Bài giảng Công nghệ lò cảm ứng điện từ

CÔNG NGHỆ LÒ CẢM 
ỨNG ĐIỆN TỪ 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
1
 CHƯƠNG 1 
 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ LÒ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 
1.1. Đặt vấn đề 
 Trong các thế kỉ trứơc các ngành công nghiệp chưa được chưa được phát triển 
đặc biệt các ngành công nghiệp như là ngành công nghiệp luyện kim ,ngành chế 
tạo máy , vấn đề chất lượng thép và thép hợp kim chưa đựoc quang tâm đúng mức 
Đến thế kỷ 20 , nhất là sau Chiến tranh thế giới lần thứ nhất, nền công nghiệp ngày 
càng phát triển mạnh. Trên thế giới lúc bấy giờ các ngành công nghiệp , nhất là 
ngành luyện thép và hợp kim , ngành đúc chi tiết , ngành chế tạo máy , ngành điện 
lực , ngành điện tử  đang đà phát triển về sản lượng và chất lượng sản phẩm . 
Do yêu cầu và điều kiện kĩ thuật mới , sắt thép thông thường như trước không thỏa 
mãn với các dụng cụ, máy móc thiết bị tối tân , vì ở đây đòi hỏi chúng phải làm 
việc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao , chống được ăn mòn hóa học và điện 
hóa , chống bào mòn cơ học, chống nóng, chống rỉ. do đó phải sản xuất ra các 
loại thép và hợp kim có tính năng đặc biệt như độ bền cơ học cao , độ bền chống 
ăn mòn của môi trường axít , nước sông , nước biển, chống mài mòn do va đập  
Đặc biệt cần phải sản xuất ra các loại thép có tính đàn hồi cao , có tính nhiễm từ 
tốt , có tính chống nhiễm từ cao . Do các tính chất đặc biệt trên nên thép đựơc sản 
xuất ra từ lò thổi không khí không thể đáp ứng được nữa , mà phải nấu luyện trong 
các loại điện. Vậy phương pháp luyện thép trong lò điện là một công nghệ mới 
hiện đại. Để luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta tận dụng điện năng biến 
thành nhiệt năng dưới dạng hồ quang , cảm ứng điện từ , điện trở và dạng plasma. 
Thường sử dụng lò điện hồ quang xoay chiều hoặc lò điện hồ quang một chiều để 
sản xuất thép cácbon chất lượng , thép hợp kim thấp , trung bình và cao với sản 
lượng lớn. Để luyện một số thép hợp kim chuyên dùng , hoặc các thép hợp kim 
cao ít cácbon người ta sử dụng các loại lò điện cảm ứng cao tần , trung tần và tần 
số công nghiệp. Để nấu loại thép và hợp kim , tinh luyện kim loại và thép đạt chất 
lượng cao hơn nữa người ta sử dụng lò điện xỉ, lò điện cảm ứng chân không , lò hồ 
quang chân không , lò điện từ chân không sâu , lò plasma  Để nung nguyên liệu 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
2
các loại vật liệu , các dụng cụ , chi tiết máy người ta sử dụng lò điện trở nung trực 
tiếp hoặc gián tiếp. 
1.2. Lịch sử phát triển của phương pháp lò điện cảm ứng không lõi sắt. 
 Đầu thế kỷ 20 đã có những đề nghị đầu tiên về hợp kim và luyện kim trong lò 
cảm ứng không lõi sắt bằng dòng điện tần số cao. Nhà phát minh đèn điện A.N 
Lô-đư-gin trong thời gian 1905 – 1907 đã đề nghị nhiều kết cấu dây nung cảm ứng 
và năm 1908 đã đăng trong tạp chí “ Điện “ bài báo cáo về nguyên tắc làm việc và 
cấu tạo lò cảm ứng không lõi sắt. 
 Đồng thời trong thời kỳ này ở các nước đã có những bằng chứng về phát minh 
lò điện tần số cao (Bằng chứng nhận của công ty Pháp Snoi đe- Cređô. Bằng 
chứng nhận của Thụy Điển Ôsanđera, bằng chứng nhận của Anh Héc đen và nhiều 
nước khác.) Song lò không có lõi sắt trong thời kỳ đó vẫn chưa có ý nghĩa thực tế 
vì hồi đó chưa có dòng điện tần số cao. 
 Những thí nghiệm đầu tiên về nấu luyện bằng dòng điện tần số cao được thực 
hiện năm 1912 -1923 ở công ty cổ phần Loren nguồn cấp điện cho lò không có lõi 
sắt là máy phát hồ quang tạo ra dòng điện tần số cao mà bản thân vòng dao động là 
hệ thống cuộn cảm ứng . Việc nấu luyện trong nồi lò đặt bên trong cuộn cảm ứng 
nằm trong vòng dao động . Kẽm được chất trong nồi để luyện chỉ trong khoảng 20 
gam và mẻ luyện kéo dài 2 phút. 
 Bắt đầu chiến tranh thế giới lần thứ nhất năm 1914 công việc thí nghiệm trên 
bị đình chỉ và chỉ sau 2 năm nghĩa là năm 1916, người Mỹ Noóc- đúp đã đề nghị 
một sơ đồ mới , theo sơ đồ này nhận được dòng điện cao tần người ta phóng tia 
lửa điện . Trong thời kỳ chiến tranh lần thứ nhất , nung cảm ứng thực tế được dùng 
trong công nghiệp điện chân không để nung các chi tiết đèn rađiô trong thời gian 
thoát khí. 
