Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HOÁ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN
ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG NẤU THÉP.

Giáo viên hướng dẫn : Th.S Trần Xuân Minh
Sinh viên thiết kế : Nguyễn Thị Mỹ
Hiền.
Líp : K34IC.
Ngày giao đề tài : .
Ngày hoàn thành : 
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
1
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
PHẦN I
Giới thiệu công nghệ lò hồ quang và đặc điểm yêu
cầu của hệ thống truyền động nâng hạ điện cực của
lò
♣1: GIỚI THIỆU CHUNG
I. Công dụng
Lò hồ quang (HQ) là một loại lò điện mà quá trình biến đổi điện năng
thành nhiệt năng thông qua ngọn lửa HQ xuất hiện giữa các điện cực với kim
loại được gia nhiệt.
Lò HQ được sử dụng chủ yếu để nấu chảy kim loại, thường được sử dụng
để nấu thép hợp kim chất lượng cao.
II. Phân loại
Có rất nhiều cách phân loại
* Phân loại theo dòng điện cấp cho lò

chu trình của lò HQ luyện thép
Với lò HQ luyện thép thường được thiết kế ở dạng lò HQ nung nóng trực
tiếp và một chu trình làm việc của lò có thể được chia thành 3 giai đoạn với mỗi
một số đặc điểm sau:
* Giai đoạn 1:
- Là giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại. Đây là giai đoạn thực
hiện qúa trình gia nhiệt để nhiệt độ của khối nguyên liệu trong lò tăng đến nhiệt
độ nóng chảy và nguyên liệu chuyển sang dạng lỏng.
- Giai đoạn này chiếm khoảng thời gian bằng 50 - 60% thời gian 1chu
trình nấu luyện. Trong giai đoạn này điện năng cấp cho lò chiếm từ 60 - 80%
năng lượng điện cấp cho 1 chu trình. Yêu cầu HQ đạt giá trị lớn nhất.
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
3
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
- Do đặc điểm của giai đoạn này là sự biến động nhiều của bề mặt khối
nguyên liệu trong lò nên thường hay xảy ra 1 số lần mất HQ và ngắt mạch.
* Giai đoạn 2: Giai đoạn oxy hoá và hoàn nguyên
- Giai đoạn này có thể chia thành 2 giai đoạn nhỏ
+ Giai đoạn này người ta cấp nhiệt cho khối kim loại lỏng để thực hiện
quá trình oxy hoá cácbon cũng như các hợp chất của lơu huỳnh, phốt pho. Do
việc oxy hoá cácbon sinh ra 1 nhiệt lượng tương đối lớn, cho nên trong giai đoạn
này công suất HQ chỉ cần 60% công suất giai đoạn 1. Còng do việc oxy hoá
cácbon gây nên hiện tượng sôi rất mạnh của kim loại nên cũng dễ xảy ra một số
làn ngắn mạch, HQ ở giai đoạn này cũng yêu cầu duy trì tương đối ổn đinh.
+ Giai đoạn trước khi cho thép ra lò. Trong giai đoạn này tiếp tục quá
trình khử các hợp chất của lưu huỳnh, của oxy giảm dần nhiệt độ hợp kim hoá
kim loại. Nhiệt năng cấp cho lò ở giai đoạn này cần tương đối Ýt. Công suất của
HQ chỉ bằng cỡ 30% công suất của giai đoạn 1 và cũng yêu cầu HQ phải ổn
định.

chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy cắt 1MC cũng dùng
để đóng cắt mạch lực dưới tải.
Cuộn kháng K dùng hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn
định sự cháy của HQ. Khi bắt đầu nấu luyện xảy ra ngắn mạch làm việc, máy cắt
2MC mở ra để cuộn kháng K tham gia vào mạch, hạn chế đóng mạch. Khi
nguyên liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để
ngắn mạch cuộn kháng. ở giai đoạn hoàn nguyên, công suất lò yêu cầu cần Ýt
hơn thì 2MC lại mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất cấp
cho lò.
Với lò HQ công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K. Việc ổn
định HQ và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của sơ
đồ lò đảm nhiệm.
Sơ đồ điện lò hồ quang dung lượng dưới 20T (H.1.3)
Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp. Việc đổi nối cuộn sơ
cấp thành hình ∆ hay hình sao thực hiện nhờ các máy cắt 3MC, 4MC. Cuộn thứ
cấp của BAL nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn “MN” không phân
nhánh, không có mối hàn.
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
5
 :;,<1=,>
?@$:A'
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
Phí sơ cấp BAL có đặt Rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuộn ngắt
máy cắt 1MC. Rơle này có duy trì thời gian. Thời gian duy trì này giảm khi bội
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
6

