Giáo trình Điện công nghiệp - Chương 6: Trang bị điện máy cán thép - Nguyễn Bê
89
Chương 6
TRANG BỊ ĐIỆN MÁY CÁN THÉP
6-1 Khái niệm chung về công nghệ cán thép
1. Biến dạng của kim loại
Kim loại được gia công
bằng áp lực rất phổ biến.
Phương pháp gia công bằng
áp lực bao gồm nhiều dạng:
cán, ép, dập, đột, cắt, kéo,
chuốt v.v… Dưới tác dụng
của áp lực ngoài (ngoại lực),
kim loại sẽ bị biến dạng
hoặc bị đứt gãy.
H.6-1 Cấu trúc mặt cắt kim loại đã mài nhẵn
a) Sơ đồ các hạt tinh thể kim loại
b) Ranh giới giữa các hạt nhìn qua kính hiển vi
Làm biến dạng kim loại để
nhận được các sản phẩm
theo yêu cầu nào đó khi gia
công bằng áp lực là nội dung của lý thuyết biến dạng dẻo, lý thuyết gia công
kim loại bằng áp lực. Ta chỉ xét những vấn đề chung để hiểu những yêu cầu
công nghệ đòi hỏi sự đáp ứng của trang bị điện cho các máy gia công bằng
áp lực.
Dùng kính hiển vi để quan sát một mặt kim loại đã mài nhẵn để thấy cấu
trúc của nó như hình 6-1. Qua hình vẽ này ta thấy các hạt tinh thể kim loại
tiếp xúc với nhau theo đường thẳng gẫy khúc trên mặt mài.
Bằng nhiều thực nghiệm người ta đã nhận biết được: Kim loại bị phá huỷ
không phải theo lớp phân cách giữa các hạt mà sự phá huỷ lại chính ở các
hạt (theo mặt trượt tinh thể).
Sự thay đổi kích thước và hình dáng ban đầu của vật thể kim loại khi bị
ngoại lực tác dụng gọi là biến dạng kim loại. Biến dạng của kim loại được
chia thành hai loại là: biến dạng đàn hồi và biến
P
δ
ε1
dạng dẻo.
ε0
B
C
- Biến dạng đàn hồi là biến dạng của vật thể mà
sau khi ngoại lực thôi tác dụng vào vật thì vật sẽ
trở lại hình dáng và kích thước ban đầu, nghĩa là
vật chỉ biến dạng khi nó đang chụi tác dụng của
ngoại lực.
- Biến dạng dẻo là biến dạng của vật mà sau khi
bỏ ngoại lực tác dụng vào nó, nó có hình dáng và
kích thước mới so với hình dạng và kích thước ban
đầu.
A
ε%
0
ε0
ε1
H 6.2 Quan hệ giữa lực kéo và
biến dạng dài của mẫu thép
90
Trục tung biểu thị lực kéo hay ứng suất kéo. Trục hoành biểu thị chiều dài
thanh thép mẫu hay độ dãn tương đối. Đầu tiên, độ dài mẫu thép tăng tỷ lệ
thuận với lực kéo (đoạn OA). Ở đoạn này, nếu thôi tác dụng lực, mẫu sẽ lấy
lại hình dạng và kích thước cũ, đó là giai đoạn biến dạng đàn hồi.
Trong mạng tinh thể, các nguyên tử kim loại chiếm vị trí tương ứng với thế
năng cực tiểu. Khi biến dạng đàn hồi, các nguyên tử xê dịch khỏi vị trí cân
bằng ổn định. Sự xê dịch này rất nhỏ, không quá khoảng cách giữa các
0
0
nguyên tử (cỡ vài A, 1 A = 1.10-7mm). Do sự tăng khoảng cách giữa các
nguyên tử mà thể tích kim loại tăng lên, mật độ kim loại giảm đi.
Nếu tiếp tục tăng lực kéo quá giới hạn đàn hồi (tương ứng điểm A), độ
tăng biến dạng dài sẽ không tỷ lệ với lực kéo, mà nó sẽ tăng nhanh hơn
(đoạn cong AC). Nếu cứ tiếp tục tăng lực kéo nữa, sẽ dẫn đến mẫu bị phá
huỷ (đứt, tương ứng với điểm B). Khi lực kéo tăng chưa đến mức phá huỷ
mẫu (điểm C), mà lực kéo bắt đầu giảm thì mẫu không lấy lại được hình
dạng và kích thước cũ, mà nó còn giữ lại một độ dãn nào đó (đoạn ε0), người
ta gọi đó là độ biến dạng dẻo của vật.
Như thế, biến dạng đàn hồi luôn xảy ra trước mọi biến dạng dẻo. Biến
dạng dẻo của kim loại phụ thuộc vào thành phần cấu tạo kim loại, nhiệt độ
và phương pháp gia công bằng áp lực.
Các phương pháp gia công bằng áp lực như cán, kéo, ép, dập, rèn …dựa
vào biến dạng dẻo của kim loại để thay đổi hình dạng, kích thước của kim
loại.