 Sau khi kết thúc chiến tranh thế giới lần thứ nhất lò không lõi sắt bắt đầu được 
dùng rộng rãi hơn trong công nghiệp. 
 Ở Mỹ việc sản xuất các lò theo sơ đồ Noóc- trúp bắt đầu chiếm vai trò chủ 
yếu trong công ty Ajax Electrothemic corporation năm 1920. 
 Ở Châu Âu độc lập với Noóc-trúp năm 1920 bắt đầu các thí nghiệm về việc tạo 
ra lò tần số cao có thiết bị phóng tia lửa điện tự quay Ri-bơ. 
 Sự phát triển của kỹ thuật rađio đã sinh ra máy phát dòng điện tần số cao khác 
nhau , máy phát hồ quang , máy phát tia lửa điện , máy phát có các đèn điện tử . 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
3
Do đó đến đầu những năm 30 , thế kỷ 20 giá thành năng lượng các dòng cao tần đã 
giảm chỉ còn bằng 2 – 4 lần giá thành năng lượng dòng điện công nghiệp. Đó là 
một trong những sơ đồ tốt để sử dụng rỗng rãi trong công nghiệp lò tấn số cao và 
tần số cao hơn. 
 Năm 1937 công suất của thiết bị lò tần số cao trên toàn thế giới đã tăng đến 
100.000 kW và dung tích của các lò này lần đầu tiên là vài Kg nay đã lên đến 12 
tấn ( Các nhà máy luyện thép Bofooc Thụy Điển năm 1951). 
 Nguồn cơ bản cho tần số cao để cung cấp cho thiết bị điện nhiệt hiện nay đối 
với tần số 10000 Hz máy phát cảm ứng và đối với tần số lớn hơn là máy phát bằng 
đèn. 
 Công lao đặc biệt trong các công trình xây dựng các máy cảm ứng ở nước Nga 
là giáo sư V.P vôlôgđin tron thời gian từ năm 1910-1935 ông đã tạo ra nhiều máy 
công suất từ 0,5 – 600 KW và tấn số từ 1000 đến 60000 Hz , giáp sư V.P 
vôlôgđin và các thí nghiệm của ông đã mở đầu cho lĩnh vực nghiên cứu tạo ra các 
lò cảm ứng hiện đại Nga . Năm 1930 V.P vôlôgđin cùng với những người cộng tác 
của mình đã bắt đầu nghiên cứu lò luyện cảm ứng không lõi sắt , năm 1932 đã xây 
dựng các lò luyện 10 và 200 Kg thép , cũng trong năm đó , công nghiệp Nga đã 
bắt đầu sản xuất được toàn bộ lò cùng với các trang bị điện của chúng như máy 
phát môtơ, các tụ điện giáo sư V.P vôlôgđin đã phát minh ra lò điện cảm ứng 
đầu tiên không có lõi sắt ở nước Nga với máy phát bằng đèn năm 1939. 
 Sau chiến tranh thế giới lần thứ hai lò điện đã được xây dựng và phát triển 
rộng khắp thế giới . Như ở Đức đã ứng dụng lò điện hồ quang 10÷60 tấn/ mẻ để 
sản xuất thép công cụ và thép hợp kim , ở Tiệp Khắc đã sử dụng lò điện hồ quang 
20÷30 tấn/ mẻ để nấu tất cả các loại thép cácbon và hợp kim thấp . Ngày nay 
người ta sử dụng phổ biến các loại lò điện hồ quang với dung lượng 100 ÷400 tấn/ 
mẻ dung lượng biến áp 35000 ÷165000 kVA. 
 Đặc biệt ở Mỹ người ta đã chạy thường xuyên loại lò 360 tấn /mẻ với chế độ 
siêu công suất 160000 kW để sản xuất thép cacbon chất lượng , đảm bảo năng suất 
100 ÷120 tấn thép/ giờ. 
 Từ năm 1990 đến nay đã thiết kế xây dựng các loại lò điện hồ quang hiện đại 
như loại hồ quang một chiều siêu công suất ( 150tấn/ mẻ ) lò hồ quang thân cột có 
dung lượng lò 100 ÷300 tấn/mẻ. 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
4
 Sản lượng lò điện hồ quang chiếm 80÷90% tổng lượng thép lò điện . Số 
lượng thép còn lại được sản xuất ra từ lò cảm ứng cao tần , trung tần và tần số 
công nghiệp. 
 Lò cảm ứng cao tần có dung lương 50 ÷ 100 kg/mẻ với tấn số làm việc 
 f = 35000 ÷55000 Hz được sử dụng để sản xuất loại thép hợp kim chuyên dùng. 
Hiện nay loại lò này ít được sử dụng để nấu thép mà chủ yếu để tôi bề mặt chi tiết 
máy . Lò cảm ứng trung tần có dung lương 100, 200, 500, 900, và 1000 kg/mẻ với 
tần số làm việc từ 1000 đến 3000 Hz được sử dụng để nấu thép hợp kim cao có 
hàm lượng cacbon thấp ( C ≤ 0,10% ) . Loại lò được ứng dụng phổ biến khắp nơi 
như ở xưởng đúc , xương cơ khí , xưởng luyện thép , luyện gang  Ngày nay nền 
công nghiệp điện tử đang đà phát triển thì lò điện cảm ứng trung tần được trang bị 
thiết bị tối tân để vận hành lò thuận lợi nhanh chóng và chính xác. 
