Nghịch lu lò tôi SV:
ngô trí kỳ


- 1 -
Mc lc:
Lời nói đầu .....................................................................................................2
Chơng I: Giới thiệu công nghệ và yêu cầu kỹ thuật ................. 3
1. Khái niệm ...................................................................................................3
2. ứng dụng v u nhợc điểm .......................................................................3
3. Tính chất công nghệ ...................................................................................3
4. Xác định khoảng thời gian nung ................................................................6
5. Yêu cầu chất lợng, đặc điểm nguồn cấp v cấu tạo thiết bị .....................7
Chơng II: Đề xuất các phơng án và lựa chọn phơng án8
1. Sơ đồ nghịch lu áp một pha ......................................................................8
2. Sơ đồ nghịch lu dòng một pha..................................................................9
3. Nghịch lu cộng hởng ............................................................................11
Chơng III: Tính toán mạch lực ............................................... 14
1. Lựa chọn các van......................................................................................15
2. Xét mạch bảo vệ van mạch lực tránh quá dòng, áp..................................16
ChơngIV: Thiết kế và tính toán mạch điều khiển................... 18
I. Nguyên lý mạch điều khiển.....................................................................18
1. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển ............................................................18
2. Chức năng các khâu trong mạch điều khiển.............................................18
II. Tính toán thiết kế mạch điều khiển.......................................................20
1. Tính toán khâu phát xung điều khiển khởi động......................................20
2. Tính toán khâu chia xung v phân kênh...................................................21
3. Tính toán khâu khuếch đại sửa xung........................................................23
4. Tính toán khâu phản hồi...........................................................................25
5. Tính toán thiết kế bộ nguồn cho mạch điều khiển ...................................26
Kết kuận.....................................................................................

dung vo thực tế biến kiến thức của thầy cô thnh kiến thức bản thân v bắt
đầu l
m quen với đồ án tạo tiền đề cho đồ án tốt nghệp sau ny.
Trong kỳ ny đề ti em đợc giao: Thiết kế phần nghịch lu của bộ
nguồn cho lò tôi thép l một đề ti không mới, có nhiều ti liệu tham khảo
v đề cập, tuy nhiên thực tế để hiểu sâu v phân tích thấu đáo các vấn đề
của ton bộ đề ti lại đòi hỏi ngời thực hiện một quá trình lm việc nghiêm
túc, miệt mi. Hon thnh đồ án ny, em xin chân thnh cảm ơn thầy
Dơng Văn Nghi, thầy Võ Minh Chính cùng các thầy giáo đã nhiệt tình
hớng dẫn, chỉ bảo. Do đây l lần đầu tiên thực hiện lm đồ án nên không
thể mắc phải sai sót, em mong đợc sự chỉ bảo tận tình của các thầy.
Em xin chân thnh cảm ơn!

H Nội tháng 5 năm 2006
Sinh viên thực hiện:
Ngô Trí Kỳ

Nghịch lu lò tôi SV:
ngô trí kỳ


- 3 -

Chơng i:
Giới thiệu công nghệ v yêu cầu kỹ thuật

1. Khái niệm:

Lò tôi cảm ứng l thiết bị biến điện năng thnh nhiệt năng dựa vo
hiện tợng cảm ứng điện từ của dòng điện cao tần.


-Tính chất tải của lò cao tần l tải cảm:
Lò tôi cảm ứng hoạt động dựa trên hiện tợng cảm ứng điện từ, gồm
các cuộn dây đợc cấp nguồn có tần số cao; khi cho tải đi qua l các chi tiết
bằng thép cần tôi thì chúng đợc nung nóng nhờ nguồn nhiệt sinh ra trong
chính bản thân chi tiết.
Xét một cuộn dây quấn xung quanh
lõi thép, khi đặt vo 2 đầu của cuộn dây
ny một điện áp xoay chiều hình sine sẽ
lm phát sinh một dòng điện có cờng độ
i đi qua cuộn cảm:
i = I
0
.sin(t)
Trong cuộn cảm xuất hiện một suất
điện động tự cảm:
e = -L
dt
di
= -LI
0
0
cos(t)
Giả thiết điện trở R của cuộn cảm bằng không, khi đó ta có định luật
Ôm cho đoạn mạch sẽ l:
u = R.i-e = LI
0
0
cos(t) = LI
0

