. MỤC LỤC Trang Bìa chính Phụ bìa Nhiệm vụ đần án Lời cam kết Mục lục Dang mục các hình vẽ và đồ thị Mởi đầu…………………………………………………………………………..1 CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU VỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO LÒ NẤU THÉP. 1.1: Tổng quan về lò nấu thép cảm ứng……….........................................1 1.2: Nguyên lý làm việc của lò nấu thép cảm ứng trung tần dùng thyristor…………………………………………………………………………2 1.3: Yêu cầu kỹ thuật đối với mạch chỉnh lưu……………………...........3 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP THUẬT BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA. 2.1: Khái quát chung về thyristor và chế độ làm việc……..…………………4 2.1.1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động……………………………………....5 2.1.2: Đặc tính Volt - Ampe và các tham số chủ yếu của thyristor………....6 2.1.3: Thyristor làm việc với vai trò chỉnh lưu điều khiển…………………..7 2.2 Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu câu ba pha…………………….8 2.3: Phân tích và tổng hợp thuật toán điều khiển mạch chỉnh lưu câu ba pha dung thyristor………………………………………………………………….9 2.3.1: Khái quát về mạch điều khiển thyristor………………………..……10 2.3.2: Thiết kế mạch điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng arrccos…..…11 5 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. 2.4: Thiết kế sơ đồ nguyên lý…………………………………………………12 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU BA PHA…….….….13 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG THỰC NGHIỆM………………………...…..14 Kết luận…………………………………………………………………….…...15 Tài liệu tham khảo………………………………………………………….…...16 6 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. MỞ ĐẦU Hiện nay các thiết bị lò điện nói chung, Lò điện cảm ứng trung tần nói riêng, đang được ứng dụng rộng rãi để sản xuất các chủng loại thép phục vụ cho các ngành kinh tế quốc dân như là: cơ khí, đóng tàu, giáo thông vân tải, xây dựng, hóa chất…vv.Trong quân đội, các Lò điện cảm ứng chủ yếu dung để nấu luyện các loại thép, gang phục vụ đúc vỏ đạn cối, đạn pháo, phôi chi tiết của các trang thiết bị, khí tài. Mặc dù các nhà máy luyện kim của cả quân sự và dân sự đã được hình thành từ lâu, nhưng hiện nay thiết bị Lò cảm ứng trung tần đêu rất lạc hậu, chưa đáp ứng được trước những yêu cầu của quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Các thiết bị này phần lớn là những thiết bị thuộc thế hệ cũ được viện trợ hoặc mua sắm từ các nước Liên Xô, Trung Quốc… trong những thập kỷ cuối của thế kỷ trước. Qua nhiều năm sử dụng đã xuống cấp hay hư hỏng, tiêu tốn nhiều điện năng, hiệu suất không cao nên giá thành sản phẩm còn cao. Những năng gần đay, kỹ thuật điện tử và bán dẫn công phát triển mạnh mẽ. Các thiết bị điện tử công suất có nhiều ưu điểm như: khả năng điều khiển linh hoạt, tính tác động nhanh; chỉ tiêu kinh tế cao, kích thước và khối lượng nhỏ; độ tin cậy và tính chính xác cao; đặc biệt là dễ dang trong việc áp dụng các tiến bộ của các ngành khoa học kỹ thuật khác như: ngành điều khiển học, ngành công nghệ thông tin…vv nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm tổn thất năng lượng, hạ giá thành sản phẩm và giải phóng sức lao động cho con người. Chính vì thế các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng khá rộng rãi vào việc biến đổi điện 7 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. năng. Trong điều kiện đó, xây dựng lò nấu thép cảm ứng trung tần dung bán dẫn công suất hoàn toàn có khả năng