1.3. Đặc điểm chủ yếu của phương pháp lò điện 
 - Để nấu luyện thép và hợp kim trong lò điện người ta sử dụng năng lượng điện 
biến thành nhiệt năng , do đó tập trung được năng lượng nhiệt lớn để nung chảy 
kim loại nhanh đặc biệt các kim loại khó chảy như colfram, molipden 
 - Ở lò điện có nhiệt độ cao ≥ 1700 0 nên tạo điều kiện hòa tan các nguyên tố 
hợp kim nhiều trong thép , thỏa mãn đầy đủ cho các phản ứng luyện kim tạo điều 
kiện tăng tốc độ phản ứng hóa học, thúc đẩy quá trình phản ứng oxi hóa và hoàn 
nguyên kim loại xảy ra nhanh chóng và triệt để. 
 - Trong quá trình nấu luyện thép ở lò điện , dễ dàng nâng nhiệt độ cho bể kim 
loại và đồng thời tiến hành điều chỉnh chính xác thành phần hóa học của thép lỏng 
và xỉ. 
 - Nấu luyện được tất cả các loại thép cácbon cao ,thấp có chất lượng tốt, luyện 
được tất cả các loại thép hợp kim cao hoặc đặc biệt mà đảm bảo cháy hao các 
nguyên tố hợp kim rất thấp . Đặc biệt luyện được các mác thép có hàm lượng 
phospho và lưu huỳnh rất thấp. 
 - Giá thành các loại thép lò điện cao còn vì tiêu tốn điện năng và điện cực lớn 
 (điện cức grafit phải nhập từ nước ngoài vì nước ta chưa sản xuất được). 
 - Vì vậy cần phải áp dụng các biện pháp cải tiến thiết bị và cường hóa quá trình 
luyện thép trong lò điện để nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm. 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
5
 - Chọn và tính toán hợp lý đảm bảo ít phospho và lưu huỳnh kích thước nguyên 
liệu phải phù hợp với dung lượng lò và phương pháp chất liệu vào lò để đảm bảo 
vận hành lò tốt . 
 - Sử dụng và khống chế chế độ điện một cách tối ưu trong quá trình nấu luyện 
thép , đảm bảo thời gian nấu một mẻ thép thấp nhất năng suất lò cao nhất. 
 - Áp dụng các biện pháp cường hóa trong giai đoạn nấu chảy oxi hóa và hoàn 
nguyên . 
 - Áp dụng các công nghệ mới như tạo xỉ đơn , tạo xỉ bọt , thổi oxi nguyên chất , 
thổi các chất khử và khí trơ vào lò để đảm bảo tốc độ phản ứng luyện kim xảy ra 
nhanh do đó khử bỏ được các tạp chất và các khí có hại trong thép một cách triệt 
để . 
1.4. Cơ sở lý thuyết về lò cảm ứng không lõi sắt ( lò tần số ) là dựa vào hiện 
tượng cảm ứng điện từ . Khi đặt một khối kim loại vào trong một từ trường biến 
thiên thì trong khối kim loại sẽ xuất hiện( cảm ứng ) các dòng điện xoáy ( dòng 
Foucault ) . Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ đốt nóng khối kim loại. 
 Lò cảm ứng được cấu tạo dựa trên nguyên lý của một máy biến áp không khí 
cuộn cảm ứng được chế tạo bằng đồng theo dạng xoắn ốc bọc xung quang tường 
lò. Cuộn cảm ứng được coi như là cuộn sơ cấp , cuộn kim loại chứa đựng trong lò 
được coi như là cuộn thứ cấp máy biến áp . Khi ta cho dòng điện xoay chiều đi 
qua cuộn cảm ứng thì sẽ sinh ra từ thông biến thiên . Từ thông đi qua kim loại sản 
sinh ra mốt sức điện động cảm ứng là E2. Kim loại ở đây coi như là một dây dẫn, 
khép kín và thẳng góc với từ thông biến thiên . Xuất hiện trong kim loại một dòng 
điện cảm ứng và năng lương của dòng điện cảm ứng sinh ra một lượng nhiệt lớn 
để nung chảy kim loại. Như vậy khi lò làm việc thì xuất hiện hai sức điện động 
cảm ứng trong cuộn cảm ứng E1 và trong kim loại E2. 
 Giá trị E1 và E2 được tính theo công thức: 
 E1 = 4,44.φ .f.n1.10 8− V 
 E2 = 4,44.φ .f.n2.10 8− V. 