0
E : điện cảm,[C/ m
2
]; E cờng độ điện trờng, [V/m]
j =E = E/ - mật độ điện dẫn
=1/ - điện trở suất của kim loại
- điện dẫn suất của kim loại
Qua biến đổi ta đợc năng lợng cung cấp cho kim loại:
S=
Q
P
2
2
+

với năng lợng cấp nhiệt cho kim loại:


2
0
2
2
e
HP
z
=

năng lợng phản kháng:



500Hz
ữ
1MHz. Tần số cng cao thì chiều sâu nung cng nhỏ. Chiều sâu
của lớp mỏng tiêu thụ 86,5% lợng nhiệt cung cấp đợc gọi l chiều sâu
xâm nhập của dòng cảm ứng, đợc tính bằng công thức:
=503
f


(m)
+ Xuất hiện đờng cong từ trễ
: dới tác dụng của từ trờng ngoi với
cờng độ H[A/m], trong vật liệu dẫn điện xuất hiện cảm ứng từ (mật độ từ
thông) B[T]. Khi từ trờng biến thiên, sẽ tạo nên vòng từ trễ v diện tích
của vòng từ trễ chính l năng lợng điện từ đợc chuyển thnh nhiệt năng:
S
T
= BdH [J/m
3
]
S
T
thể hiện lợng nhiệt đợc sinh ra trong một đơn vị thể tích vật liệu
dới tác động của điện từ trờng biến thiên.
- Trong quá trình tôi, chiều sâu xâm nhập của dòng cảm ứng bị thay
đổi do giá trị điện trở suất v độ thẩm từ thay đổi theo nhiệt độ. Khi
nung từ nhiệt độ thờng tới nhiệt độ Quyri (7680C), điện trở suất tăng
mạnh, còn độ thẩm từ gần nh không đổi. Sau nhiệt độ Quyri điện trở suất
tăng chậm lại, độ thẩm từ nhanh chóng giảm xuống tới =1, cờng độ nung
giảm mạnh, do đó, trên thực tế khi nung thép phải tính toán riêng cho hai

ữ
100
0
C thì thay đổi từ 10.10
-6
ữ
130.10
-
6
(

m) v thay đổi từ 60
ữ
1(H/m). Khi đó lớp thấm tôi cung thay đổi
=0,22
ữ
6,7(mm). Với công suất tôi l 45kW thì thích hợp cho việc tôi các
vật có kích thớc vừa v nhỏ khoảng 20 cm với lớp tôi từ 0,5-6 mm nh
các bánh răng, trục khuỷu...
Trong trờng hợp ton bộ lớp tôi đợc nung bằng dòng cảm ứng,
đảm bảo tốc độ nung cao; còn nếu chiều sâu lớp xâm nhập của dòng cảm
ứng quá nhỏ so với chiếu sâu lớp tôi thì quá trình nung sẽ xảy ra chủ yếu
bằng dẫn nhiệt với tốc độ thấp.
Chiều sâu lớp tôi không những phụ thuộc vo tần số m còn phụ
thuộc vo bản chất của vật liệu tôi, nhiệt độ nung v tốc độ nung trong
khoảng chuyển biến pha, nói chung ở nhiệt độ cao hơn điểm Quyri. Để đảm
Nghịch lu lò tôi SV:
ngô trí kỳ



x
2
2
=

Trong đó:
= t-t
đ
, nhiệt độ của chi tiết tính từ nhiệt độ ban đầu t
đ
,
0
C
- hệ số dẫn nhiệt của kim loại, W/mK
a - hệ số khuếch tán nhiệt ( dẫn nhiệt độ ) của kim loại, m
2
/s
x - l khoảng cách kể từ bề mặt, m
- thời gian, s
q - công suất riêng ( nhiệt suất tạo ra trong chi tiết trên một
đơn vị bề mặt của nó),W/ m
2

iercf(z) ký hiệu tích phân hm Krampa
Khi đó nhiệt độ trên bề mặt (x=0) tính theo công thức sau:
Nghịch lu lò tôi SV:
ngô trí kỳ