thực hiện được. Trong thời điểm hiện nay và cả trong tương lai, nhu cầu về Lò nấu thép kiểu Lò điện cảm ứng trung tần dung bán dẫn công suất là rất lớn, trong khi đó nước ta chưa chế tạo được. Vì vậy việc nghiện cứu và xây dựng lò điện cảm ứng dung bán dãn công suất nhằm phục vụ cho công tác thiết kế, chế tạo mới và cải tạo các thiết bị cũ là rất cần thiết. Trong các thiết bị cung cấp điện cho Lò, thì bộ chỉnh lưu giữ vai trò đặc biệt quan trọng là nguồn cung cấp và bổ xung năng lượng cho tải,do vậy mà đã gây sự chú ý lớn ở tôi. Xuất phát từ các lý do đã nêu ở trên, được sự gợi ý, động viện và khích lệ của thầy giáo Nguyễn Văn Thuấn, tôi chọn việc: “ Nghiên cứu, chế tạo bộ chỉnh lưu cho lò nấu thép dùng bán dẫn công suất ” là đề tài cho đồ án tốt nghiệp đại học của tôi. Nhiệm vụ của đồ án là nghiên cứu về Lò điện cảm ứng và nghiên cứu về bộ chỉnh lưu cầu ba pha, xây dựng thuật toán điều khiển và xây dựng cơ sở tính chọn các phần tử cơ bản cho bộ chỉnh lưu cầu ba pha dung thyristor, từ đó tiến đến chế tạo một bộ chỉnh lưu cầu ba pha đáp ứng được các yêu cầu đặt ra của Lò nấu thép. Nội dung đồ án gồm bốn chương: - Chương 1: Nghiên cứu về nguồn cấp điện cho lò nấu thép. - Chương 2: Phân tích và tổng hợp bộ (thuật toán điều khiển mạch) chỉnh lưu cầu ba pha. - Chương 3: Xây dựng bộ chỉnh lưu cầu ba pha. - Chương 4: Mô phỏng thực nghiệm. Vì thời gian có hạn, nhiều vấn đề đã đề cập tới sang chưa có điều kiện thực hiện, và chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận được những đống góp quý báu của các thầy và đọc giả. 8 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. Tôi xin chận thành cảm ơn thầy giáo hưỡng dẫn Đại tá, TS nguyễn Văn Thuấn và các thầy trong bộ môn Kỹ thuật điện đã tận tình chỉ bảo giúp đỡ tôi hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội, ngày 25 tháng 4 năm 2009 Chương 1 NGHIÊN CỨU VỀ NGUỒN CẤP ĐIỆN CHO LÒ NẤU THÉP 1.1 Tổng quan về lò nấu thép cảm ứng: Lò điện cảm ứng thực hiện biến điện năng thành nhiệt năng theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Theo định luật Joule-Lentz : Q = 0, 24. I. R. t (cal) [1.1] Trong đó: Q(Cal): Nhiệt lượng kim loại nhận được; I(A) : dòng điện qua kim loại; R(Ω ) : điện trở của kim loại; t(s) : thời gian tác động. Mô tả cấu tạo sơ lược của lò nấu thép cảm ứng được trình bầy trên hình 1.1: Hình 1.1………. 9 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. Trong đó cấu tạo gồm : bộ phận cơ điện (hoặc thuỷ lực) quay nghiêng lò, khung lò, cuộn cảm ứng (1), phía trong đặt nồi lò (2) chứa liệu kim loại (3). Cuộn cảm ứng bằng ống đồng được quấn nhiều vòng hình xoắn ốc, bên trong luôn luôn có nước để làm nguội. Khung lò có tắc dụng cố định các vòng cảm ứng và nồi lò; cạnh khung đặt cơ cấu nghiêng lò; khung lò được làm bằng vật liệu kim loại hoàn toàn không có nhiễm từ. Lò điện cảm ứng được xây dựng dự trện nguyện lý của một máy biến áp (MBA) lõi không khí. Cuộn cảm được coi như cuộn sư cấp, còn liệu kim loại chứa trong nồi lò được coi như cuộn thứ cấp. Khi ta cho dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm ứng thì sẽ sinh ra từ thông biến thiên. Từ thông qua kim loại sinh ra một sức điện động (sđđ) cảm ứng. Kim loại ở đây coi như một cuôn dây khép kín và thẳng góc với từ thông biến thiên. Xuất hiện trong kim loại một dòng điện cảm ứng và năng lượng của dòng điện cảm ứng sinh ra một nhiệt lượng lớn để nung chảy kim loại. Như vậy khi lò làm việc thì xuất hiện 2 sức điện động cảm ứng trong cuộn