Trong đó: φ - từ thông biến thiên , Wb 
 f - tấn số làm việc, Hz 
 n1 – số vòng của cuộn cảm ứng (sơ cấp); 
 n2 - số vòng cảm ứng của cuộn thứ cấp ( kim loại coi là một khối 
thống nhất nên có n2 = 1 ); 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
6
 Do giữa cuộn cảm ứng và kim loại chứa trong lò bị ngăn cách bởi độ dày của 
nồi lò ( bằng vật liệu chịu lửa ) và các vòng của cuộn cảm ứng có những khoảng 
cách nhất định nên từ thông biến thiên bị mât mát lớn ( từ thông tản ra ngoài 
không khí ) do vậy sức điện động cảm ứng E1 > E2 . Vì vậy cần phải cấp vào cuộn 
cảm ứng một năng lượng điện lớn để tạo ra E1 cao phù hợp với dung lượng lò và 
đồng thời tạo ra E2 đủ lớn để làm nóng chảy kim loại trong lò . Khi kim loại bị 
cảm ứng thì trong kim loại sẽ lập tức sinh ra từ thông chống lại từ thông do cuộn 
cảm ứng sinh ra, do đó chiều dòng điện I1 ngược chiều với chiều dòng điện 
Foucault (I2). 
 Ta có : 
2
1
2
1
2
1
I
I
n
n
E
E == và do đó I2 = I1.n1; 
 Như vậy dòng điện I2 phụ thuộc vào nguồn cung cấp và phụ thuộc vào số 
vòng của cuộn cảm ứng. 
 Khi một dòng điện xoay chiều vào cuộn cảm ứng thì lập tức trong kim loại 
sinh ra một dòng điện I2 (Phucô) . Dòng điện I2 lớn gấp n1 so với I1 nghĩa là khi có 
I1 = const và tăng số vòng cuộn cảm ứng thì dòng I2 tăng cao. Và nhờ có dòng điện 
Phucô ( I2 ) tạo ra một lượng nhiệt lớn để nấu chảy kim loại. 
 Năng lương điện nấu chảy kim loại được tính theo công thức : 
 W = I 22 .2 2π .d.h. 910... −fμρ ; (W); 
 W = (I1.n1).2 2π .d.h. 910... −fμρ ; (W); 
Trong đó : I1.n1 – gọi là ampe vòng ,( A.mm); 
 d - đường kính nồi chứa kim loại, ( mm ) 
 h – chiều cao nồi lò, ( mm). 
 ρ - điện trở suất kim loại, ( Ωmm 2 /m ). 
 f – tần số làm việc , (Hz). 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
7
Qua công thức trên ta thấy nhiệt cung cấp cho lò nấu phụ thuộc vào nhiều yếu tố 
trong đó tỷ lệ với bình phương ampe vòng . Lượng nhiệt này còn phụ thuộc vào số 
vòng của cuộn sơ cấp ( n1 ) và cường độ dòng điện cảm ứng (I1) . Mỗi một loại lò 
cảm ứng đều có mạch điện riêng để đảm bảo cung cấp dòng điện I1 và tấn số làm 
việc ở múc độ tối thiểu. 
 fmin ≥ 2,5 . 10 9 . 2d
ρ ; 
 Trong đó : ρ - điện trở suất của nguyên liệu , Ωmm 2 /m; 
 d - đường kính lò chứa nguyên liệu , mm . 
Nhân xét : Đường kính nồi lò tỷ lệ nghịch với đường kính làm việc . Khi tăng tấn 
số làm việc thì phải giảm đường kính nồi lò . Vậy tần số làm việc quyết định dung 
lương định mức của lò ( tấn/mẻ ). 
1.5. Đặc điểm nguyên lý cảm ứng điện trong lò cảm ứng không lõi sắt 
1.5.1. Mức độ cảm ứng 
 Mức độ cảm ứng của khối kim loại chứa trong lò khác nhau , phụ thuộc vào 
từng vùng, tính chất của nguyên liệu và tần số làm việc. Mật độ dòng điện cảm 
ứng phân bố trong lò không đều . Kim loại sá tường lò, gần cuộn cảm ứng thì có 
mật độ điện lớn nhất và giảm dần theo hướng vào tâm lò, tức là nguyên liệu chảy 
nhanh nhất ở sát tường lò , còn ở giữa lò là chảy chậm. Để xác định đại lượng mật 
độ dòng ở kim loại tại một điểm bất kỳ trong nồi lò ta co công thức sau: 
z klz
fw
z ee
π ρ
μ
ρ
π
δδδ 2
910..
0
.2
.
0 ..
−
−
− == 
Trong đó : 
 zδ , δ 0 : tương ứng mật độ dòng tại hoành độ z và 0 
 π : độ từ thẩm tuyệt đối , ( H ) 
 π = π 0.π kl 
 π 0 : độ từ thẩm trong môi trường chân không; 
 π kl : độ từ thẩm của kim loại trong lò; 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
8
 ρ : điện trở xuất của kim loại trong lò; ( mmm /. 2Ω ) 
 f – tần số làm việc , ( Hz ) 
Hình 1.1. Phân bố tương đối của mật độ dòng điện ( zδ /δ 0 ) và công suất(P z /P0 ) 
 Trong quá trình nấu luyện thép khi tăng nhiệt độ thì độ sâu thấm từ tăng ( 
dưới điểm Quyri ( t < 710 0 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 nguyên liệu kim loại sát 
thành lò hết sức khít chặt , còn ở giữa lò vừa đảm bảo ... át bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 89
Hình 4.14. Khâu phản hồi điện áp và dòng điện 
 Sau khi tín hiệu điện áp trung tần đến từ bộ hỗ cảm điện áp trung tần được 
dưa vào các đầu số 27 và 28 thì chia làm hai đường,một đường sau khi do IC1A 
tiến hành chuyển đổi mức điện áp đưa đến 30P của IC6,một đường khác sau khi 
qua bộ chỉnh lưu D7-D10 lại phân làm 2 đường,1 đường đua đến chiết áp điện 
áp/dòng, đường khác dẫn đến bộ bảo vệ quá điện áp. 
