Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Đồ án Điện tử công suất

TRÌNH BÀY VỀ LUYỆN
THÉP VÀ NGUYÊN LÝ
HOẠT ĐỘNG CỦA NÓ

1


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

PHỤ LỤC

Lời nói đầu……………………………………………………………….
Chương 1:Giới thiệu công nghệ và yêu cầu kỹ thuật……
I.

Tìm hiểu về lò nấu thép……………………………………………

II.


SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Lời Nói Đầu

Trong sự phát triển từng ngày của thế giới, trên từng lĩnh vực của
cuộc sống, như nông nghiệp,du lịch, điện tử, công nghệ thông tin…Ngành
công nghiệp nặng chiếm một vị trí hết sức quan trọng, là tiền đề của các
công trình lớn, của sự phát triển cơ sở hạ tầng. Ngày nay, đã và đang đánh
dấu những thành quả to lớn của ngành công nghiệp: như đóng tầu, sản
xuất ôtô, luyện kim… Trong đó luyện kim chiếm vai trò quan trọng, nó tạo
ra rất nhiều nguyên liệu cho các ngành khác sử dụng. Để tìm hiểu thêm về
vấn đề này, Dưới đây là một số trình bày về ngành luyện thép và nguyên lý
hoạt động của nó.
Trong đề tài, có sự tham gia của hai sinh viên Hoàng Ngọc Tú và
Đặng xuân quyền với sự giúp đỡ của thầy.
Thiếu sót của báo cáo là không thể tránh khỏi, chúng tôi xin chân
thành cảm ơn và chân trọng những ý kiến dóng góp và phê bình của các
bạn, để đề tài này được hoàn thiện hơn…

3


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NẤU THÉP

Đặng Xuân Quyền

- Tuy nhiên lò cảm ứng có hệ số công suất giảm khi điện trở của vật liệu giảm
và để tăng nhiệt số này thường người ta mắc các tụ điện song song với lò.
Nhiệt độ của xỉ thấp cho nên khó có thể tinh luyện thép.
- Một điểm chú ý trong lò điện cảm ứng là tần số lò càng cao khi khối lượng
phối liệu nấu trong nòi mẻ thấp:
- 500 000Hz đối với lò nhỏ, nấu thí nghiệm 10g - 100g.
- 8000Hz - 4000Hz đối với lò thí nghiệm nấu vài kg.
- 2000Hz đối với lò công nghiệp nhỏ, một mẻ 50 kg - 500kg.
- 1000Hz đối với lò một mẻ 250kg-2000kg.
- 50Hz (tần số công nghiệp) với các lò nấu lớn trong công nghiệp

Nói riêng về lò cảm ứng

- Lò cảm ứng Theo ứng dụng có thể chia làm 2 loại là: lò có lõi sắt và không
có lõi sắt.
- Loại lò có lõi sắt ở giữa: xuất hiện sức điện động hỗ cảm vào nguyên liệu rắn:
E2 = 4,44.f.W2.  .10-8

f

: tần số (Hz), chu kỳ (s)

W2

: số vòng cuộn dây thứ cấp

5


1.Đặc tính tải trong quá trình nấu thép
- Tải lò nấu thép là tải có tính cảm kháng.Đầu tiên ta dễ nhận thấy tải phụ
thuộc nhiệt độ theo công thức:

6


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Rt = R0 *(1 + α *t)

- Tải lò nấu thép là tải có tính biến động, thông qua đồ thị dưới:

Hình 1.1: Đồ thị tính biến động của tải lò

Μ : là độ từ thẩm của thép
Ρ : là suất điện trở của thép(Ωcm)