cảm ứng ( 1E ) và trong kim loại ( 2E ). Theo [4] giá trị của 1E và 2E đựơc tính theo công thức sau: 1E = 4, 44. Ф. f. 1n .10 8− V [1.2] 2E = 4, 44. Ф. f. 2n .10 8− V [1.3] Trong đó : Ф : từ thông biến thiên, Wb(Weber) f : tẩn số làm việc, Hz ; 1n : số vòng của cuộn cảm ứng(sơ cấp); 2n : số vòng của cuộn thứ cấp (kim loại coi như là một khối thống nhất nên có 2n = 1). Các vòng của cuộn cảm ứng có khoảng cách nhất định nện từ thông biến thiên bị mất mát lớn( từ thông tản ra ngoài không khí )do vậy sức điện động cảm ứng 1E > 2E . Vì vậy phía cung cấp vào cuộn cảm ứng một năng lượng lớn để tạo 10 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. 1E cao phù hợp với dung lượng lò, đồng thời tạo ra 2E đủ lớn để làm nóng chảy liệu trong lò. Khi kim loại bị cảm ứng thì trong kim loại lập tức sinh ra từ thông chống lại từ thông do cuộn cảm ứng sinh ra, do đó chiều dòng điện 1I ngựơc chiều với dòng Foucault 2I . Ta có: 2 1 E E = 2 1 n n = 1 2 I I → 2I = 1n . 1I [1.4] Vậy dòng điện 2I phụ thuộc vào nguồn cung cấp điện và phụ thuộc vào số vòng của cuộn cảm ứng. Nhờ có dòng điện Foucault 2I tạo ra một lượng nhiệt đủ lớn để nấu chảy kim loại. Năng lượng điện để nấu chảy kim loại được tính theo công thực : W = 22I . 2 2pi . d. h. 910... −fµρ , ( w ) [1.5] W = 211 ).( In . 2 2pi . d. h. 910... −fµρ ( w ) [1.6] Trong đó : 1n . 1I : gọi là ampe vòng (mm.A) ; d : đướng kính nồi lò chứa liệu kim loại (mm) ; h : chiều cao nồi lò(mm) ; ρ : điện trở suất của kim loại ( m mm2Ω ) ; µ : hệ số từ thẩm của kim loại f : tần số làm việc ( Hz) Khi đưa dòng điện xoay chiều vào cuộn cảm ứng thì lập tức trong kim loại sinh ra dòng điện Foucault rất mạch tạo ra nhiệt lượng lớn để nấu chảy kim loại. Theo [4] năng lượng điện cung cấp để nấu chảy kim loại được tính theo công thức 1.7: P = 211 ).( nI . 2 2pi .d.h. 910... −fµρ [1.7] Trong đó: f - tần số dọng điện chạy qua cuộn cảm ứng Hz; 11 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. 1n - số vang của cuộn cảm ứng ( cuồn sơ cấp ); 1I - cường độ dòng điện qua cuộn cảm ứng; d - đường kính nồi lò chứakim loại, mm; h - chiều cao nồi lò, mm; µ - hệ số từ thẩm của kim loại; ρ - điện trỏ suất xủa kim loại, Ω 2mm /m. Qua công thức trên chúng ta thấy lượng nhiệt cung cấp cho lò tỷ lệ thuận với bình phương ampe vòng. Như vậy lượng nhiệt này phụ thuộc vào số vòng của cuộn dây sơ cấp 1n và cường độ dòng điện cảm ứng 1I và tần số làm việc ở mức tối thiểu. Theo [4] tần số tối thiểu đố được xác định theo công thức 1.8: minf ≥ 2, 5. 910 2d ρ Hz [1.8] Trong đó: d – đường kính nồi lò chứa kim loại, mm; ρ – điện trở suất của kim loại, Ω 2mm /m . Mức độ cảm ứng của khối kim loại chứa trong lò khác nhau, phụ thuộc vào tường vùng, tính chất của liệu và tần số làm việc. Mật độ dòng điện cảm ứng phân bố trong lò không đều. Kim loại sát tường lò, gần cuộn cảm ứng thì có mật độ điện lớn nhất và giảm dần theo chiều hướng vào tâm lò, tức là liệu được chảy nhất ở sát tường lò, còn ở gữa lò là chảy chậm. Trong quá trình nấu luyện thép, khi tăng nhiệt độ thì độ sâu thẩm từ tăng (dưới điểm Quyri t ≤ 0710 c ).Trên thực tế sản xuất thường cho lò đạt nhiệt độ cao rồi mới chất liệu cục to vào lò, đặc biệt nên chất liệu kim loại sát tương lò hết sức chặt, còn ở giữa lò chất vừa đảm bảo liệu được nung chảy đỏ và nấu chảy đều, nhanh. Sau mỗi mẻ thép cần để lại ít thép lỏng trong lò để kích thích độ dẫn từ ( cho phép ). Khi kim loại còn ở trạng thái rắn thì giá trị công suất nhiệt toả ra trong liệu phụ thuộc vào kích thức cục liệu ban đầu đưa vào lò. Theo G.T. Badata thì giá trị công suất toả nhiệt ra trong liệu đạt được cực đại khi kích thước liệu là: 12 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. 