Đồ án: Điện Tử Công Suất
Đồ án môn
Môn: Điện tử công suất
Lớp: Đ5_CNTĐ
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thanh Nam
Trần Văn Nam
Giáo viên hướng dẫn: thầy Chu Đức Toàn
Đề tài: Thiết kế mạch chỉnh lưu điều khiển động cơ nâng hạ điện cực lò hồ quang
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
1
Đồ án: Điện Tử Công Suất

Mục lục
2
Lời nói đầu
3
Phần I: 

I. Lịch sử ra đời lò hồ quang điện

6
II. Công dụng

6
III. Phân loại

7
IV. Công nghệ luyện thép trong lò điện hồ quang

8

I. Nguyên tắc chung của mạch điều khiển

34
II. Yêu cầu mạch điều khiển chỉnh lưu

34
III. Thiết kế mạch điều khiển

35
Kết luận
48
Tài liệu tham khảo
49
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
3
Đồ án: Điện Tử Công Suất
 !"
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 phẩm của ngành luôn có 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 phổ biến với ưu điểm là đơn giản dễ tạo ra các loại thép có chất lượng
mong muốn.
Chất lượng thép là đại lượng phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố trong đó phụ thuộc
phần lớn vào công suất cấp cho lò và sự phân bố nhiệt hay nhiệt đọ trong nồi lò.
Điều chỉnh công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra
của biến áp lò hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực để thay đổi chiều dài ngọn lửa hồ
quang và như vậy sẽ thay được điện áp hồ quang, dòng điện hồ quang và công suất tác
dụng của hồ quang.
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp máy tính và thiết bị

I. %&'()*+, &/+01'234+56,.75
Chiếc lò hồ quang đầu tiên được phát triển bởi một người Pháp. Sau đó được xây dựng
theo qui mô công nghiệp hàng loạt ở Mỹ vào năm 1907. Vào lúc đó thép lò hồ quang vẫn
là một tên loại đặc biệt dùng làm dụng cụ cơ khí và lo xo. Lò hồ quang cũng dùng để sản
xuất đất đèn dùng cho đèn xì.Vào thế kỉ 19 có một vài người đi tiên phong xây dựng lò
hồ quang để nấu thép. Humphry Davy dẫn ra mô hình lò thực nghệm. Sau đó công nghệ
hàn được Pepys tìm ra năm 1815. Pinchon thử xây lò nhiệt điện vào năm 1853, và vào
những năm 1878-79 William Siemens sáng chế ra phần điện của lò hồ quang.
II. 8569:56
Lò hồ quang là một loại lò điện mà quá trình biến đổi điện năng thành nhiệt năng
thông qua ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa điện cực với kim loại để nấu
chảy kim loại.
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
7
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Lò điện hồ quang được sử dụng chủ yếu để nấu chảy kim loại, thường được sử dụng
để nấu thép hợp kim chất lượng cao.
III. #';50<=.
'><9156,.75()9:56
- Lò hồ quang một chiều
- Lò hồ quang xoay chiều
+ Lò hồ quang 1 pha
+ Lò hồ quang 3 pha
? '><&@&'A'@B(.5'CD94EB*F'234+56
- Lò nung gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa 2 cực grafif và than được dùng để
nấu chảy kim loại.
- Lò nung trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa điện cực và kim loại được dùng để
nấu chảy kim loại.
'><,G&,.HI&'JB0.74CD<01
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ

- Giai đoạn hoàn nguyên:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
9
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Giai đoạn hoàn nguyên chỉ duy nhất luyện trong lò điện hồ quang mới có còn trong các
lò khác không có. Mục đích của giai đoạn này là khử S nến cần, sau đó khử O và hợp kim
hóa, đồng thời nâng nhiệt độ thép lỏng. cuối giai đoạn hoàn nguyên cho Si và Mn vào để
đạt hàm lượng yêu cầu của mác thép. Sau khi ra thép chờ lắng 3 5 phút, đồng thời để tạp
chất nổi lên và tăng sự đồng đều thành phần mới tiến hành rót khuôn.
V. VWUX
YZ425601$buồng lò gồm ba phần: đáy lò, thân lò, nóc lò.
Đáy lò: làm nhiệm vụ chứa kim loại và xỉ. phần trên đáy lò có dạng hình côn, góc
nghiêng 45 độ, phần dưới có dạng chỏm cầu; chiều dày để xây đáy lò thường từ 650
700mm.
Tường lò: tạo không gian chứa liệu, đồng thời tạo lực tác dụng của nóc lò. Chiều
dày tường lò thường từ 350 700mm.
Nóc lò: có dạng hình chỏm cầu, xây bằng ghạch crom-mandehit hoặc bằng gạch
dinat, chiều dày khoảng 300mm. Ở nóc lò khi xây chừa 3 lỗ trống để đặt 3 điện cực. Các
kích thước cơ bản của buồng lò: thường khi thiết kế lò, số liệu ban đầu là công suất lò, từ
đó có thể tính được khối lượng của mẻ kim loại nấu, thể tích của kim loại và xỉ. Trên cơ
sở đó, xác định dung tích nồi lò và các kích thước cơ bản của buồng lò.
Y'.NBM%56'.[5601$
Đối với lò điện hồ quang ra thép bên máng hoặc bên hông, khi ra thép phải
nghiêng lò, để nghiêng lò ta có thể dùng cơ cấu khí hoặc thủy lực.
Y'.NBM%5;56'=,.75&L&$
Trong quá trình nấu luyện, mức kim loại dưới điện cực thay đổi, điện cực bị mòn
dần…để duy trì hồ quang cháy ổn định, ba điện cực của lò phải chuyển động lên xuống
phù hợp. Thiết bị nâng hạ điện cực làm nhiệm vụ điều chỉnh điện cực trong suốt quá trình
nấu luyện, đảm bảo khoảng cách giữa điện cực và kim loại hoặc xỉ duy trì đúng theo yêu
cầu.

5. Bộ phận đo áp máy biến áp
6. Đồng hồ đo và rơle bảo vệ
7. Cuộn cảm
8. Máy biến áp
9. Máy biến áp
10. Cầu dao đổi điện áp
11. Đồng hồ đo, thiết bị bảo vệ và tự động điều chỉnh điện cực
12. Điện cực
13. Kim loại
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
12
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Y.75&L&$
Cấu tạo điện cực
1. Than điện cực
2. Đầu nối
Điện cực làm nhiệm vụ gây hồ quang điện, có 3 loại:
1. Điện cực tự thiêu
2. Điện cực cacbon
3. Điện cực grafit.
Điện cực được chế tạo dạng hình trụ, đầu cuối có phần lắp đầu nối hình trụ hoặc hình
côn có ren.
VI. \]WU
- Trong một chu trình nấu luyện của lò hồ quang, trong mỗi giai đoạn, công suất 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. Ngoài ra, điều chỉnh công
suất lò trong toàn chu trình nấu luyện hợp lý cho phép:
+ Giảm thời gian nấu thép
+ Nâng cao công suất của lò
+ Giảm chi phí điện năng

chỉnh không quá ()% trong khi nấu chảy và ()% trong các giai đoạn khác.
2) 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 cacbon
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 (5 6) m/ph (khi truyền động thủy lực). Dòng điện hồ quang càng lệch xa vị
trí đặt thì tốc độ dịch cực càng nhanh.
3) 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
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
14
Đồ án: Điện Tử Công Suất
đổi tính đối xứng. Yêu cầu này càng gần đối với lò 3 pha không có dây trung
tính. Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá hủy sẽ dẫn đến phá hủy 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.
4) Thay đổi công suất lò trơn trong giai đoạn 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 như
nâng điện cực trước khi chất liệu vào lò) và ngược lại, chuyển nhanh về chế độ
điều khiển tự động.
5) 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.
6) Dùng mọi điện cực khi mất điện lưới.
Như vậy với nguồn cấp 3 pha 380V xoay chiều ta có thể thiết kế bộ biến đổi công
suất bằng:
1. Điều áp xoay chiều 3 pha, cũng có thể dùng điều áp xoay chiều 1 pha để đấu nối
tiếp với từng pha của phụ tải.