- Nhận thấy khi nhiệt độ khoảng 800-9000c thì tải mất tính cảm kháng chỉ còn
tính thuần trở (do μ giảm mạnh ,còn ρ tăng mạnh).
- Tải lò nấu thép là tải ngắn mạch , nên nguồn cấp cho tải phải làm việc ở chế
độ ngắn mạch, do đó ta chọn nguồn cấp cho tải là nghịch lưu nguồn dòng.
2.Quan hệ f,p,U
- Nhiệt đốt nóng kim lọai được tính theo công thức:

d

dòng điện hoặc tần số. Nhưng trong thực tế không thể tăng dòng điện lên mãi
vì dây phải rất lớn và quá nóng, có thể nóng chảy (dù có nước làm mát).
- Thường dùng phương pháp tăng tần số, do vậy lò cảm ứng còn gọi là lò cao
tần.
- Mặt khác tần số còn ảnh hưởng đến kích thước của cục nguyên liệu. Năng
lượng truyền từ nguồn điện (tần số), qua vòng cảm ứng, biến đổi thành năng
lượng trường điện từ. Trong vật gia nhiệt điện năng dòng xoáy cảm ứng được
chuyển thành nhiệt năng. Khi truyền sâu trong kim loại, độ lớn của các vectơ
E, H (hai thành phần của trường điện từ) bị giảm dần và năng lượng trường
điện từ cũng giảm dần (theo độ sâu truyền z).
Độ sâu thẩm thấu:

8


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:



SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

2
p
(m)
 503.
. . a
. f


những kích thước cục nguyên liệu và chất khít chặt với tần số tương ứng.

- Để có hiệu suất nấu chảy kim loại cao, khi tần số càng lớn thì kích thước cục
nguyên liệu càng phải nhỏ, còn đối với tần số thấp hơn kích thước cục nguyên
liệu có thể to hơn.

Ví dụ:
9


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

Tần số (Hz)

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Kích thước cục nguyên liệu (mm)

500

≥ 20

1000

10

10000


10


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

750 ÷ 1000

500

>1200

150

- Hiện nay việc lựa chọn tần số dòng điện cung cấp cho lò không có lõi sắt để
luyện thép vẫn được lựa chọn như trên.

3. Sơ đồ và nguyên lý cấu tạo của thiết bị
Sơ đồ khối của bộ biến tần cấp cho lò nấu thép:

U21

Chỉnh
Lưu
3 Pha

Lọc

Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

- Phương trình cân bằng điện áp Ud1 = Ud2
Kcl*U21 *cosα = Knl*U22 *cos φt
α

: là góc mở chỉnh lưu.

φt

: là góc tải

- Từ lí luận trên , ta thấy yêu cầu với mạch chỉnh lưu
- Mạch chỉnh lưu có chức năng cấp nguồn cho mạch nghịch lưu dòng 1 chiều
cho mạch nghịch lưu, tức là giữ cho Id= const
- Mạch chỉnh lưu điều chỉnh công suất trong quá trình nấu chảy vật liệu,vì khi
góc tải φt thay đổi thì α cũng phải thay đổi cho phù hợp.

12


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền


SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

+ Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng
1. Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng
• Sơ đồ nguyên lý:

Hình 2: Sơ Đồ Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng

• Dạng điện áp và dòng điện:

14


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Hình 3: Dạng điện áp và dòng điện
Phân tích sơ đồ:
Sơ đồ cầu 3 pha không đối xứng gồm 3 tiristor và 3 diode chia làm 2 nhóm:
- Nhóm catot chung : T1, T3, T5
15


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

hàng cùng dẫn điện đồng thời T1-D4, T3-D6,T5-D2; khi đó dòng điện Id = 0
chỉ chảy trong tải mà không chảy về nguồn nên năng lượng được giữ ở tải
không trả về nguồn.
- Ta có thể coi sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng tương đương 2
mạch chỉnh lưu hình tia:
- Chỉnh lưu hình tia 3 pha điều khiển gồm T1, T3, T5 có:
UK = Udotia∗ cosα = 1,17U2cosα
- Chỉnh lưu hình tia 3 pha không điều khiển gồm D2, D4, D6 có:
UA = Udotia ∗ cosα = 1,17U2
Tổng hợp lại ta có: Chế độ và chức năng điện áp trên mạch tải:
Ud = UK + UA = 1,17U2(1 + cosα) = 2,34U2.