Ngoại lực tác dụng vào kim loại phải vượt quá giới hạn bắt đầu gây biến
dạng (theo hướng lực cản nhỏ nhất), nhưng không gây ra phá hủy kim loại,
tức là phá vỡ mối liên kết giữa các hạt; từ đó cũng làm thay đổi tính chất cơ
lý của kim loại.
Thực nghiệm kéo mẫu chứng tỏ rằng biến dạng của kim loại xảy ra là do
kim loại trượt theo các mặt phẳng xác định gọi là mặt phẳng trượt. Khi các
mặt phẳng này trượt, bề mặt mẫu sẽ có các vết gọi là các đường trượt. Mặt
phẳng trượt thường trùng với mặt phẳng tác dụng của ngoại lực một góc
khoảng 450. Biến dạng dẻo chỉ có thể bắt đầu khi tạo ra trong kim loại một
trạng thái ứng suất xác định. Khi đó ứng suất trượt (tiếp tuyến) tác dụng theo
mặt phẳng trượt đạt độ lớn xác định tuỳ thuộc tính chất của kim loại và
thắng được nội trở trên mặt phẳng trượt hay theo đường phân cách giữa các
hạt trong kim loại.
Khi gia công bằng áp lực, có thể coi ngoại lực là tổ hợp các lực kéo và nén.
Để khảo sát một số dạng biến dạng chính, ta quy ước ứng suất nén là dương,
ứng suất kéo là âm.
91
2. Khái niệm chung về công nghệ cán thép
Cán là một phương pháp gia công bằng áp lực để làm thay đổi hình dạng
và kích thước của vật thể kim loại dựa vào tính chất biến dạng dẻo của nó.
Yêu cầu quan trọng trong quá trình cán là ứng suất nội của biến dạng dẻo
không được quá lớn, đảm bảo kim loại vẫn giữ được độ bền cao. Do ứng
suất nội biến dạng dẻo giảm khi nhiệt độ kim loại tăng, cho nên trên thực tế
phương pháp cán nóng thường được sử dụng nhiêu nhất để giảm lực cán và
năng lượng tiêu hao trong quá trình cán.
Trong một số trường hợp do yêu cầu công nghệ phải dùng phương pháp
cán nguội, ví dụ như cán thép tấm mỏng có bề dày tấm cán nhỏ hơn 1mm.
Vì nếu cán thép tấm mỏng mà dùng phương pháp cán nóng sẽ sinh ra lớp
vảy thép khá dày so với thành phẩm nên bề dày mặt tấm thép cán sẽ không
đồng đều về chiều dày. Căn cứ vào nhiệt độ của phôi trong quá trình cán,
người ta chia ra hai phương pháp cán:
- Phương pháp cán nguội: khi nhiệt độ của phôi nhỏ hơn 4000C.
- Phương pháp cán nóng: khi nhiệt độ của phôi lớn hơn 6000
a) Cấu tạo của máy cán
Máy cán thực hiện nguyên công chính làm biến dạng dẻo kim loại để có
hình dạng và kích thước theo yêu cầu mong muốn. Phôi kim loại được nén
ép, kẹp và kéo qua hai trục cán quay ngược chiều nhau.
Một máy cán thường có các bộ phận chính sau (hình 6-3):
+ Hộp cán: gồm hai trục cán 9 (h.6-3a) hoặc nhiều trục cán 10, 11…
(h.6-3d), gối trục đặt trên thân máy 12 (h.6-3a và 6-3d). Trục cán trên
thường được gọi là trục cán động có thể dịch chuyển theo phương thẳng
đứng và được định vị bằng thiết bị kẹp trục, còn trục cán dưới là trục cán cố
định.
+ Cơ cấu và thiết bị truyền lực: có thể khác nhau tuỳ theo chức năng và cấu
tạo của từng loại máy cán.
Ở những máy cán công suất lớn (cán thô, cán thép tấm dày) và các máy
cán có tốc độ cao, thì hai trục cán được truyền động riêng rẽ từ hai động cơ
riêng rẽ 3 (h. 6-3a và 6-3b). Ở những máy cán khác, truyền động quay trục
cán do một động cơ 9 đảm nhận gọi là truyền động nhóm thông qua hộp
bánh răng có cùng đường kính với tỷ số truyền i = 1.
Giữa động cơ truyền động 3 và hộp bánh răng 4 có đặt hộp tốc độ để phối
hợp tốc độ giữa động cơ truyền động và tốc độ của trục cán phù hợp theo
yêu cầu công nghệ.
+ Động cơ truyền động: để truyền động trục cán thường dùng các loại sau:
- Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc cho máy cán liên tục công suất nhỏ.
- Động cơ không đồng bộ roto dây quấn được dùng cho máy cán liên tục
công suất lớn
92
- Động cơ điện một chiều được dùng cho các máy cán đảo chiều (máy cán
quay thuận nghịch)
Hình 6-3 Cấu tạo của máy cán
93
b) Phân loại máy cán
Máy cán rất đa dạng và nhiều chủng loại. Phân loại máy cán có thể dựa
trên các đặc điểm sau đây:
+ Theo tên gọi của sản phẩm sau khi cán:
- Máy cán thô, có đường kính trục cán Ф = (800 ÷ 1300)mm.
