Nung cảm ứng (Induction Heating) help me please!

[phipho]

Chào đồng chí

Cái máy nung này mình có thấy rồi, hôm trước mình ghé nhà ông anh chơi thấy ông đang lu xu bu với cái này, mình hỏi ổng cái gì thì ổng lấy 1 cái mũi khoang bỏ vào ở giữa 1 cái vòng tròn thì khoảng 30s sau mũi khoang được nung đỏ. Mình được biết là có ai đó đặt hàng ổng chế tạo 5 cái máy nung này. Nếu đồng chí quan tâm thì liên hệ với Mr Phương (0938767052), bác này ở Sài Gòn.

[quanghien54]

Cái máy nung này mình có thấy rồi, hôm trước mình ghé nhà ông anh chơi thấy ông đang lu xu bu với cái này, mình hỏi ổng cái gì thì ổng lấy 1 cái mũi khoang bỏ vào ở giữa 1 cái vòng tròn thì khoảng 30s sau mũi khoang được nung đỏ. Mình được biết là có ai đó đặt hàng ổng chế tạo 5 cái máy nung này. Nếu đồng chí quan tâm thì liên hệ với Mr Phương (0938767052), bác này ở Sài Gòn.

Nung để nóng đỏ lên chơi thì không có gì là khó, nhưng ứng dụng vào công việc tôi kim loại thì đòi hỏi phải có nhiều kiến thức về luyện kim , tự động hóa và cả đến hóa học. Như mình đã nói có thể dùng máy hàn inverter Levi 150A ( giá chỉ 1,8T 1 cái) cải tạo lại là có thể nung nóng kim loại được. Nhưng nếu muốn khống chế độ dày của lớp tôi ở bề mặt thì phải làm thế nào ? Chế tạo vòng nung cảm ứng ra sao và phương pháp giải nhiệt cho nó ? Hóa chất để tôi tìm ở đâu ? Nói tóm lại có rất nhiều thông số kỹ thuật mà bạn cần phải giải quyết trước khi đi vào thực hiện chứ không phải nói trên giấy.

[THAO-LY-2000]

Chào các bác,

Đúng như bác quanghien54 nói, một máy "tôi" thép dùng trong công nghiệp không hề đơn giản. Khá phức tạp vì phải đảm bảo điều kiện an toàn và vận hàng ổn định. Hiện nay, mình cũng đang phục hồi một máy "tôi trung tần" công suất lớn của Đức rất cũ (năm 1979). Máy tôi này gồm 5 phần chính:

+ Phần motor (được nối đồng trục với máy phát) công suất: 120KW, tốc độ: 2900RPM, tần số: 50HZ, 3P-380VAC
+ Phần máy phát: điện áp ra 800Vac tần số: 8000-10000Hz. Kích từ điện áp độc lập với áp 170VDC.
+ Phần ngõ ra tôi: bao gồm một biến áp tôi (thực chất là một vòng đồng, có nước chạy bên trong), được nối song song với một hệ thống tụ lớn, dùng để thay đổi công suất ngõ ra.Một dàn tụ 5 được mắc song song với đầu ra. Việc điều khiển số lượng tụ đấu vào trong quá trình làm việc, cho phép tối ưu công suất ngõ ra.
+ Hệ thống làm mát cho đầu tôi và vật tôi: gồm hai máy bơm, hệ thống van, relay nhiệt độ nước...
+ Hệ thống 2 motor DC(có hồi tiếp tốc độ) dùng để nâng hạ cần tôi và quay vật tôi.
+ Hệ thống tủ điện:
- Tủ điện công suất: bao gồm giám sát U,I,sinpi của đầu ra. Phần relay bảo vệ quá dòng và áp đầu ra. Phần contactor đk hệ thống tụ bù công suất. Phần kích từ cho máy phát.
- Tủ điện cho nguồn vào và motor kéo chính.
- Tủ điện đk vận hành chung: dùng để thao tác và giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Lúc trước hệ thống tự động của máy này dùng Relay trung gian, timer để điều khiển và cài đặt. Tuy nhiên do hệ thống đk này quá cũ không thể phục hồi được nữa, nên mình đã chuyển hết qua dùng PLC và một màn hình cảm ứng HMI để giám sát và vận hành. Các motor DC cũng thay bằng motor servo AC cho tiện đk.