BC



O

PO

M

M

M

*

*

PO

PO

PO

OB

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
Số quá tải dòng tăng. Nhờ vậy 1MC ngắt mạch lực của lò khi chỉ có ngắn
mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý được. Với ngắn
mạch làm việc trong thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mà chỉ có tín
hiệu đều và chuông. Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra 
vôn kế, ampe kế, công tơ điện, pha kế Phía thức cấp cũng có các máy biến

=
ϕ
cos
sdnc
kt
W
[KVA]
Trong đó:
T
nc
: Thời gian nóng chảy (trừ lúc dừng lò)
K
sd
: hệ số sử dụng công suất BAL trong giai đoạn nấu chảy
cosϕ: hệ số công suất của thiết bị là HQ
W: năng lượng hữa Ých và tổn hao nhiệt trong thời gian nấu chảy
và dừng là giữa 2 mẻ nấu (KWh)
W= w.G
Trong đó:
G: khối lượng kim loại nấu (T)
w: suất chi phí điện năng để nấu chảy suất chi phí điện năng giảm
đối với là có dung lượng lớn
Thường W = (400÷600) KWh/T
Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu đến
khi kết thúc việc nấu chảy. Thường thì thời gian này từ (1÷3) h tuỳ dung lượng
lò. Hệ số sử dụng công suất BAL thường là 0,8 ÷0,9 gây ra do sử dụng không
đầy đủ công suất BAL, do biến động các thông số của lò, do hệ tự động điều
chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha Hiện nay, công suất
BAL ngày càng có xu hướng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy.
Cuộn thứ cấp BAL thường nối ∆ vì dòng ngắn mạch được phân ra 2 pha

Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
9
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
- Điều chỉnh có cấp bằng cách thay đổi có cấp điện áp bên cuộn thứ cấp
máy BAL nhờ việc thay đổi điểm đấu phân áp hoặc cách đấu dây cuộn sơ cấp
- Điều chỉnh trơn hoặc bằng cách thay đổi chiều dài HQ (khoảng cách từ
bề mặt điện cực đến kim loaị) nhờ hệ thống truyền động dịch chuyển điện cực.
III. Ổn định công suất
Ổn định chiều dài HQ nhờ hệ truyền động dịch điều cực
Đ 5. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG DỊCH
ĐIỆN CỰC LÒ HQ NUNG NÓNG TRỰC TIẾP CÁC
PHƯƠNG PHÁP KHỐNG CHẾ HỆ THỐNG TĐĐ
I. Các yêu cầu
1. Đủ độ nhạy để đảm bảo sự làm việc của lò duy trì được dòng điện HQ
không sai lệch khoảng (4÷5)% giá trị đặt và có 1 vùng không nhạy phù hợp, ở
giai đoạn đầu: ±(3÷6)%, giai đoạn 2: ±2%.
2. Tác động nhanh, loại trừ ngắn mạch làm vỉa và đứt HQ với thời gian từ
(1,5÷3)s
3. Thời gian điều chỉnh nhỏ
4. Hạn chế đều mức tối đa dịch điện cực không cần thiết đặc biệt đối với
lò HQ nhiều pha, hệ thống truyền động của điện cực phải độc lập.
5. Có khả năng điều chỉnh trơn công suất HQ từ (20 - 125%) công suất
định mức với sai số không được quá 5%.
6. Có thể chuyển đổi nhanh chế độ điều khiển từ tự động sang bằng tay và
ngược lại.
7. Tự mồi HQ khi bắt đầu làm việc và khi đang làm việc xảy ra mất HQ
hoặc ngắn mạch.
8. Dừng tất cả các điện cực khi mất điện lưới.
II. Các phương pháp khống chế hệ truyền động dịch điện cực.