- Máy cán tấm có đường kính trục cán Ф = (1100 ÷ 1150)mm.
- Máy cán thép hình (đường ray, thép góc thép chữ U, thép chữ I) có
đường kính phôi cán Ф = (750 ÷ 900)mm.
- Máy cán dây có đường kính trục cán Ф = (250 ÷ 350)mm.
+ Theo nhiệt độ cán có hai loại:
- Máy cán nguội khi nhiệt độ của phôi cán có t0< 4000C.
- Máy cán nóng khi nhiệt độ của phôi cán có t0 > 6000C.
+ Theo công nghệ cán có hai loại:
- Máy cán liên tục không đảo chiều.
- Máy cán đảo chiều thuận nghịch
6-2 Các thông số cơ bản đặc trưng cho công nghệ cán thép
Công nghệ cán thép được mô tả trên hình 6-4:
Khi cho phôi kim loại vào
hộp cán, phôi bị kẹp và ép
chặt giữa hai trục cán quay
n
á
c
n
i
ngược chiều nhau, kết quả bề
dày của phôi giảm xuống,
chiều dài của phôi tăng lên và
chiều rộng tăng lên chút ít.
Nếu coi hai trục cán của
máy giống hệt nhau, quay
ngược chiều nhau cùng tốc độ
và phôi cán có cơ tính đồng
đều nhau, kí hiệu các đại
lượng của phôi là:
á
h
)
B1
c
k
1
i
)
c
ố
h
2
ớ
s
k
ỉ
ố
s
ư
u
r
h
a
T
c
ỉ
(
h
S
F2
B2
c
(
H1
Vùng biến dạng
H2
H 6-4. Công nghệ cán thép
H - bề dày phôi;
B - bề rộng của phôi;
L - chiều dài của phôi; F - tiết diện của phôi
Với chỉ số 1 của các thông số của phôi trước khi cán và chỉ số 2 của các
thông số của phôi sau khi cán ta có: L2 > L1; H2 < H1; F2 < F1
1. Các thông số cơ bản
a) Hệ số kéo dài
L2
λ =
>1
(6-1)
L1
Sau n lần cán, ta có hệ số kéo dài là:
94
n
λ =
λi
(6-2)
(6-3)
(6-4)
∏
i=1
Nếu coi thể tích của phôi là không đổi V1 = V2 thì:
V2
F2 F1
L2
L1
λ =
=
=
V1
F1
F2
Nếu coi độ nở rộng không đáng kể B1= B2 thì:
F1 H1.B1 H1
L2
λ =
=
=
=
L1 F2 H2 .B2 H2
b) Góc ngoạm α (hình 6-5) tương ứng với cung ngoạm AB
2) Điều kiện để trục cán ngoạm được phôi
Trục cán ngoạm được phôi và cán
y
ép được là nhờ ma sát tiếp xúc xuất
hiện trên cung ngoạm AB khi trục
cán quay. Ngoài lực T kéo phôi vào
còn có lực P đẩy ra của phôi. Nếu
lực của phôi đẩy ra lớn hơn lực kéo
vào thì trục cán không ngoạm được
phôi.
o
Px
P
T
x C
B
A
x
T
o
Biểu đồ lực tác dụng lên phôi cán
biểu diễn trên hình 6-5.
Phân tích hai lực trên ta thấy rằng:
để trục cán ngoạm được phôi thì:
Tx > Px hay T. cosα > P.sinα
T > P.tgα
H 6-5. Biểu đồ lực tác dụng lên trục cán
(6-5)
(6-6)
a) Độ nén ép tuyệt đối
∆h = H1 – H2
Từ hình 6-5 ta có:
H1 = H2 + 2BC
∆h = 2 BC = 2(OB – OC) = 2R(1-cosα)
∆h = D(1-cosα)
D - đường kính trục cán;
R - bán kính trục cán.
(6-7)
Trong đó
b) Độ nở rộng theo chiều ngang
∆b = B2 – B1
Theo công thức kinh nghiệm, có thể tính theo biểu thức sau:
∆b = a.∆h
với: hệ số a có xét đến ảnh hưởng nhiệt độ của phôi cán a = (0,25 ÷ 0,35)
95
c) Vùng chậm sau và vùng vượt trước
Khi cán thép, trong vùng biến
dạng (phần gạch chéo trên hình
6-4) sẽ có hai vùng:
- vùng chậm sau là vùng khi
tốc độ của phôi V1 nhỏ hơn tốc
độ dài của trục cán V1< V.
- vùng vượt trước là khi tốc độ
ra của phôi V2 lớn hơn tốc độ
dài của phôi V2 > V.
o
B
A
α
β
N
V
V1
V2
H1
A’
H0
H2
N’
B’
o’
Độ vượt trước được đặc
trưng bởi tỷ số:
V2
Vượt trước
V1
Chậm sau
V2 −V
s% =
[%]
(6-8)
V
với V- tốc độ dài trục cán;
V2- tốc độ ra của phôi khỏi
trục cán
H 6-6. Hiện tượng chậm sau và vượt trước
Trên thực tế, khi cán tấm dày s% = (3 ÷ 5), còn khi cán tấm mỏng
s% = (11 ÷ 15)
Như vậy ta có V1< V < V2.