- 9 -

mô tả quá trình dẫn nhiệt với nguồn nhiệt phân bố đều trong ton lớp tôi bề
mặt. Công thức tính nhiệt độ tại điểm bất kỳ nh sau (với x


2
):
() ()
























2
2
2
2








a
x
Fx
a
x
Fx
q
Q

Trong đó:

Q
= t- t
Q
l nhiệt độ kim loại tính từ điểm Quyri t
Q
,
0

Nhiệt độ tại bề mặt chi tiết (x=0) trong giai đoạn hai tính nh sau:















= 1
2
2
22





a
F
q
QM



a
F
q
QT

Dựa trên các công thức ny v bằng phơng pháp gần đúng liên tục
(cho giá trị

, tính
Q

v t, nếu sai số lớn thì chọn lại

v lặp lại phép tính)
có thể tính thời gian nung từ điểm Quyri đến nhiệt độ tôi của bề mặt chi tiết
v của giới hạn trong lớp tôi. Cuối cùng thời gian nung tổng thể bằng tổng
thời gian nung của giai đoạn một v hai
5. Yêu cầu chất lợng, đặc điểm nguồn cấp và cấu tạo thiết bị

- Chất lợng của thép đợc đem tôi đợc đánh giá qua các thông số
Độ dy lớp đợc tôi, độ cứng, độ dẻo nó phụ thuộc vo nhiều yếu tố
nh:
+ Đặc điểm của thép đem tôi: thnh phần cacbon, hình dạng, kích
thớc...
+ Thời gian tôi, thời gian lm nguội
+ Đặc điểm của nguồn (tần số, biên độ, công suất...), môi chất lm
nguội.
- Đặc điểm của nguồn điện cấp cho lò tôi:
Bộ nguồn nghịch lu đảm bảo cung cấp đủ năng lợng cho lò khi có


Nghịch lu lò tôi SV:
ngô trí kỳ


- 12 -
Chơng ii:
Đề xuất các phơng án v lựa chọn phơng án
Do đặc thù của lò tôi cảm ứng, nên ta chọn nghịch lu một pha cho
phần nghịch lu của bộ nguồn lò tôi thép. Ta sét lần lợt các sơ đồ sau:
1. Sơ đồ nghịch lu áp một pha

Đặc điểm: nguồn đầu vo l nguồn áp, nên có tụ C (C->

) mắc song
song với điện trở nguồn. Do vậy nguồn trở thnh nguồn hai chiều: phát
năng lợng cho tải đồng thời tiếp nhận năng lợng của tải trả ngợc về,
đợc tích luỹ trong tụ C, thông qua các diode mắc song song ngợc với các
van động lực chính.
Xét đồ thị hoạt động của mạch:
- Điện áp nghịch lu có dạng xung vuông chữ nhật, có tần số f
N
tạo
ra nhờ đóng mở các cặp van T1,T2 v T3,T4 một cách có chu kỳ: f
N
=f
đk
Do đó khi thay đổi tần số điều khiển f
đk
có thể thay đổi tần số nghịch

2. Sơ đồ nghịch lu dòng một pha

- Đặc điểm: Nguồn đầu vo l nguồn dòng, do đó nguồn đợc nối nối
tiếp với L
d
(L
d
->

) nhằm san phẳng dòng đầu vo: T
d
= const.

Nghịch lu lò tôi SV:
ngô trí kỳ


- 14 -
- Dòng điện nghịch lu có dạng xung chữ nhật, có tần số f
N
tạo ra
nhờ đóng mở các cặp van T1,T2 v T3,T4 một cách có chu kỳ. Do đó có thể
thay đổi f
N
theo tần số điều khiển f
đk
.

d
=

=> i
d
= I
d
= const, dòng nghịch lu có dạng xung chữ
nhật. V có u
t
biến thiên hm mũ v góc khoá

l max.
o L
d
<

nhng vẫn đảm bảo i
d
liên tục. Lúc ny i
N
có dạng nhấp
nhô do vẫn chứa các sóng điều ho bậc cao. Dạng điện áp gần sine hơn
nhng góc khoá

giảm đi.
o L
d
<