 Tín hiệu dòng lấy được từ bộ hỗ cảm xoay chiều của mạch chủ tần số,trước tiên 
chuyển đổi thành tín hiệu điện ap tại bên ngoài,rồi dẫn vào từ các đầu sô 24,25, và 
26 sau khi đi qua chỉnh lưu bởi đi ôt D11-D16,rồi lại phân thành hai đường,1 đường 
làm tín hiệu bảo vệ quá dòng còn đường kia làm tín hiệu phản hồi của chiết áp 
điều chỉnh điện áp dòng. 
 Khâu phản hồi điện áp có hai đầu được cung cấp bởi nguồn điện một chiều có 
giá trị là 18V , điện áp này do máy biến áp chuyển từ mức điện áp một chiều 
1000V về. Ba đầu vào của khâu phản hồi dòng được cung cấp dòng điện 0,02 A từ 
máy biến dòng . Trong sơ đồ dùng hai máy biến dòng , một hạ từ múc 2000A 
xuống 5A , hai hạ tù 5A xuống 0,02 A. 
4.5. Nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu 
,iT2
,iT4iT3
iN
t
t
t
t
t
G1,G2
G3,G4
iT1
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 90
 Hình 4.15. Biểu đồ xung điều khiển nghich lưu sơ đồ cầu một pha 
 Đối với nghịch lưu dòng và nghịch lưu cộng hưởng,người ta chỉ quan tâm đến 
thời điểm mở của các thyristor,còn các quá trình khoá các thyristor sẽ được thực 
hiện bằng cách mở các thyristor cùng nhóm.Theo nguyên lý hoạt động của sơ đồ 
cầu một pha, tacó thể đề ra nguyên tắc phát xung điều khiển lên các cực điều khiển 
(G1,G2,G3,G4) theo biểu đồ xung như hình trên. 
 Xung điều khiển đưa vào cặp thyristor T1,T2 lệch nhau 1800 so với xung điều 
khiển đưa vào cặp T3,T4. 
 ;Nguyên lý nhưu sau: Mạch phát xung sẽ tạo ra xung tần số bằng tần số ra của 
nghịch lưu.Sau khi qua bộ đảo xung, sẽ được phân thành hai kênh lệch nhau 1800. 
Xung từ các kênh này được vi phân để lấy thông tin về thời điểm mở các cặp 
Thyristor.Các xung này đưa vào các bộ khuyếch đại xung để tạo ra các xung điều 
khiển có độ dài bằng công suất đủ để mở các thyristor động lực. Để điều chỉnh tần 
số thì mạch tạo xung phải có khả năng thay đổi tần số theo quy luật mong muốn 
Udkh=f(f) Để ổn định tần số đối với phụ tải hay biến thiên người ta dung các bộ 
phản hồi dòng và áp của phụ tải. Mạch phát xung chỉ đóng vai trò kích thích mở 
lúc ban đầu , sau khi mạch dao động thì mạch phát xung sẽ được cắt ra. 
4.5.1. Khâu đồng pha nghịch lưu 
Hình 4.16. Khâu đồng pha nghịch lưu 
 Khâu này cũng có nhiệm vụ tạo ra một điện áp có góc lệch pha cố định lên các 
van của mạch nghịch lưu, giúp bảng điều khiển có thể điều khiển việc đóng mở 
của các Thyristor nghịch lưu. 
4.5.2 Khâu điều khiển nghịch lưu 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 91
 Hình 4.17. Mạch điều khiển nghịch lưu 
 Mạch điều khiển phần nghịch lưu được cấp điện áp 22 vôn từ máy biến áp lấy 
từ nguồn điện áp lưới 380 V. Trong mạch cũng sử dụng con IC ULN2003A/So 
con IC khuyếch đại có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu điều khiển các Thyristor. 
4.5.1. Khâu khởi động và kết thúc khởi động khi không khởi động được 
Bộ phận khởi động nghịch lưu áp dụng kiểu khởi động mềm quét tần số điện áp 
bằng không,chỉ cần lấy tín hiệu phản hồi điện áp trung tần trong một đường,không 
cần đến tín hiệu dòng trên tụ điện trung tần mạch song song, điện cảm ,tụ ,về bản 
chất tương đương với mạch ngoài kích chuyển thành mạch tự kích thuộc mạch 
phản hồi có giá trị bình quân,do trên mạch chủ không cần mắc thêm bất cứ mạch 
khởi động nào,không cần đến quá trình khởi động để nạp từ trước hoặc nạp điện 
trước,do đó mạch chủ được giản hoá,quá trình điều chỉnh được giản đơn. 
 Quá trình khởi động đại để như sau:trước khi khởi động mạch đổi chiều, đầu 
tiên dung tín hiệu ngoại kích cao hơn tần số cộng hưởng của mạch điện cảm ,tụ. 