Trong vùng biến dạng, tốc độ của phôi sẽ tăng từ V1 đến V2 nên sẽ có một
tiết diện nào đó tốc độ của phôi bằng tốc độ dài của trục cán (tiết diện N-N’
trên hình 6-6). Tiết diện này được gọi là tiết diện tới hạn (có tên gọi khác là
tiết diện trung bình). Góc tâm β tương ứng với cung chắn NB được gọi là
góc tới hạn.
Góc tới hạn có thể tính theo biểu thức sau:
⎛
⎞
α
2
α
2δms
α
2
⎜
⎟
⎟
(6-8)
β = . 1−
<
⎜
⎝
⎠
Trong đó: δms là góc ma sát.
d) Áp lực đặt lên trục cán trong quá trình cán thép
Khi cán, trục cán đặt lên phôi một lực để thắng nội trở biến dạng của phôi.
Ngoài ra, phản lực của phôi cũng gây ra một lực đặt lên trục cán.
Nếu gọi Ptb là áp suất ép trung bình và Ftx là diện tích tiếp xúc giữa trục cán
và phôi thì phản lực toàn phần đặt lên một trục cán bằng:
P = Ptb.Ftx
(6-9)
Trong đó: Ptb - áp suất ép trung bình, N/mm2;
Ftx - diện tích tiếp xúc, mm2.
Trị số áp suất ép trung bình phụ thuộc vào nhiều yếu tố sau đây:
- Thành phần hoá học của phôi
96
- Nhiệt độ của phôi.
- Độ dày của phôi (B1), độ nén ép (∆h) và một số yếu tố phụ khác.
B1 + B
Ftx = Btb .l = (
2 ).l [mm2]
(6-10)
(6-11)
2
Trong đó l - là dây cung AB chắn góc ngoạm α.
Tính gần đúng:
α
l = AB = Dsin
[mm]
2
α
2
1− cosα
Trong đó: sin
=
2
Đã biết ∆h = (1 – cosα)D; nên
α
2
∆h
2D
sin
=
(6-12)
(6-13)
Từ đó suy ra:
∆h
2D
l = D.
= R.∆h [mm]
Vì R = D/2 : bán kính trục cán.
Thay vào biểu thức trên ta có áp lực đặt lên một trục cán khi cán bằng:
P = P .Btb R.∆h
[N]
(6-14)
tb
Trị số áp suất ép trung bình được tính theo công thức Xêlicốp:
2H2
Ptb = 1,15kc.
.A.Aδ −1
(6-15)
∆h.(δ −1)
Trong đó: kc - điểm giới hạn nóng chảy của phôi;
δ - góc ma sát trượt;
H0
A =
;
H1
H0 - bề dày của phôi ở tiết diện giới hạn.
Các thông số kỹ thuật của phôi và trục cán được biểu diễn trên hình 6-7.
B1
α/2
F2
A
α
B2
∆h/2
B
H 6-7. Thông số của phôi và trục cán
97
6-3 Tính mômen truyền động trục cán
1. Phương pháp Xêlicốp
Phương pháp này dựa theo áp suất ép trung bình để tính mômen truyền
động trục cán, bao gồm các thành phần mômen sau:
- Mhi : mômen hữu ích cần thiết để làm biến dạng phôi và khắc phục lực
ma sát giữa phôi kim loại và trục cán trong vùng biến dạng ứng với cung
ngoạm
- Mômen không tải M0.
- Mômen động Mđg để khắc phục lực quán tính, tạo gia tốc.
Mômen động xuất hiện khi thực hiện đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ.
Vậy mômen cán bằng : M = Mhi + Mms + M0 + Mđg
- Mômen hữu ích được tính dựa vào áp lực trên trục cán.
(6-16)
Nếu coi biến dạng phôi như nhau ở hai phía của trục cán (α1 = α2) như hình
6-8, từ đó ta có:
Lực tác dụng:
Cánh tay đòn đặt lực: a1 = a2 = a, lúc đó mômen tác dụng lên trục cán 1 là:
M1= P.a = PΨ.l (6-18)
P1 = P2 = P
(6-17)
Trong đó:
a
Ψ = tỷ số cánh tay đòn đặt lực trên chiều dài của cung ngoạm
l
Ψ = 0,5 đối với phương pháp cán nóng
Ψ = (0,35 ÷ 0,45) đối với phương pháp cán nguội.
