Bài giảng Điện Công Nghệ

1Bài giảng 4 Bài giảng Điện Công Nghệ TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK 2 2Bài giảng 4 Hồ quang điện – Ôn lại
Hồ quang điện: phóng điện ở mật độ dòng điện cao, và nhiệt độ cao.
Các khu vực: vệt cathode (khoảng 20 V), vệt anode (10 – 20 V), và thân hồ quang. Kích thước của vệt cathode và anode rất nhỏ, do đó thân hồ quang coi như dài bằng khoảng cách điện cực.
Điện cực bao gồm: điện cực khó nóng chảy và điện cực nóng chảy. Điện cực nóng chảy sử dụng chủ yếu trong hàn hồ quang, nấu chảy kim loại và hợp kim trong lò hồ quang. 3Bài giảng 4 Lò luyện kim hồ quang
Phân loại  Lò hồ quang tác động gián tiếp: hồ quang cháy bên trên các lớp liệu cần được đốt nóng, trao đổi nhiệt chủ yếu nhờ bức xạ.  Lò hồ quang tác động trực tiếp: hồ quang cháy giữa điện cực và lớp liệu cần đốt nóng. Nhiệt sinh ra do nhiều quá trình: vệt cathode/anode, dòng điện qua kim loại nóng chảy, bức xạ nhiệt, đối lưu, và dẫn nhiệt.  Lò hồ quang chân không: hồ quang cháy trong khí trơ hoặc hơi kim loại ở áp suất thấp.
Thời gian nấu chảy chiếm khoảng 50% toàn bộ quá trình luyện kim, chi phí năng lượng từ 60 đến 80%. 4Bài giảng 4 Lò luyện kim hồ quang (một vài hình ảnh thực tế) 5Bài giảng 4 Trang bị điện cho lò luyện kim hồ quang
Yêu cầu  Điều chỉnh công suất linh hoạt.  Ổn định áp suất trong lò.  Hệ thống truyền động điện thích nghi và đáp ứng nhanh.  Hạn chế và bảo vệ sự cố
Phần cao áp: gồm dây nối, khí cụ đóng/ngắt mạch động lực, kháng điện, cuộn sơ cấp của MBA lò. Phần hạ áp: thanh cái, dây dẫn mềm nối với hệ thống điện cực, chịu dòng điện rất lớn (100 kA và lớn hơn), chế tạo từ băng đồng mỏng hoặc ống được làm mát bằng nước.
Các kháng điện dùng để hạn chế dòng điện ngắn mạch, cùng với các mạch bảo vệ khác. 6Bài giảng 4 Trang bị điện cho lò luyện kim hồ quang (tt)
Thông số điện của các hệ thống cao áp và hạ áp được đo thông qua các máy biến dòng điện và máy biến điện áp.
Có một hệ thống điều chỉnh tự động công suất. Các hệ thống nhận lệnh điều khiển bao gồm: hệ truyền động điện cực, bộ đổi nấc của máy biến áp, hay các bộ biến đổi công suất.
Tồn tại một dải dòng điện làm việc với chế độ làm việc tối ưu (hình 5.8). 7Bài giảng 4 Lò hồ quang chân không
Lò hồ quang chân không được dùng để nâng cao chất lượng kim loại, nhờ việc giảm hàm lượng tạp chất và khí hòa tan chứa trong kim loại.
Lò chân không chủ yếu dùng cho các kim loại quý hiếm: titan, wolfram, tantal, molybden, và các loại thép chất lượng cao.
Điện cực là các kim loại cần được luyện, truyền động nhờ động cơ điện hoặc thủy lực.
Có một cuộn dây tạo từ trường dọc, để làm hồ quang chuyển động nhưng không chạm vào thành lò, và hỗ trợ quá trình cháy của hồ quang. Điều này sẽ giúp cải thiện cấu trúc kim loại nhờ sự chuyển động của kim loại nóng chảy trong chậu. 8Bài giảng 4 Cơ sở vật lý – kỹ thuật của hàn hồ quang
Hàn hồ quang: là quá trình tạo liên kết giữa các chi tiết bằng việc nấu chảy chúng nhờ hồ quang. Đây là một trong những quá trình công nghệ phổ biến, được ứng dụng nhiều trong chế tạo máy và xây dựng.
Điện cực (que hàn) sẽ bị nóng chảy và đọng lại trên chi tiết cần nối, hình thành chậu kim loại nóng chảy, và tạo ra mối hàn vững chắc. Thân hồ quang dài vài mm, với điện áp duy trì từ 18 đến 45 V.
Lớp xỉ xung quanh que hàn giúp duy trì hồ quang cháy bền vững, với nhiều thành phần có những chức năng và đặc tính đặc biệt: TiO2 hoặc FeTiO3, K, Al, M2SiO3, bột gỗ, carbonat kim loại, canxi florua, Fe, và MnO, ... 9Bài giảng 4 Cơ sở vật lý – kỹ thuật của hàn hồ quang (tt)
Que hàn có đường kính được chuẩn hóa, và được chế tạo cho những ứng dụng khác nhau. Ví dụ, que hàn chứa hàm lượng carbon thấp, cho mối hàn có tải trọng trung bình có thể có các đường kính sau  2.5 mm: 50 - 90 A (hàn bằng), 50 - 80 A (hàn đứng & hàn trần)  3.2 mm: 90 - 140 A (hàn bằng), 80 - 130 A (hàn đứng & hàn trần)  4.0 mm: 140 - 190 A (hàn bằng), 120 - 170 A (hàn đứng & hàn trần)  5.0 mm: 180 - 240 A (hàn bằng), 160 - 210 A (hàn đứng & hàn trần)
Que hàn thép không rỉ  2.5 mm: 50 - 80 A (hàn bằng), 40 - 70 A (hàn đứng & hàn trần)  3.2 mm: 80 - 110 A (hàn bằng), 70 - 100 A (hàn đứng & hàn trần)  4.0 mm: 110 - 140 A (hàn bằng), 100 - 130 A (hàn đứng & hàn trần) 10Bài giảng 4 Nguồn năng lượng cho hồ quang
Nguồn cung cấp và hồ quang cần đạt điều kiện ổn định
Máy biến áp hàn cần có đặc tính làm việc đáp ứng yêu cầu duy trì hồ quang ổn định, tức là có thể điều chỉnh dòng điện và điện áp trong phạm vi rộng, và tổng trở của MBA hàn mang tính cảm kháng.
Dòng điện hàn có thể được điều chỉnh bằng một vài cách, phổ biến nhất là điều chỉnh điện kháng của MBA hàn: nối thêm điện kháng vào cuộn thứ cấp, tăng điện kháng tản của bản thân MBA hàn, hay bố trí cuộn kháng điều chỉnh trong mạch từ của MBA. 0>−= dI dU dI dUS hn 11Bài giảng 4 Nguồn năng lượng cho hồ quang (tt)
Biểu thức dòng điện ngắn mạch bên phía thứ cấp Với e – số vòng/volt, Rµ – từ trở tản của MBA hàn
Dòng điện thứ cấp có thể thay đổi bằng cách:  Thay đổi số vòng dây sơ cấp  Dùng shunt từ, làm thay đổi khe hở không khí để thay đổi từ trở  Thay đổi số vòng dây thứ cấp  Thay đổi đồng thời số vòng dây thứ cấp và từ trở σσ µµ 22 1 2 1 1 2 W eR W W W RU I n == 12Bài giảng 4 Máy biến áp hàn – Một số hình ảnh