điện áp trung tần sẽ được xác lập và phản hồi đến mạch tự động điều tần.Mạch tự 
động điều tần một khi đã làm việc sẽ đình chỉ động tác tần số quét xuống thấp của 
tín hiệu ngoại kích biến thành mạch điều tần tự động khống chế góc dẫn trước,làm 
cho thiết bị vận hành ổn định. 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 92
Hình 4.18. Mạch khởi động và kết thúc khởi động khi không khởi động được 
 Nếu một lần khởi động không thành công có nghĩa là mạch tự động điều tần chưa 
bám chắc tín hiệu phản hồi điện áp trung tần,lúc này tín hiệu ngoại kích vẫn cứ 
quét đến tần số thấp nhất,mạch khởi động trở lại một khi kiểm tra tần số ngoại 
kích tiến vào đoạn tần số thấp nhất thì tiến hành khởi động một lần nữa,lại đẩy tín 
hiệu ngoại kích đến tần số cao nhất,rồi quét lại một lần nữa,có đến khi khởi động 
thành công.Chu kỳ khởi động trở lại vào khoảng 0,5 giây. 
 4.5.4. Khâu tạo tần số khởi động 
 Tín hiệu điện áp trung tần dẫn vào từ các đầu số 27 và 28, đi qua IC1A chuyển 
thành tín hiệu sóng hình vuông,dẫn vào chân 30 của IC6.Tín hiệu khởi động đổi 
chiều được lấy ra từ 15P,16P của IC6 sau khi qua bộ khuyếch đại IC7A khởi động 
đèn tinh thể Q5,Q6.IC4C và IC4B hợp thành bộ báo giờ khống chế điện áp đổi 
chiều,dẫn vào chân số 33 CLOCK 2 của IC6; chiết áp vi chỉnh RW6 dùng xác 
định tần số cao nhất của bộ báo giờ khống chế điện áp(tức tần số cao nhất của tín 
hiệu ngoại kích đảo chiều). 
§o khëi ®éng thÊt b¹i
LM339
Vcc
Vcc
Vcc
Khãa 1
IC4A
R69
R41
C29
C23
R40
Vcc
LM324
IC3B
D31
D30
Rw3R47
C21
C22
R39
Dw4
Rw4
Khãa 2
LM324
IC3C
C20
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 93
 Hình 4.19. Khâu tạo tần số khởi động nghịch lưu 
 Ngoài ra khi phát sinh bảo vệ quá điện áp,bộ dao động bảo vệ quá điện áp IC6 sẽ 
dao động,dẫn ra gấp 2 lần xung khởi động tần số đổi chiều lớn nhất,làm cho 4 
Thyristor trong cầu đổi chiều đều thông điện. 
 IC4A là bộ đo kiểm tra khi khởi động thất bại, đầu ra của nó sẽ khống chế mạch 
khởi động nội bộ IC6. 
4.5.5. Khâu bảo vệ quá dòng 
Hình 4.20. Khâu bảo vệ quá dòng 
VCC
VCC
R52
R53f max
D33
D34
R48
C27
khoa3
-
+
LM339
IC4C
RW6
-
+
LM339
IC4B
R51
C26
C30
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 94
 Tín hiệu bảo vệ quá dòng sau khi qua Q3 được đảo pha, đưa đến 20P của 
IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động đèn chỉ thị LED “D104” làm 
cho sáng và khởi động bộ báo động.Sau kho bộ khởi động quá điện áp làm 
việc,chỉ có thông qua sự phục hồi tín hiệu hoặc thông qua đóng mở máy tiến hành 
“nạp điện phục hồi” mới có thể vận hành trở lại.Thông qua chiết áp vi chỉnh W1 có 
thể điều chỉnh mức điện quá dòng. 
 Trường hợp đầu vào xoay chiều 3 pha bị thiếu pha,bảng khống chế vẫn có thể 
thực hiện sự bảo vệ và chỉ thị đối với nguồn điện.Nguyên lý như sau:Phân biệt lấy 
tín hiệu điện áp 3 pha A,B,C qua sự ngăn cách của bộ ngẫu hợp quang điện dẫn 
đến IC6 tiến hành đo và xác định,mỗi khi xảy ra hỏng hóc “thiếu pha”ngoài việc 
phong toả xung khởi động chỉnh lưu,còn phải khởi động đèn chỉ thị LED “D102” 
và bộ báo động. 
4.5.6. Khâu đo thiếu điện áp 
 Để mạch khống chế có thể vận hành chuẩn xác và tin cậy,trên mạch khống chế 
còn lắp đặt bộ khởi động ổn định thời gian và bộ bảo vệ khi thiếu điện áp nguông 
khống chế.Trong khoảnh khắc mở máy,mạch điện khống chế công tác không ổn 
định,phải lắp đặt bộ dịnh thời gian trên dưới 3 giây,sau khi định xong thời gian 
mới cho phép lấy ra xung khởi động.Mạch này được cấu tạo bởi linh kiện 
IC2B.Nếu vì nguyên nhân nào đó gây nên điện áp một chiêu quá thấp trên bảng 
khống chế,bộ ổn áp không thể bị sai lệch.Phải lắp đặt một mạch đo thiếu điện áp 
(cấu thành bởi IC2A),một khi điện áp VCC thấp dưới 12,5 V thì phong toả xung 
khởi động chỉnh lưu,phòng ngừa sự khởi động không chính xác, đồng thời đèn chỉ 
thì LED”D100: sáng lên và khởi động bộ báo động. 