Từ các biểu thức đã dẫn, ta có:
M1 = Ptb.Btb.Ψ.R.∆h
Mômen truyền động cho cả hai trục cán:
Mhi = 2Ptb.Btb.Ψ.R.∆h
(6-19)
(6-20)
Mômen ma sát được tính theo biểu thức:
M hi + Pdµ
Pdµ
i
1
M ms
=
+ ( −1)
η
(6-21)
i
Trong đó: P - áp suất nén đặt lên trục cán [N/mm2 ];
d - đường kính của trục cán;
i - tỷ số tryền
µ - hệ số ma sát lăn;
η - hiệu suất của cơ cấu truyền lực.
- Mômen không tải:
M0 = (3 ÷ 5)%Mđm
(6-21)
(6-22)
- Mômen động:
J.dω
dt
M dg
=
Trong đó: J - mômen quán tính của hệ truyền động [kgm2]
98
2. Phương pháp suất tiêu hao năng lượng (STHNL)
Phương pháp này thực chất là
phương pháp tính mômen truyền
động trục cán theo suất tiêu hao
năng lượng trên một đơn vị khối
lượng của sản phẩm.
a1
o1
A1
α1
H1
V1
Phương pháp STHNL được tính
V2
dựa trên đường cong STHNL
được xây dựng từ thực nghiệm.
Đường cong này biểu thị độ tiêu
hao năng lượng trên một đơn vị
khối lượng sản phẩm sau độ kéo
H2
A2
α2
o2
a2
dài phôi (λ) hoặc theo chiều dày
(H) của phôi sau mỗi một lần cán.
H 6-8. Sơ đồ tính toán mômen cán
Đường cong STHNL được biểu diễn trên hình 6-9.
Đường cong STHNL
kW h/tấn
W
W
biểu diễn quan hệ
W=f(λ) suất tiêu hao
năng lượng theo độ kéo
dài sau mỗi lần cán
được sử dụng để tính
mômen truyền động
trục cán đối với các
máy cán quay thuận
nghịch, còn đường
∆ W
W0
λ0
λn-1
λn
λ
H(mm)
Hình 6-9 Đường cong STHNL
cong STHNL biểu diễn quan hệ giữa STHNL theo độ dày của phôi được
ứng dụng đối với các máy cán nguội liên tục.
Độ chính xác tính toán mômen truyền động trục cán của phương pháp này
càng cao nếu các điều kiện cán được tính toán càng sát với điều kiện xây
dựng đường cong STHNL.
Mômen cán cho lần cán đang tính toán sẽ bằng:
Mđt= 1,4.∆W.F.107 [N.m]
Trong đó: F - tiết diện của phôi ở lần cán đang tính, mm2;
D - đường kính trục cán, mm;
(6-23)
∆W - hiệu số suất tiêu hao năng lượng của lần cán đang tính và
lần cán trước đó.
99
6-4 Trang bị điện máy cán nóng thuận nghịch (CNTN)
1. Đặc điểm công nghệ
Máy cán nóng quay thuận nghịch (máy cán nóng đảo chiều) thường dùng
để cán thô.
Trong tổ hợp máy cán nóng thuận nghịch, ngoài các hộp cán còn có các
thiết bị phụ như: băng lăn, dao cắt, xe chở phôi, máy lật phôi v.v…
Trên hình 6-10 giới thiệu băng chuyền máy cán nóng thô 1150.
2
1
2
3
18
10
15
17
7
8
12
13
14
16
5
6
11
4
9
19
Hình 6-10 Dây chuyền máy cán nóng thô 1150
Phôi thép từ phân xưởng thép được vận chuyển đến là nung 2 bằng cầu
trục 1, số lò nung có thể lên tới 20 lò và mỗi lò nung có thể chứa được 4 ÷ 8
thỏi thép có khối lượng (5 ÷ 25) tấn/thỏi. Sau đó các thỏi thép được đưa lên
các xe chở phôi 3 và chở đến băng lăn tiếp nhận 4. Bàn cân 5 để cân khối
lượng thỏi thép. Bàn quay 6 dùng để quay thỏi thép cho đúng hướng (trong
trường hợp cần thiết có thể quay 1 góc tối đa 1800). Băng lăn 7 và 8 để đưa
thỏi thép đến hộp cán 10. Sau mỗi lần cán, thỏi thép được vận chuyển trở lại
các băng lăn trước hộp cán. Ở đây trong trường hợp cần thiết, thỏi thép có
thể lật đi một góc 900 nhờ máy lật 9.
Khi kết thúc lần cán cuối cùng, phôi cán thành phẩm được đưa qua băng
lăn 11, 12 và đến máy đánh vảy làm sạch 13 và sau đó đưa tới máy cắt phân
đoạn 14 theo kích thước quy định. Sau đó chuyển tới băng xích 15, băng lăn
16 và máy đẩy lên bàn xếp 17 chất vào kho chứa 18.
Động cơ 19 dùng để truyền động hộp cán 10.
Các máy cán nóng quay thuận nghịch có nhiều kiểu, nhiều loại, kết cấu tuỳ
từng loại cũng khác nhau nhưng chế độ làm việc của hệ truyền động trục cán
như nhau.