= U
hq0
; I
hq
= I
hq0
⇒
0
0
hq
hq
I
U
= Z
hq0
Z
hq0
: Tổng trở đặt vùng HQ
U
kc
= 0
a.I
hq0
= bU
hq0
⇒
a
b
I
U

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
Khi Z
hq
> Z
hq0
: U
kc
> 0: Hạ điện cực
Do khi làm việc bình thường (trừ ngắn mạch) thì R
hq
> R
ng
nên R
hq
giảm
dẫn đến P
hq
tăng
Muốn điều chỉnh tăng công suất HQ thì giảm Z
hq
làm cho chiều dài HQ
giảm.
Phần II
THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG
TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC
LÒ HỒ QUANG
♣1. GIỚI THIỆU CHUNG
Các lò HQ nấu luyện kim loại đều có hệ thống điều chỉnh tự động việc
dịch điện cực vì nó có cho phép giảm thời gian nấu luyện, nâng cao năng suất




Hình 2.1- Sơ đồ chức năng hệ điều chỉnh công suất lò HQ
Hệ gồm đối tượng điều chỉnh 6 (lò HQ) và bộ điều chỉnh vi sai. Bộ điều
chỉnh gồm các phần tử cảm biến dòng 1 và áp 1’, phần tử so sánh 3, bộ khuyếch
đại 4, cơ cấu chấp hành 5 và thiết bị đặt 2. Trên phần tử so sánh có 2 tín hiệu từ
đối tượng điều chỉnh tới (tương ứng tỉ lệ với dòng và áp HQ) và một tín hiệu từ
thiết đặt tới. Tín hiệu sai lệch từ phần tử so sánh được khuyếch đại qua bộ
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
13
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
khuyếch đại 4 rồi tới cơ cấu chấp hành 5 để dịch cực theo hướng giảm sai lệch.
Để hoàn thiện đặc tính động của hệ, nâng cao chất lượng điều chỉnh, thường sơ
đồ còn có các phản hồi về tốc độ dịch cực, về tốc độ thay đổi dòng áp hồ
quang Trong sơ đồ này cũng có thể có các phần tử chương trình hoá, máy
tính
♣3. SỰ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
I. Giới thiệu chung
Có nhiều hệ thống truyền động dịch điện cực lò HQ  hệ thống truyền
động dùng máy điện khuyếch đại, khuyếch đại từ, Thysistor, thuỷ lực, ly hợp
điện từ. Công nghệ luyện thép đòi hỏi những yêu cầu khác nhau về hệ thống
truyền động và cũng phải phù hợp với tình hình thực tế, điều kiện kinh tế của
từng khu vực, từng công ty. Trong khuôn khổ một đồ án tốt nghiệp chuyên
ngành điện tự động hoá, em đi sâu vào nghiên cứu, lựa chọn phương án truyền
động sử dụng hệ thống điện. Dưới đây là 2 phương pháp truyền động dịch điện
cực bằng điện là hệ thống truyền động dùng máy điện khuyếch đại và hệ thống
truyền động dùng Thysistor.
II. Phân tích một số phương án truyền động

OO
OV


"


O O
W



"


U
'
O O
Q

'
QU
UV
U
UV
X
Y
UM
U'
U'

CFA: Cuộn phản hồi âm áp, sử dụng làm nhiệm vụ phản hồi âm áp mạch
phần ứng động cơ.
* Mạch khống chế
Ngoài các cuộn dây kích từ của MĐKĐ trong sơ đồ của hệ thống truyền
động này, mạch khống chế còn có:
- Khâu lấy tín hiệu tỉ lệ với điện áp HQ gồm có cầu dao 2CD, cầu chì CC,
điện trở 2R, các tiếp điểm 1K, 2K, bộ chỉnh lưu hình cầu 1 pha không điều
khiển 2CL.
Chiết áp 4R
Phần điện áp một chiều giữa điểm nối chung của 4R, 5R và con trượt 4R
tỉ lệ với giá trị hiệu dụng của điện áp vùng HQ và được ký hiệu là bU
hq
- Khâu lấy tín hiệu tỉ lệ với dòng BD gồm máy biến dòng HQ, cầu dao
1CD, biến trở 1R, Máy biến áp 1BA, bộ chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển
1CL.
Chiết áp 5R.
Giữa điểm nối chung 4R & 5R và con trượt của 5R ta lấy ra điện áp một
chiều tỉ lệ với giá trị hiệu dụng dòng điện HQ và ký hiệu là aI
hq
Mắc nối tiếp với 5R ở trong đầu ra của 1CL có cuộn dây của Rơle dòng
điện RD mà tiếp điểm của nó mắc song song với điện trở 3R
Để điều khiển các chế độ làm việc bằng tay, tự động người ta sử dụng
công tắc quay
TĐ: Tự động
N & H: Nâng hạ bằng tay và 1 vị trí dừng
Ngoài ra mạch khống chế còn có các điện trở 7R, 10R, 9R. Cuộn dây
Rơle điện áp RA và Rơle thời gian R
th
. Các điốt 3CL và 4CL để cung cấp điện
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp

a
b
)
⇒ U
kc
= 0
MĐKĐ không được cấp kích thích cho nên suất điện động của nó bằng
không.
+) Khi Z
hq
< Z
hq0
, tức là điện cực gần kim loại hơn so với khoảng cách đặt
dẫn đến dòng HQ tăng làm cho điện áp vùng HQ sẽ giảm
bU
hq
< bU
hq0
; aI
hq
> aI
hq0
⇒ U
kc
= aI
hq
- bU
hq
< 0
Cuộn CĐC1 được cấp điện dẫn đến MĐKĐ được kích thích phát ra một

hq
= Z
hq0
→ U
kc
= 0
* Loại trừ ngắn mạch làm việc.
Khi lò đang làm việc, nếu xảy ra ngắn mạch U
hq
giảm bằng 0, I
hq
tăng rất
lớn dẫn đến aU
hq
= 0 và bI
hq
rất lớn làm cho U
kc
sẽ rất âm. Mặt khác, do điện áp
đầu ra bộ chỉnh lưu 1CL lớn nên dòng qua cuộn RD đạt giá trị tác động đóng
tiếp điểm RD mắc song song với 3R làm cho cuộn CĐC1 có giá trị rất lớn. S.đ.đ
MĐKĐ sẽ có giá trị lớn và cực tính làm cho động cơ quay theo chiều nâng điện
cực, động cơ sẽ thực hiện tách điện cực ra khái kim loại và nâng nhanh điện cực
lên, HQ lại xuất hiện.
Mặt khác, với cực tính của điện áp trên động cơ như đẫ giới thiệu ở trên
sơ dồ thì dòng điện đi qua cuộn dây CFA phải đi qua 7R làm cho hệ thống sẽ
phản hồi âm áp nhỏ hơn trường hợp động cơ quay theo chiều hạ, dẫn đến làm
tăng giá trị s.đ.đ MĐKĐ làm tăng tốc độ nâng. Đồng thời với cực tính của điện
áp RA sẽ tác động làm mở tiếp điểm RA thường kín trong mạch cuộn dây Rơle
trung gian R

2
(điện áp không tải cuộn thứ cấp MBA) còn I
hq
=0→U
kc
>
0 và có giá trị lớn nhất, điện cực sẽ được hạ xuống với tốc độ nhanh nhất theo
chiều hạ. Khi điện cực tiếp xúc với kim loại xảy ra hiện tượng ngắn mạch → U
hq
giảm bằng 0, còn I
hq
tăng rất lớn, U
kc
đổi chiều và có giá trị lớn nhất làm cho
s.đ.đ MĐKĐ đổi chiều, động cơ sẽ đổi chiều quay thực hiện quá trình loại trừ
ngắn mạch xuất hiện HQ (Nguyên lý làm việc của giai đoạn này như đã giới
thiệu ở phần loại trừ ngắn mạch làm việc phần trên).
* Khống chế bằng tay quá trình dịch điện cực.
Trong trường hợp này, khi cần nâng ta để công tắc điều khiển ở vị trí N,
khi cần hạ ta để công tắc ở vị trí H. Nguồn điện một chiều đặt lên chiết áp 6R,
động cơ thực hiện nâng hoặc hạ điện cực. Điều khiển tốc độ nâng hạ nhờ con
trượt của 6R (tăng tốc độ thì con trượt giảm).
* Điều chỉnh công suất lò nhờ tác động vào hệ thống truyền động dịch
điện cực.
Muốn tăng P
hq
thì cần giảm Z
hq0
và ngược lại
Z


U

U


U

KKN
"[

B

Z\ B

Z\

" B'

