Bài giảng Điện công nghệ - Bài giảng 4 - Nguyễn Quang Nam

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