Động cơ truyền động trục cán làm việc ở chế độ rất nặng nề: đặc trưng bởi
tần số đóng cắt điện lớn (có máy đạt 1500 lần/ giờ) và luôn làm việc ở trạng
thái quá tải, lúc ngoạm phôi, mômen của động cơ truyền động có thể đạt tới
(2,5 ÷ 3)Mđm . Từ những đặc điểm trên, ta có thể đưa ra những yêu cầu chính
đối với thiết bị truyền động trục cán của máy cán thép như sau:
- Phạm vi điều chỉnh tốc độ yêu cầu D = 10:1.
100
- Phải làm việc với độ tin cậy cao trong điều kiện nặng nề (tần số đóng
cắt lớn, thường xuyên quá tải)
2. Hệ truyền động hộp cán trong máy CNQTN
Trong máy cán nóng quay thuận nghịch thường sử dụng hai phương pháp
truyền động.
- Truyền động nhóm: là dùng một động cơ truyền động quay hai trục cán
nhờ hộp bánh răng. Ưu điểm của phương pháp này là sơ đồ điều khiển đơn
giản, nhưng sơ đồ động học phức tạp, kích thước của hai trục cán yêu cầu
phải như nhau.
- Truyền động riêng rẽ: phương pháp này có ưu điểm là: sơ đồ động học
đơn giản, kích thước của hai trục cán không yêu cầu giống nhau, nhưng sơ
đồ nguyên lý điện phức tạp, cần đến hai động cơ, mỗi động cơ truyền động
một trục riêng biệt.
a) Hệ thống truyền động điện (truyền động nhóm) hộp cán trong máy cán
nóng quay thuận nghịch (CNQTN)
Dải điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động yêu cầu D = 10:1 và được thực
hiện điều chỉnh hai vùng:
- Vùng dưới tốc độ cơ bản (n < nđm)
Thực hiện bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần ứng của động cơ.
- Vùng trên tốc độ cơ bản ( n > nđm)
Thực hiện bằng cách giảm từ thông kích từ của động cơ.
Quá trình điều chỉnh tốc độ ở hai vùng tiến hành không đồng thời và không
phụ thuộc lẫn nhau. Sơ đồ nguyên lý điện trên hình 6-11 và sơ đồ điều khển
trên hình 5-12.
* Cấu trúc của sơ đồ:
Động cơ truyền động trục cán Đ(1) được cấp nguồn từ hai máy phát 1F(3)
và 2F(4) nối song song nhau. Cuộn kích từ của hai máy phát KT1F(5) và
KT2F(5) được cấp nguồn từ máy kích từ FKF(6). Cuộn kích từ của máy phát
KTFKF(14) được cấp nguồn từ máy điện khuếch đại từ ngang MĐKĐF(14).
Máy điện khuếch đại MĐKĐF có các cuộn kích từ sau:
- AKĐF(15) cuộn điện áp thực hiện chức năng đảo chiều quay của động
cơ bằng hai công tắc tơ 1N(15) và 1T(15).
- CĐKĐF(9) là cuộn chủ đạo đồng thời là cuộn phản hồi âm điện áp có
ngắt. Nguyên lý làm việc của khâu này như:
Khi điện áp máy phát 1F và 2Fcòn nhỏ hơn điện áp so sánh (Uss lấy trên
biến trở 2R(10), một trong hai điôt 1CL hoặc 2CL khoá nên dòng trong cuộn
CĐKĐF bằng không. Khi điện áp của máy phát 1F và 2F tăng bằng giá trị so
sánh thì 1CL hoặc 2CL thông, dòng điện trong cuộn CĐKĐF khác không,
có sẽ làm điện áp của máy phát 1F và 2F không bị tăng nhanh một cách
cưỡng bức.
101
1
2
3
Đ
R1
RA
CP
CB
1F
2F
4
5
KT2F
R2
R3
KT1F
R5
R4
MKĐF
6
7
FKF
1VR
8
CĐKĐF
R6
KN KT
KH
9
1Đ
2Đ
2T
3Đ
4Đ
2VR
10
2N
+
-
-
+
T
P
KC
0
KĐTF
11
12
13
1 2 3 4 5 6
6 5 4 3 2 1
R7
AKĐTF
KH
1T
3VR
2Y
1Y
CĐKĐTF
Các tiếp
điểm bảo vệ
1N
3Y
KH
KTFKF
KH
MĐKĐF
14
KN
KN
1BA
AKĐF
DKĐF
1N
1T
15
2T
1N
1T
1N
KT
1T
4Y
16
5Đ 6Đ
KN
7Đ 8Đ
KT
4VR
KT
17
18
2N
1Y
a
c
b
9Đ
11Đ
12Đ
DKĐĐ
10Đ
KĐTF
19
20
2Y
3Y
R8
R9
AKĐTĐ
KTFKĐ
MĐKĐĐ
21
2T 2N
RA
2BA
R11
AKĐTĐ
22
23
4Y
5Y
FKĐ
13Đ
R10
R12
KTĐ
24
25
14Đ
CĐKĐĐ
DKĐTĐ
1T
26
27
R13
MKĐĐ
1T
KN
KT
KT
KT
KN
RA
1N
4Y
R15
5Y
28
29
R16
R17
R14
KN
H. 6-11 Sơ đồ truyền động nhóm máy CNQTN
102
Điện áp trên biến trở 2R được cấp từ nguồn khuếch đại từ KĐT(11).