16

1  cos 
1  cos 
=Udmax.
2
2


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Chế độ hoạt động: chế độ chỉnh lưu với α = 0 ÷ π, Ud = 0 ÷ Udmax
Chức năng: Ổn định điện áp và dòng ra tải bằng cách thay đổi α
• Thông số chọn van:


• Dạng điện áp và dòng điện

18


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Hình 5: Dạng điện áp và dòng điện

Phân tích sơ đồ:
Sơ đồ cầu 3 pha đối xứng gồm 6 Tiristor, chia làm 2 nhóm :
- Nhóm catot chung: T1, T3, T5
- Nhóm anod chung: T2, T4, T6
Điện áp các pha:
Ua =

2 U2sin 

Ub =

2 U2sin(  -

2
)
3


3
+  cho xung điều khiển mở T2. Thyristor này mở vì T6 dẫn
6

dòng, nó đặt Ub lên catot T2 mà Ub > Uc. Sự mở của T2 làm cho T6 khóa lại
một cách tự nhiên vì Ub > Uc. Lúc này T2 và T1 cho dòng đi qua. Điện áp trên
tải: Ud=Uac=Ua-Uc
Các xung điều khiển lệch nhau


được lần lượt đưa đến các cực điều khiển
3

của các thyristor theo thứ tự 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1,….Trong mỗi nhóm, khi 1
thyristor mở thì nó sẽ khoá ngay thyristor trước nó, như trong bảng sau:

Thời Điểm

Mở

Khoá





T1

T5


1 

9

6

T5

T3

1 

6

20


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

1 

11

6

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền


cos 

• Chế độ và chức năng:
Điện áp trên mạch tải:
Chế độ hoạt động:
- Chế độ chỉnh lưu với α = 0 ÷


, Ud = 0 ÷ Udmax
2

- Chế độ nghịch lưu phụ thuộc với α =


÷  ,Ud = -Udmax ÷ 0
2

Chức năng: Ổn định điện áp và dòng ra tải bằng cách thay đổi α
• Thông số chọn van:
Điện áp ngược lớn nhất đặt lên van: Ungmax =


Udmax
3

Dòng trung bình qua van: Iv = Id/3
Ưu điểm:
- Chất lượng điện áp tốt nên việc thiết kế bộ lọc đơn giản, tiết kiệm.
- Có khả năng hoàn trả năng lượng về lưới tốt khi tải có tính chất cảm
kháng.

ỏn : in T Cụng Sut
GVHD:

SV: Hong Ngc Tỳ
ng Xuõn Quyn

c
Hình

6: Sơ đồ điều áp xoay chiều ba pha bằng

cặp Tiristo
mắc song song ng-ợc

Các loại sơ đồ ny bao gồm, tải đấu sao có trung
tính (a),tải đấu sao không trung tính (b), tải đấu
tam giác (c). Tải đấu sao có trung tính, có nhiều
điểm l sơ đồ giống hệt ba mạch điều áp một pha điều
khiển dịch pha theo điện áp l-ới, do đó điện áp trên
các van bán dẫn nhỏ hơn vì điện áp đặt vo van bán
dẫn l điện áp pha. Nhược điểm của sơ đồ l trên dây
trung tính có tồn tại dòng điện điều ho bậc cao, khi
góc mở các van khác 0 có dòng tải gián đoạn v loại
sơ đồ nối ny chỉ thích hợp với loại tải ba pha có
bốn đầu dây ra.

23


ỏn : in T Cụng Sut

- Xung iu khin cp n nhng phi m xung iu khin.
- Xung iu khin cp bng xung chựm.
Trong ti ny ta s dng ti l ti thun tr nh hỡnh 7, nờn ta s chn
phng ỏn in khin l iu khin iu ỏp ba pha bng xung n.

24


Đồ án : Điện Tử Công Suất
GVHD:

SV: Hoàng Ngọc Tú
Đặng Xuân Quyền

Hình 7 : Mạch lực điều áp xoay chiều ba pha tải thuần trở.

Khi góc điều khiển  của các van bán dẫn lớn và đồng thời có hai van
cùng dẫn, như vậy xung điều khiển phải được cấp đồng thời cho cả hai van,
hơn nữa hai van được dẫn ấy phải được cấp xung theo kiểu một xung chính cần
mở với một xung đệm, nguyên tắc đệm xung phải theo đúng thứ tự pha. Như
việc cấp xung ở hình 8.

25