1d = 3,5. b ; mm Trong đó: 1d - đường kính cục liệu, mm ; b - độ sấu thấm từ, mm. Kết luận : đường kính nồi lò tỷ lệ nghịch với tần số làm việc, khi tăng tần số làm việc thì phải giảm đường kính nồi lò. Vậy tần số làm việc quyết định dung lượng định mức của lò (tấn/ mẻ) . Về đặc điểm: trong quá trình nấu luyện tải luôn biến động ( khi nhiệt độ thấp µ lớn, khi nhiệt độ cao µ nhỏ và khi đạt đến nhiệt độ Quyri µ = 0; µ là hệ số từ thẩm của liệu ). Khi kim loại bị nấu chảy hoàn toàn có thể xem như tải bị ngắn mạch. Theo tần số làm việc của lò, có thể cia ra làm ba loại: Lò điện cảm ứng tàn số công nghiệp f = 50Hz (hoặc 60Hz), Lò điện cảm tần số trung tần f = 500 ÷ 10.000 Hz và Lò cảm ứng tần số cao tần f = 10.000Hz. + Lò điện cảm ứng tần số công nghiệp: Nhiệt cung cấp cho Lò phụ thuộc chủ yếu vào cường độ dòng điện chạy qua cuộn cảm ứng và hiệu điện thế đặt ở hai đầu cuộn cảm, cho nên chỉ tăng được nhiệt trong giới hạn nhất định vì còn lien quan đến tiêt diện dây dẫn, tăng độ cách điện và công suất máy biến áp Lò. Do đó việc cung cấp nhiệt cho Lò rất chậm, dẫn đến thời gian nấu luyện kéo dài và chi thích hợp để nấu các mác thép các bon cao, kim loại dẽ nóng chảy ( nhiệt độ ≤ 01150 c). + Lò điện cảm ứng cao tần: Nhiệt cung cấp cho Lò với tốc độ nhanh, vì tần số làm việc rất cao nên cảm ứng điện sinh ra trong cuộn cảm ứng Lò sẽ rất lớn. Do đó nhiệt cung cấp co Lò để nấu chảy kim loại rất nhanh. Chính vì thế laọi Lò này phù hợp với các công nghệ tôi các chi tiết dụng cụ má và nấu luyện các mác thép co nhiệt độ nóng chảy cao. + Lò điện cảm ứng trung tần: đây là loại Lò có tần số làm việc nằm trung gian giữa Lò điện cảm ứng tần số công nghiệp và Lò cao tần. Nhiệt lượng cung 13 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. cấp cho Lò để nấu chảy kim loại với tốc độ nhanh, thích hợp với việc luyện các mác thép các bon hoặc các mác thép hợp kim trung bình và cao. Do cấu tạo của Lò, giữa cuộn cảm ứng và liệu chứa trong lò bị ngăn cách bởi bề dầy của nồi lò (là vất liệu chịu lửa), mặt khác cá cuộn cảm có nhiều vòng, vòng nọ cách vòng kia từ 3 ÷ 20 mm, nên tạo nhiều khe hở dẫn tới từ thông bị tổn hao mất bớt năng lượng điện cảm ứng trong lò; do đố hệ số tận dụng công suất điện rất thấp. Vì vậy người ta cần phải nối với tải hệ thống tụ điện để bù cosφ. Hệ thống tụ bù hoặc được mắc nối tiếp hoắc song song, hoặc mắc hỗn hợp (nối tiếp và song song) với cuộn cảm ứng của lò như trinh bầy trên hình 1.2: Hình 1.2…………. Hình 1.2: Sơ đồ các kiểu nối tụ vợi cuộn cảm ứng lò. a) mắc nối tiếp; b + c) mắc song song; d) mắc nối tiếp – song song. Theo [4] hệ số tận dụng công suất của các lò cảm ứng khi chưa nối tụ điện như sau: - Tần số 50Hz thì cosφ = 0,1 ÷ 0,12; - Tần số 500 – 3.000 Hz thì cosφ = 0,2 ÷ 0,22; - Tần số 4.000 – 10.000 Hz thì cosφ = 0,25 ÷ 0,28. Từ các công thức (1.1), (1.3) thấy rằng năng lược điện biến thành nhiệt năng để nung chảy kim loại tỷ lệ thuật với bình phương cường độ dòng điện trong cuộn cảm ứng. Để nung chảy kim loại nhanh cần thiết dòng điện lớn đến hang nghìn, thậm chí hang trục nghìn ampe; đây là khó khăn trong việc cấp dòng điện cho tải từ nguồn. Để khắc phục người ta cho các mạch L – C làm việc ở chế độ cộng hưởng hoặc gần cộng hưởng. Chọn kiểu cộng hưởng chủ yếu ảnh hưởng