Khuếch đại từ KĐTF có hai cuộn khống chế:
- AKĐTF(12): là cuộn điện áp (cuộn dịch chuyển) để chọn điểm làm việc
ban đầu của KĐT.
- CĐKĐTF(13): là cuộn chủ đạo dùng để thay đổi thay đổi trị số điện áp ra
của KĐTF, chính là thay đổi trị số điện áp so sánh lấy trên biến trở 2R bằng
các công tắc tơ gia tốc 1Y, 2Y, 3Y.
+ DKĐF(16): là cuộn phản hồi âm dòng có ngắt, nhằm hạn chế dòng điện
của động cơ, bảo vệ động cơ truyền động trong trường hợp bị quá tải.
Nguyên lý làm việc của khâu hạn chế dòng như sau:
Khi dòng điện phần ứng trong động cơ truyền động còn nhỏ hơn trị số
dòng ngắt Iư < Ing [trị số Ing = (2,25 ÷ 2,5)Iđm] , điện áp Ui < Uss với Ui =
Iư(Zcp + ZCB), còn Uss = Uab hoặc Ubc lấy trên biến trở 4R(17). Khi đó điôt
5Đ, 6Đ hoặc 7Đ, 8Đ khoá, dòng trong cuộn DKĐF bằng không. Ngược lại,
khi Iư ≥ Ing, Ui ≥ Uss , khi đó 2 trong 4 điôt trên sẽ thông, dòng điện trong
cuộn DKĐF khác không, do tính chất khử từ của cuộn DKĐF, điện áp phát
ra của 1F và 2F giảm nhanh về không tạo ra đường đặc tính cơ dạng máy
xúc bảo vê cho động cơ không bị cháy khi quá tải. Điện áp trên biến trở
4R(17) được cấp nguồn từ khuếch đại KĐTĐ(19). Khuếch đại từ KĐTĐ có
hai cuộn khống chế:
- Cuộn AKĐTĐ(20) là cuộn điện áp (cuộn chuyển dịch) dùng để chọn
điểm làm việc của KĐT.
- Cuộn DKĐTĐ(26) là cuộn phản hồi âm dòng điện kích từ của động cơ
truyền động
+ MKĐF(27): là cuộn phản hồi mềm điện áp của máy phát kích từ FKF(7).
Nguyên lý làm việc của khâu phản hồi mềm điện áp như sau: Cuộn MKĐF
được nối vào đường chéo của cầu vi phân qua điện trở hạn chế R5. Cầu vi
phân được cấu thành từ 4 vai cầu gồm các điện trở R2, R3, R4 và hai cuộn
kích từ KT1F và KT2F. Khi điện áp phát ra của FKF ổn định (UFKF = const),
cầu cân bằng [R2.R4 = R3.(ZKT1F + ZKT2F)]. Dòng trong cuộn MKĐF bằng
không, ngược lại khi điện áp phát ra của máy phát FKF có xu thế tăng hay
giảm, do hai cuộn kích từ có tính cảm, cầu mất cân bằng, dòng trong cuộn
MKĐF khác không (chiều của nó sẽ ngược hoặc cùng chiều với dòng trong
cuộn AKĐF. Kết quả điện áp phát ra của FKF sẽ ổn định.
Sức từ động tổng của MĐKĐF bằng:
FΣ = FAKĐF – FCĐKĐF - FDKĐF ± FMKĐF
Như vây điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động trục cán Đ bằng cách thay
đổi trị số điện áp đặt vào phần ứng của động cơ (vùng n < nđm) thực hiện
bằng cách thay đổi điện áp phát ra của MĐKĐF thông qua các cuộn kích
thích của nó.
103
Cuộn kích từ của động cơ truyền động KTĐ(23) được kích nguồn từ máy
phát kích từ FKĐ(23). Cuộn kích từ cảu máy phát kích từ KTFKĐ(21) được
cấp từ máy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐĐ(21). Máy điện khuếch
đại có các cuộn kích thích sau:
+ AKĐĐ(22) là cuộn điện áp.
+ CĐKĐĐ(25) là cuộn chủ đạo dùng để điều chỉnh tốc độ, dòng trong
cuộn CĐKĐĐ cùng chiều với dòng trong cuộn AKĐĐ, nên khi công tắc tơ
gia tốc 4Y và 5Y(28) mất điện, làm cho điện áp rơi trên R17 (nối song song
với CĐKĐĐ) giảm xuống, kết quả điện áp ra của MĐKĐĐ giảm xuống,
dòng kích từ trong cuộn KTĐ giảm và tốc độ động cơ tăng lên.