pháp: Thay đổi điện áp phần ứng, thay đổi điện trở phụ mạch phần ứng, thay đổi từ
thông. Có điều chỉnh vô cấp giải điều chỉnh rộng, hãm và đảo chiều dễ dàng. Trong
động cơ một chiều thì động cơ một chiều kích từ độc lập có thể thay đổi dòng kích
từ để điều chỉnh tốc độ lên trên tốc độ định mức, không phụ thuộc vào điến áp phần
ứng.
3. Nhận xét:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
16
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Qua việc phân tích trên ta thấy rằng với yêu cầu động cơ dịch điện cực thì
động cơ một chiều hoàn toàn đáp ứng được và có nhiều ưu điểm hơn sơ với động cơ
xoay chiều do có:
- Mô men mở máy lớn hơn
- Mở máy dễ dàng
- Dải điều chỉnh rộng và có thể vô cấp dễ tự động hóa.
Do đó ta chọn ,_56&`I_B&'.a4bO&'Bc,_&0dA để truyền động cho điện cực
là hợp yêu cầu.
II. L+&'^5A'e`56@5(`,2M_M.N5,f.
Từ yêu cầu ta suy ra mạch chỉnh lưu phải là chỉnh lưu có điều khiển. Công suất của lò
hồ quang lớn, nguồn điện sử dụng là nguồn 3 pha nên chúng ta dùng chỉnh lưu điều khiển
3 pha (nếu dùng chỉnh lưu điều khiển 1 pha công suất tải lớn sẽ làm giảm chất lượng lưới
điện).
Ta có các phương án sau:
1. Chỉnh lưu hình tia 3 pha
2. Chỉnh lưu cầu 3 pha
3. Các mạch điều áp xoay chiều 3 pha: thường sử dụng điều áp xoay chiều dùng 6
Thyristor đấu song song ngược.
Chúng ta sẽ tìm hiểu từng phương án, rút ra nhận xét rồi đưa ra kết luận.
1. FI'.H4Ca(`,2&'g5'0e4'F5'B.+A'+
Sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha có điều khiển

19
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Sơ đồ nguyên lý của chỉnh lưu hình cầu 3 pha
Dạng điện áp tải, điện áp chỉnh lưu và dòng điện trên Van
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
20
Đồ án: Điện Tử Công Suất
Góc điều khiển = = = = = = với = 30
+ Với góc 60 thì =2,34
+ Với góc 60 thì = sin =
+ Dòng điện trung bình trên Van: =
+ Điện áp ngược trên Van : = .
'd5hQB$
• i4,.HI
+ Chất lượng điện áp cao.
+ Dòng chỉnh lưu bằng phẳng hơn.
+ Thích hợp với điện áp lớn hơn.
+ Có khả năng chịu quá tải tốt.
• 'ej&,.HI
+ Số lượng Van cần nhiều hơn.
+ Điều khiển mở các Van cũng phức tạp hơn và cần đến 6 kênh điều khiển và cần
có mạch gửi xung.
2.1. 'g5'0e4&k4A'+M@5,.a4b'.H5
• Sơ đồ nguyên lý:
• Dạng điện áp và dòng điện:
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
21
Đồ án: Điện Tử Công Suất
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
22

= I
d
/3
• Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
- Ưu điểm: + Mạch điều khiển đơn giản.
+ Hệ số cos lớn.
- Nhược điểm: + Không hoàn trả năng lượng về nguồn được khi 2 van thẳng
hàng cùng dẫn điện.
+ Chất lượng điện áp thấp, hệ số đập mạch nhỏ (m= 3) nên yêu
cầu về bộ lọc.
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
23
Đồ án: Điện Tử Công Suất
+ Làm lệch pha lưới điện khi thay đổi góc điều khiển.
2.2. 'g5'0e4&k4A'+,.a4b'.H5'<D5B<D5
• Sơ đồ nguyên lý:
• Dạng điện áp và dòng điện
=2 sin
=2 sin - 2/3)
=2 sin( – 4/3)
• Hoạt động của sơ đồ:
Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua = ; =
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
24
Đồ án: Điện Tử Công Suất
- Khi = + cho xung điều khiển mở T1. Thyristor này mở vì > 0. Sự mở của T1
làm cho T5 bị khóa lại một cách tự nhiên vì > . Lúc này T6 và T1 cho dòng đi qua.
Lúc này điện áp ra trên tải = = - .
- Khi = + cho xung điều khiển mở T2. Thyristor này mở vì T6 dẫn dòng, nó đặt
lên katot T2 mà > . Sự mở của T2 làm cho T6 khóa lại một cách tự nhiên vì > .

+ Dòng điện máy biến áp đối xứng khi thay đổi góc điều khiển.
- Nhược điểm:
+ Mạch điều khiển phức tạp nhưng có thể khắc phục được.
+ Dải điều chỉnh U
d
hẹp.
3. FI'.H4Ca&@&I=&',.a4@Ah<+E&'.a4lB.+mA'+n
SVTH: Nguyễn Thanh Nam - Trần Văn Nam – Đ5CNTĐ
25

Trích đoạn PHẦN III: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Khâu tạo điện áp tựa

---