 Hình 4.21. Khâu đo thiếu điện áp 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 95
 Mạch khởi động tự động nằm ở bên trong IC6.Ngắn mạch dây nhảy 1 để đóng 
mạch khởi động tự động. 
 4.5.7. Khâu bảo vệ quá áp 
Hình 4.22. Khâu bảo vệ quá áp 
Q2 là bộ đo quá điện áp trung tần,dẫn vào 29P của IC6,phong toả xung khởi động 
chỉnh lưu,khởi động đèn chỉ thị LED “D101” làm cho đèn sáng lên và khởi động 
bộ báo động, đồng thời làm cho bộ dao động bảo vệ qú điện áp bắt đầu dao 
động.Sau khi bộ bảo vệ qúa điện áp làm việc cúng như bộ bảo vệ quá dòng,chỉ có 
thông qua việc phục hồi tín hiệu hoặc đóng mở máy để “nạp điện phục hồi”mới có 
thể vận hành trở lại. Điều chỉnh chiết ap vi chỉnh W2,có thể điều chỉnh mức qua 
điện áp. 
 4.5.8. Khâu bảo vệ mất nước 
 Hình 4.23. Khâu bảo vệ mất nước 
 IC4D và các mạch chung quanh cấu tạo thành mạch bảo vệ áp suất nước quá 
thấp kéo dài thời gian ,thời gian kéo dài khoảng 3 giây.Dẫn vào đến 27P của 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 96
IC6,phong toả xung khởi động chỉnh lưu,khởi động cho sáng đèn chỉ thị LED 
“D103” và khởi động bộ báo động.Sau khi áp lực nước bình thường,mạch điện sẽ 
tự động phục hồi công tác bình thường. 
Tín hiệu công tác phục hồi dẫn vào đầu số 29,trạng thái đóng là phục hồi/tạm 
dừng. 
Tín hiệu đồng hồ báo giờ CLOCK 1 dẫn đến IC5~35P,chu kỳ tín hiệu là 20μs 
4.5.9. Khối tạo điện áp cung cấp cho các phần tử của bảng mạch 
Hình 4.24. Khâu tạo điện áp cung cấp cho các phần tử của bảng mạch 
Ở đây dùng các phẩn tử ổn áp 7805 để tạo ra điện áp 5 V và 7815 để tạo ra điện áp 
15V. 
4.5.10. Nguyên lý hoạt động và tác dụng của các chiết áp trên bảng mạch: 
Trên bảng mạch ta có 6 chiết áp: 
Công dụng của các chiết áp lần lượt như sau: 
-W1 Chiết áp thiết kế dòng ra lớn nhất,khi có dòng phản hồi có thể xác định dòng 
ra lớn nhất,chỉnh theo chiều kim đồng hồ làm tăng dòng lên,phạm vi điều chỉnh 
khoảng 2 lần. 
-W2 Chiết áp thiết kế điện áp trung tần ra lớn nhất,khi có điện áp phản hồi có thể 
xác định được áp trung tần ra lớn nhất,chỉnh theo chiều kim đồng hồ thì giảm nhỏ 
phạm vi điều chỉnh lớn nhất 2 lần. 
-W3 Chiết áp thiết kế góc đẫn trước đổi chiều lớn nhất,theo chiều kim đồng hồ sẽ 
giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn nhất khoảng 400-600 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 97
-W4 Chiết áp thiết kế góc dẫn trước đổi chiều nhỏ nhất,theo chiều kim đồng hồ thì 
giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn nhất khoảng 200-400 
-W5 Chiết áp thiết kế tần số đổi chiều ngoại kích lớn nhất,theo chiều kim đồng hồ 
giảm nhỏ,phạm vi điều chỉnh lớn nhất khoảng 2 lần. 
-W6 Chiết áp thiết kế tần số trên đầu vào của kim đồng hồ báo giờ chỉnh lưu,chỉnh 
theo chiều kim đồng hồ sẽ giảm nhỏ. 
4.5.11. Thiết kế riêng bộ biến áp xung 
 Từ bảng điều khiển ta chỉ thấy biến áp xung điều khiển các van nghịch lưu mà 
không thấy biến áp xung điều khiển van nghịch lưu nên ta phải thiết kế biến áp 
xung cho các van nghịch lưu . Ở đây nghịch lưu có thể rất đa dạng như các van 
nghịch lưu không phải bốn van mà là 8 van hoặc các van nghịch lưu khác loại 
nhau . 
Hình 4.25. Sơ đồ biến áp xung nghịch lưu 
Biến áp xung có thể thực hiện các nhiệm vụ sau: 
- Cách ly mạch lực và mạch điều khiển. 
- Phối hợp trở kháng giữa tầng KĐX và cực điều khiển van lực. 
- Nhân thành nhiều xung (BAX nhiều cuận thứ cấp) cho các van cần mở đồng thời 
như trương hợp phải mắc nối tiếp hoặc song song nhiều van... 