O

U

P

B'P


2
, T
3
(sơ đồ thuận) và T
4
, T
5
, T
6
,
các cuộn kháng cân bằng CB1, CB2, là bộ phận biến đổi đảo dòng điều khiển
phối hợp tuyến tính được dùng để cấp điện cho động cơ M.
AB: Là áptomat dùng để đóng cắt và bảo vệ cho phần mạch lực.
* Phần mạch khống chế (điều khiển)
Gồm 2 bộ phát xung điều khiển FX1 và FX2 để tạo ra các xung điều
khiển cho 2 sơ đồ thuận và ngược, KĐ & ĐK là bộ phận khuyếch đại và xử lý
các tín hiệu điều khiển của hệ truyền động.
Khâu tạo điện áp tỉ lệ với điện áp HQ gồm 1R & bộ công tắc nối với 1R,
máy biến áp 2BA, bộ chỉnh lưu cầu 1 pha 2CL, tụ điện 2C và chiết áp 3R.
Khâu tạo tín hiệu tỉ lệ với giá trị hiệu dụng của dòng HQ gồm máy biến
dòng BP, máy biến áp 1BA, bộ chỉnh lưu cầu 1 pha 1CL, tô 1C, chiết áp 2R.
Các chiết áp P
1
, P
2
và nguồn một chiều là các phần tử của khâu không nhạy
(khâu có vùng chết)
Bộ phận lấy tín hiệu tỉ lệ với điện áp động cơ (phản hồi âm điện áp) gồm
chiết áp 4R, 4R tụ điện 3C, Điot D & Điot ổn áp D
Z

, R
2
và điểm con trượt của R
1
(đầu Anot của D
1
)
→ Chưa có tín điện áp đến đầu vào KĐ.
Khi U
kc
- αU < 0 và U
kc
- αU > -
∆
U
Mà
UUU
kc
∆<−
α
thì cũng chưa có điện áp vào bộ ĐK
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
23
d
1
r
v
_
+
u

∆≤≤
: α
1
= α
2
=
2
π
: Động cơ không quay
Nếu xảy ra góc sai lệch lớn, khoảng cách điện cực ví dụ qúa xa →Xuất
hiện điện áp vào bộ KĐ. U
VKĐ
> 0 →α
1
< 90
0
. Sơ đồ thuận làm việc ở chế độ
chỉnh lưu, → động cơ được cấp điện áp và quay theo chiều hạ điện cực để giảm
sai lệch →U
KC
- αU sẽ giảm dần và khi hiện số điện áp này bằng hoặc nhỏ hơn
∆U thì điện áp vào bộ KĐ bằng 0 → α
1
= α
2
= 90
0
→ Động cơ ngừng quay.
Trường hợp ngược lại khi điện cực quá gần bề mặt kim loại →U
KC

làm việc, điện áp phản hồi âm điện áp lấy trên chiết áp 5R sẽ có
giá trị không đổi→ bộ KĐ sẽ bị bão hoà. Tín hiệu đầu ra của bộ KĐ có giá trị
lớn nhất, góc điều khiển của 2 sơ đồ đạt giá trị nhỏ nhất làm cho động cơ được
cấp điện áp lớn nhất theo chiều nâng và tốc độ nâng là nhanh nhất. Quá trình
này sẽ tồn tại cho đến khi một giá trị nhất định, lúc đó, điện áp trên phần ứng
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
24
Đồ án tốt nghiệp Bộ môn Tự động
hoá
động cơ đưa qua 4R đến khâu lấy tín hiệu phản hồi không còn làm việc cho D
Z
làm việc.
c. Đặc tính tính của động cơ dịch cực.
Đặc tính  hình 2.5 cho khả năng loại
trừ nhanh chế độ sai lệch và trong giai đoạn
hoàn nguyên, các sai lệch nhỏ không có tác
động hoặc có tác động ở vùng tốc độ nhỏ do
đó loại trừ được hiện tượng qua điều chỉnh.
Sau khi sai lệch bị trừ khử, tín hiệu sai lệch
nhỏ hơn vùng không nhạy và dưới tác động
của phản hồi sẽ xảy ra hãm điện. Hai nhóm Thysistor sẽ thực hiện lần lượt chế
độ chỉnh lưu và nghịch lưu tuỳ hướng chuyển động.
Vùng không nhậy của bộ điều chỉnh Oa
1
, Oa
2
.
Khi U
hq
tăng thì động cơ điện tụt xuống: a

Q aIbJ
.THK;
*
XN
56
56
YN










E-