Hiện nay, các toàn hệ thống có thể hoạt động lại. Tuy nhiên, phần board đk SCR để cung cấp áp kích từ cho máy phát vẫn gặp trục trặc. Phần kích cho SCR mình cũng đã dùng IC chuyên dụng cho đơn giản hóa, tuy nhiên phần mạch hồi tiếp áp và dòng vẫn còn dang dở. Nếu bác nào có kinh nghiệm về lĩnh vực này thì cho mình vài lời khuyên nhé.

Cảm ơn nhiều,

[quanghien54]

Chào các bác,

Đúng như bác quanghien54 nói, một máy "tôi" thép dùng trong công nghiệp không hề đơn giản. Khá phức tạp vì phải đảm bảo điều kiện an toàn và vận hàng ổn định. Hiện nay, mình cũng đang phục hồi một máy "tôi trung tần" công suất lớn của Đức rất cũ (năm 1979). Máy tôi này gồm 5 phần chính:

+ Phần motor (được nối đồng trục với máy phát) công suất: 120KW, tốc độ: 2900RPM, tần số: 50HZ, 3P-380VAC
+ Phần máy phát: điện áp ra 800Vac tần số: 8000-10000Hz. Kích từ điện áp độc lập với áp 170VDC.
+ Phần ngõ ra tôi: bao gồm một biến áp tôi (thực chất là một vòng đồng, có nước chạy bên trong), được nối song song với một hệ thống tụ lớn, dùng để thay đổi công suất ngõ ra.Một dàn tụ 5 được mắc song song với đầu ra. Việc điều khiển số lượng tụ đấu vào trong quá trình làm việc, cho phép tối ưu công suất ngõ ra.
+ Hệ thống làm mát cho đầu tôi và vật tôi: gồm hai máy bơm, hệ thống van, relay nhiệt độ nước...
+ Hệ thống 2 motor DC(có hồi tiếp tốc độ) dùng để nâng hạ cần tôi và quay vật tôi.
+ Hệ thống tủ điện:
- Tủ điện công suất: bao gồm giám sát U,I,sinpi của đầu ra. Phần relay bảo vệ quá dòng và áp đầu ra. Phần contactor đk hệ thống tụ bù công suất. Phần kích từ cho máy phát.
- Tủ điện cho nguồn vào và motor kéo chính.
- Tủ điện đk vận hành chung: dùng để thao tác và giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống.

Lúc trước hệ thống tự động của máy này dùng Relay trung gian, timer để điều khiển và cài đặt. Tuy nhiên do hệ thống đk này quá cũ không thể phục hồi được nữa, nên mình đã chuyển hết qua dùng PLC và một màn hình cảm ứng HMI để giám sát và vận hành. Các motor DC cũng thay bằng motor servo AC cho tiện đk.

Hiện nay, các toàn hệ thống có thể hoạt động lại. Tuy nhiên, phần board đk SCR để cung cấp áp kích từ cho máy phát vẫn gặp trục trặc. Phần kích cho SCR mình cũng đã dùng IC chuyên dụng cho đơn giản hóa, tuy nhiên phần mạch hồi tiếp áp và dòng vẫn còn dang dở. Nếu bác nào có kinh nghiệm về lĩnh vực này thì cho mình vài lời khuyên nhé.

Cảm ơn nhiều,

Mình rất quan tâm đến đề tài này bởi vì đây là luận văn tốt nghiệp của mình cách nay hơn 30 năm. Bây giờ thì mức độ tự động hóa hiện đại so với trước đây nhiều. Lúc này mình đang tập trung sửa chữa và nghiên cứu về máy hàn inverter dùng FET hay IGBT bởi vì loại máy hàn này rất phổ biến trong giới thợ hàn, giá thành rẻ nhưng lại hư hỏng nhiều.
Trong loại máy hàn này thì mạch phản hồi điện áp và dòng điện như sau :
Điện áp đầu - của máy hàn được đưa vào chân in- của opamp CA 3140 qua một điện trở ( phản hồi âm điện áp) còn đầu in+ của máy hàn sẽ có một điện trở shunt. Tín hiệu từ điện trở shunt cũng được đưa vào đầu in- của IC CA 3140 ( phản hồi dương dòng điện). còn chân in+ của IC được nối với mase. Đầu ra của IC này sẽ đưa vào chân Vref của IC PWM KA 3525A.
Đối với trường hợp của bạn do đầu ra là AC nên phải dùng biến dòng để lấy tín hiệu dòng điện đưa về phản hồi còn tín hiệu điện áp thì có thể lấy trực tiếp hay gián tiếp qua biến áp.
Mình chỉ nói lên phần kiến thức tổng quát còn mạch cụ thể ra sao phải tùy đến thiết kế của từng máy. Bạn có thể tham khảo thêm các dạng AVR ( Automatic Votage Controlled) có tín hiệu dòng điện phản hồi để thiết kế mạch kích từ cho máy phát của bạn. Nếu có vướng mắc gì mình sẽ tư vấn cho bạn.
Thân chào.