+ DKĐĐ(18) là cuộn phản hồi âm dòng có ngắt. Khi Iư < Ing, Ui < Uss , điôt
9Đ, 12Đ (hoặc 10Đ,11Đ) khoá, dòng trong cuộn DKĐĐ khác không, nó làm
cho điện áp ra của MĐKĐĐ tăng lên, dòng kích từ của động cơ tăng lên, tốc
độ động cơ giảm nhanh xuống về không bảo vệ cho động cơ không bị cháy
trong trường hợp quá tải.
+ MKĐĐ là cuộn phản hồi mềm điện áp máy phát kích từ FKĐ(27).
Cuộn dây MKĐĐ được nối vào đường chéo của cầu vi phân cấu thành từ 4
vai cầu gồm: R10, R11, R12 và cuộn kích từ của động cơ KTĐ(23). Khi
điện áp ra của máy phát FKĐ ổn định ( UFKĐ = const). Cầu cân bằng (R10.
ZKTĐ = R11.R12), dòng trong cuộn MKĐĐ bằng không. Trong trường hợp
điện áp phát ra của FKĐ có xu hướng thay đổi, cầu mất cân bằng (do cuộn
KTĐ có tính điện cảm) dòng trong cuộn MKĐĐ khác không, chiều dòng
trong cuộn MKĐĐ sẽ cùng chiều hoặc ngược chiều với dòng trong cuộn
AKĐĐ làm cho điện áp phát ra của FKĐ sẽ ổn định.
Sức từ động tổng của MĐKĐĐ bằng:
FΣ = FAKĐĐ + FCĐKĐĐ + FDKĐĐ ± FMKĐĐ
Như vậy, điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động ở vùng 2(n > nđm) thực
hiện bằng cách giảm từ thông kích từ của động cơ thông qua điều khiển
dòng kích từ của máy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐĐ.
* Nguyên lý làm việc của sơ đồ khống chế
Khống chế động cơ truyền động Đ được thực hiện bằng bộ khống chế chỉ
huy KC. Mạch chỉ hoạt động được khi các tiếp điểm bảo vệ đã được đóng
kín. Khi KC ở vị trí “0”, công tắc KH(12) = 1 → KH(13) = 1 [duy trì] →
KH(14) = 1 (cấp nguồn cho các dòng 14 ÷ 21).
+ Khởi động động cơ từ tốc độ bằng không đến tốc độ định mức (nđm).
Quay bộ khống chế chỉ huy lần lượt từ “0” đến vị trí “4” sang bên phải
tương ứng với chiều quay thuận, công tắc tơ 1T(14) = 1 và 2T(15) = 1 →
dòng trong cuộn dây AKĐF có chiều để động cơ chạy theo chiều thuận. Các
công tắc tơ gia tốc 1Y(18), 2Y(19), 3Y(21) lần lượt có điện, làm tăng dòng
trong cuộn CĐKĐTF, dẫn đến tăng điện áp ra của KĐTF (tăng điện áp so
104
sánh Uss trên biến trở 2VR). Kết quả điện áp đặt lên phần ứng động cơ tăng
từ không lên đến định mức Uưđm. Trong quá trình này, từ thông kích từ của
động cơ giữ không đổi.
+ Tăng tốc độ từ nđm đến tốc độ trên cơ bản. Khi quay bộ khống chế chỉ
huy sang vị trí “5” và vị trí “6”, các công tắc tơ 4Y và 5Y lần lượt mất điện,
làm giảm điện áp đặt lên cuộn dây CĐKĐĐ, kết quả từ thông kích từ của
động cơ giảm (Ф < Фđm) tốc độ của động cơ sẽ tăng lên.
+ Hãm động cơ từ tốc độ nđm về 0.
Khi quay bộ khống chế chỉ huy từ vị trí “4” về vị trí “0”, các công tắc tơ
1T(14), 2T(15), 1Y(18), 2Y(19) và 3Y(21) mất điện. Riêng công tắc tơ
KT(27) chưa mất điện (vì rơle điện áp RA còn tác động). Lúc này công tắc
tơ 1N(16) và 2N(17) có điện [qua tiếp điểm KC(15) ], dòng trong cuộn điện
áp AKĐF(15) đảo chiều, đông cơ thực hiện hãm ngược. Khi tốc độ động cơ
giảm xuống (ứng với điện áp Uư= (10 ÷ 15)%Uđm , rơle điện áp RA thôi tác
động, công tắc tơ 1N và 2N mất điện, quá trình hãm ngược kết thúc.
+ Hãm đông cơ từ tốc độ n > nđm về “0”
Khi chuyển tay qua bộ khống chế chỉ huy từ vị trí “0” về vị trí “0”, lần lượt
các công tắc tơ 4Y và 5Y có điện. Điện áp trên cuộn CĐKĐĐ tăng dần lên
dẫn đến khi dòng kích từ của động cơ tăng dần lên đến chỉ số định mức, tốc
độ của động cơ giảm xuống đến trị số nđm, quá trình giảm tốc từ nđm về “0”
xảy ra tương tự như đã trình bày.
16 trang
16040
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Điện công nghiệp - Chương 6: Trang bị điện máy cán thép - Nguyễn Bê", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_dien_cong_nghiep_chuong_6_trang_bi_dien_may_can_t.pdf