D1
D2
D3
D4
1 5
4 8
1 5
4 8
R1
C1
C2
D8
R4
1 5
4 8
R2
1 5
4 8
D7
D5
C4
C3 D6
R3
G1
K1
G2
K2
G3
K3
G4
K4
OUT1
OUT2
24V
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 98
BAX phải làm việc với tần số cao nên lõi thép biến áp cho tần số lưới điện 50HZ 
không đáp ứng được. Lõi dẫn từ trường cho BAX thường dùng nhất hiện any là lõi 
ferit dạng xuyến,hình trụ hoặc có tiết diện kiểu chữ E. Vì khả năng tải công suất ở 
tần số cao lớn hơn nhiều lần ở tần số lưới điện bình thường nên kích thước lõi 
BAX dùng ferit nhỏ gọn hơn hẳn.Tuy nhiên do tổn thất trong biến áp tăng mạnh 
theo tần số nên cường độ từ cảm cũng phải giảm đáng kể so với tần số 50Hz 
Quá trình tính chọn biến áp xung vào thông số các thyristor nghịch lưu như sau: 
- Điện áp điều khiển thyristor: Udk = 1,32 V 
- Dòng điện điều khiển thyristor: Idk = 1,07m A 
- Thời gian mở xung: tm = 40 μs 
- Độ rộng xung điều khiển: tx = 2.tm 
- Mức sụt biên độ xung: sx = 0,15 
Hình 4.26. Sơ đồ máy biến áp 
 - Chọn vật liệu làm lõi sắt là Ferit HM. Lõi có dạng hình xuyến,làm việc trên một 
phần của đặc tính từ hoá có: ΔB = 0,3T, ΔH = 30A/m. Không có khe hở không 
khí. 
- Tỷ số biến áp xung: Lấy m=3 
- Điện áp cuộn thứ cấp biến áp xung: U2 = Udk = 1,32 (V) 
- Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp biến áp xung: 
 U1 = m.U2= 3.1,32 = 3,96 (V) 
- Dòng điện thứ cấp biến áp xung: I2 = 0,107 (A) 
- Dòng điện sơ cấp biến áp xung: I1 = I2/m = 0,107/3 = 0,036A 
- Độ từ thẩm trung bình tương đối của lõi sắt: 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 99
 μtb = ΔB/μ0.ΔH = 0,3/1,25.30 = 8.10 3 (H/m) 
 Trong đó μ0=1,25.10-6 (H/m) là độ từ thẩm của không khí 
- Thể tích của lõi thép cần có là: 
 0 1 12
μ .μ . . . ..
Δ
tb x xt s U IV Q L
B
= = 
Thay số vào ta được : V = 2
663
3,0
036,0.96,3.15,0.10.80.10.25,1.10.8 −− 
 V = 0,190.10-6 (m3) 
 Chọn mạch từ có thể tích V = 0,190.10-6 (m3). Với thể tích đó ta có kích thước 
mạch từ như sau: a = 4,5 mm; b = 6,5mm, d = 2cm, D = 3cm. 
- Số vòng quấn dây sơ cấp biến áp xung: 
 w1 = U1.tx/ΔB.Q = 165 vòng; 
- Số vòng dây thứ cấp: W2 = W1/m = 165/3 = 55 (vòng) 
- Tiết diện dây quấn thứ cấp: S1 = I1/J1 = 0,036/6 = 0,006 (mm 2 ) 
 Chọn mất độ dòng điện J = 6(A/mm2) 
- Đường kính dây quấn sơ cấp : d1 = π
1.4 S = 
314,0
006,0.4 = 0,076 (mm) 
 Chọn d = 0,08 (mm), S1 = 0,012 mm2 
- Tiết diện dây quấn thứ cấp : S2 = I2/J2 = 0,107/4 = 0,0267 mm2 
 Chọn mật độ dòng điện J2 = 4 A/mm2 
- Đường kính dây quấn thứ cấp: d1 = π
1.4 S = 
314,0
0267,0.4 = 0,034 (mm) 
 Chọn dây có đường kính d2 = 0,08 (mm), S2 = 0,02 mm2. 
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 100
CHƯƠNG 5 
THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN LÒ VÀ GIỚI THIỆU 
BẢNG ĐẤU DÂY 
5.1. Thiết kế tủ điều khiển lò 
Hình 5.1. Bố trí các linh kiện phí mặt ngoài cánh cửa tủ điều khiển 
600 V 3000A 1000V
1500Hz 450V
Bieán trôû
Nót Ên
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 101
Hình 5.2. Bố trí các linh kiện mặt phía trước bên trong tủ 
DW16-2000
2000A
400V
55KG
380V
66x59x40cm3
T
KĐT
ATMTI 5-0,2A
BAX 1
BA BA
Cuoän khaùng moät chieàu
NL1 NL1T
NL1TTNL1
BAX 2
BAX 4
BAX 3
TCL1 CL2T
CL4TCL3T
TCL5 CL6T
 Maïch 
ñieàu khieån loø
Maùy caét DELIXI
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 102
Hình 5.3. Bố trí các linh kiện mặt phía sau bên trong tủ 
CH82
0,22uF
2000V
CH82
0,1uF
4KV
RX
20-50
20R-J
DW16-2000
2000A
400V
55KG
380V
66x59x40cm3
12 ôm
Cuoän khaùng moät chieàu
Ñieän trôû 
 Shunt
Maïch RC Maïch RC
CK khoâng khí
Maïch RC
Maùy caét DELIXI
Bieán doøng cao
Chương 4: Khảo sát bảng mạch điều khiển lò trung tần nấu thép 
 103
5.2. Giới thiệu bản đấu dây