[THAO-LY-2000]

Cám ơn bác quanghien54, nhưng phần hồi tiếp này có phải là một khâu tích phân không bác. Em cũng tính dùng opamp để lắp 2 khâu PI, cho dòng và áp. Nhưng đang bí phần tính toán thông số cho nó. Theo như bác chỉ dẫn, em sẽ tìm hiểu một số mạch AVR để xem phần hồi tiếp họ làm thế nào. Nếu bác có sơ đồ nào tham khảo thì post thử bác nhé.
Cám ơn.

[quanghien54]

Cám ơn bác quanghien54, nhưng phần hồi tiếp này có phải là một khâu tích phân không bác. Em cũng tính dùng opamp để lắp 2 khâu PI, cho dòng và áp. Nhưng đang bí phần tính toán thông số cho nó. Theo như bác chỉ dẫn, em sẽ tìm hiểu một số mạch AVR để xem phần hồi tiếp họ làm thế nào. Nếu bác có sơ đồ nào tham khảo thì post thử bác nhé.
Cám ơn.

Phản hồi âm điện áp có nghĩa là lấy một phần điện áp ra để đưa về so sánh với điện áp đặt. Khi điện áp tăng thì mạch so sánh sẽ đưa tín hiệu làm giảm điện áp kích từ để kéo điện áp trở lại. Vì vậy nó mới được gọi là phản hồi âm điện áp.
Phản hồi dương dòng điện có nghĩa là khi dòng điện tải tăng thì tín hiệu dòng điện qua biến dòng sẽ được nắn thành DC và đưa về mạch so sánh để tăng điện áp kích từ làm điện áp tăng lên bù với độ sụt áp do dòng điện tải tăng. Mạch so sánh đó có thể là mạch OPAMP hay cầu vi sai.
Để ổn định điện áp người ta dùng mạch vi phân bằng RC để đưa về mạch so sánh để dập dao động.
Một số AVR thường chỉ có mạch phản hồi âm điện áp chứ không có mạch phản hồi dương dòng điện. Chỉ có một vài loại AVR cao cấp được thiết kế cho máy phát kèm theo mới có mạch phản hồi dương dòng điện.
Bạn có thể tham khảo các dạng mạch AVR trên Topic điện công nghiệp này. Mình và anh Ptoanel đã đưa nhiều mạch AVR lên đây. Phần tính tóan thông số mình chỉ dùng phương pháp thực nghiệm thôi chứ thông số mỗi máy mỗi khác thì làm sau mà tính chung cho tất cả được.
Thân chào.

[quanghien54]

Bạn nên tham khảo thêm ở mục Kích từ cho máy phát điện. Trong đó có mạch phản hồi V,A bằng OPAMP và dùng PIC để điều khiển. Chỉ chú ý phần so sánh V, A thôi còn các phần kía có nhiều sai sót trong lúc chọn phương án nên không cần thiết phải xem.
Thân chào.

[THAO-LY-2000]

Cám ơn bác đã chỉ giáo, em cũng thích sử dụng OPAMP, nhưng đang ngại vấn đề bị trôi khi chạy thực tế. Con PIC em cũng được học chút ít khi còn học ở ĐH. Em se tham khảo mấy mạch điện như anh nói.
Chào bác.

[quanghien54]

Cám ơn bác đã chỉ giáo, em cũng thích sử dụng OPAMP, nhưng đang ngại vấn đề bị trôi khi chạy thực tế. Con PIC em cũng được học chút ít khi còn học ở ĐH. Em se tham khảo mấy mạch điện như anh nói.
Chào bác.