đến dòng 14 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. – áp cần từ nguồn. Vấn đề đặt ra là cần phải cấp dòng – áp ở mước độ phù hợp, không nên để áp quá thấp dòng quá cao hoặc ngược lại áp quá cao trong khi dòng quá thấp. Nếu mắc nối tiếp tụ điện với cuộn cảm ứng Lò (hình 1.2a) cho ta chế độ cổng hưởng điện áp, khi đó thì điện áp trên L và C băng nhau về biên độ nhưng ngựơc pha nhau, dòng điện trong mạch đạt cực đại. Dòng điện cần cung cấp rất lớn trong khi áp lại nhỏ. Nếu mắc song song tụ điện với cuộn cảm ứng của Lò (hình 1.2b) cho ta chế độ cộng hưởng dòng điện, khi đó dòng điện trên L và C bằng nhau về biên độ nhưng ngược pha nên giảm được dòng điện cung cấp. Với các Lò nấu thép người ta không dung cách ghép tụ nối tiếp, mà dung phương pháp ghép tụ bù song song với cuộn cảm ứng Lò. Với cách nối này cho ta chế độ cộng hưởng dòng điện, nhờ đó giảm được dòng điện cấp từ nguồn. Sơ đồ hình 1.2 c là dạng cộng hưởng hỗn hợp (trung gian giữa nối tiếp và song song) khi đó dòng điện không quá cao mà điện áp không quá thấp. Trong thực tế người ta nối theo sơ đồ hình 1.2 b với các Lò cảm úng có P ≤ 160 kw; còn đối với các Lò cảm ứng có P ≥ 160 kw thì người ta mắc theo sơ đồ hình 1.2c Trong mạch L – C song song tần số cộng hưởng được xác định theo công thức sau: 0ω = LC 1 [ 1.9] Trong đó: 0ω - tần số góc của dòng điện cộng hưởng, radian ( 0ω = 2π 0f ); L - hệ số tự cảm, henri; C - điện dung tụ điện, faraday; 0f - tần số dòng điện cộng hưởng, Hz. Do đó điện dung của bộ tụ điện là: 15 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. C = Lf ..4 1 2 0 2pi [ 1.10] Trước đây Lò nấu thép trung tần được xây dựng theo nguyên lý máy phát động cơ. Trong đó máy phát trung tần được quay bởi động cơ không đồng bộ ba pha. Sơ đồ khối chức năng Lò cảm ứng trung tần dung máy phát - động cơ được trình bầy trên hình 1.3. Hình 1.3…………. Hình 1.3 Sơ đồ khối chức năng Lò cảm ứng trung tần dung máy phát - động cơ Đầu ra của máy phát được nối với cuộn cảm ứng và tụ điện bù. Hệ thống tụ bù được chia thành hai phần; phần thứ nhất được nối cố định với cuộn cảm ứng, phần còn lại được điều khiển nối vào cuộn cảm ứng nhờ hệ thống công tắc tơ, tuỳ theo mức độ liệu kim loại/mẻ trong quá trình nấu luyện. Mô hình Lò cảm ứng trung tần dùng máy phát - động cơ có nhược điểm là tiếng ồn lớn, các bộ phận của máy phát làm việc dễ phát sinh hỏng hóc; Tần số máy phát phát ra dao động trong phạm vi hẹp nên việc điều chỉnh công suất để đảm bảo đạt hiệu quả cao trong từng giai đoạn nâu luyện là khó khăn. Mặt khác khi máy phát điện khởi động dòng điện khởi động của động cơ điện kéo máy phát thường gấp 5 ÷ 7 lần dòng điện định mức vì vậy công suất nguồn điện cần phải lớn hơn định mức nhiều, dẫn đến chi phí đầu tư tăng. 16 GV hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thuấn Đồ án tốt nghiệp Lớp: TBĐ-ĐT 3. Ngày nay nhờ các thành tựu của kỹ thuật biến đổi điện năng, điện tử công suất, kỹ thuật điều khiển…vv, Lò nấu thép cảm ứng trung tần được xây dựng dựa trên cơ sở các biến tần bán dẫn. Sơ đồ khối chức năng lò cảm ứng trung tần dùng bán dẫn công suất được trình bầy trên hình H1.4: ………………………H1.4 Hình 1.4 Sơ đồ khối chức năng lò nấu thép dung bán dẫn công suất Bộ biến tần gồm hai khối cơ bản là chỉnh lưu và nghịch lưu với chứa năng và nhiệm vụ như sau: + Chỉnh lưu: có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện xoay chiều ba pha tần số công nghiệp thành nguồn điện một chiều để cấp cho nghịch lưu. + Nghịch lưu