Dùng con LM741 hoặc CA 3140 có mạch offset thì không sợ bị trôi đâu. Có thể không dùng Pic mà sử dụng mạch khuếch đại bằng transistor sau khi qua mạch so sánh để kích cho UJT tạo xung kích cho SCR hay triac cho đơn giản hơn. Vấn đề quan trong là phải tính toán mạch phản hồi RC để dập dao động. Theo kinh nghiệm của mình thì phản hồi quá ít sẽ làm điện áp bị dao động còn nhiều quá thì tạo ra một độ trể. Vì vậy phải dùng VR để điều chỉnh nó.

[THAO-LY-2000]

Phần khuyếch đại Opamp em đang sử dụng là TL084 và LM2902, cái này không chỉnh được offset. Còn mạch kích cho SCR em sử dụng con IC TCA785 kết hợp biến áp xung. Mạch kích cũ của máy phát thì sử dụng con UJT 2N1671, con này bị hư, em kiếm trên thị trường không có, với lại thiếu kinh nghiệm nên chuyển qua dùng IC cho đơn giản). Nếu mạch phản hồi dùng RC xảy ra tình trạng dao động thì phải khắc phục ra sao hả bác. Vì chỉnh thực tế với máy phát khá rườm rà, vì phải cấp điện áp 3pha 380Vac cho motor kéo chính, rồi bypass các chức năng bảo vệ để bật hệ thống đk tự động. Sau đó chờ đến khi motor chính ổn định tốc độ mới đóng kích từ vào được. Còn nếu chỉnh dòng thì còn rắc rối nữa là phải khởi động máy bơm để cung cấp nước cho ống tôi sau đó mới cấp ra tải... Có cách nào chỉnh không cần tải thực không bác.
Cám ơn bác.

[quanghien54]

Phần khuyếch đại Opamp em đang sử dụng là TL084 và LM2902, cái này không chỉnh được offset. Còn mạch kích cho SCR em sử dụng con IC TCA785 kết hợp biến áp xung. Mạch kích cũ của máy phát thì sử dụng con UJT 2N1671, con này bị hư, em kiếm trên thị trường không có, với lại thiếu kinh nghiệm nên chuyển qua dùng IC cho đơn giản). Nếu mạch phản hồi dùng RC xảy ra tình trạng dao động thì phải khắc phục ra sao hả bác. Vì chỉnh thực tế với máy phát khá rườm rà, vì phải cấp điện áp 3pha 380Vac cho motor kéo chính, rồi bypass các chức năng bảo vệ để bật hệ thống đk tự động. Sau đó chờ đến khi motor chính ổn định tốc độ mới đóng kích từ vào được. Còn nếu chỉnh dòng thì còn rắc rối nữa là phải khởi động máy bơm để cung cấp nước cho ống tôi sau đó mới cấp ra tải... Có cách nào chỉnh không cần tải thực không bác.
Cám ơn bác.

Dùng con IC TCA785 thì hay hơn nhiều. Thời của mình thì làm gì có IC này. UJT hiện nay rất khó tìm nên mình thay bằng 2 transistor chạy kiểu switching vừa rẻ vừa dễ tìm. Việc phản hồi bằng mạch vi phân RC là cần thiết để cho điện áp máy phát ổn định. Tín hiệu này đựợc đưa từ F- của cuộn dây kích từ về cực in- của OPAMP để làm giảm dao động.Tính toán thế nào để cho phản hồi âm chứ phản hồi dương thì càng dao động. Phản hồi dòng cũng thật sự cần thiết bởi vì nó kết hợp với phản hồi áp làm máy phát chạy ổn định hơn, không bị sụt áp. Cái khó là phải qưấn biến dòng để có tín hiệu phản hồi thích hợp. Khi các chức năng làm việc đầy đủ rồi thì mới đóng kích từ vào để máy phát hoạt động. Việc này có thể làm bằng tay hay tự động kết hợp với PLC.

[THAO-LY-2000]

Cám ơn bác. Bác cho em hỏi thêm, hiện tại em kích SCR bằng xung đơn có qua biến áp xung. Tuy nhiên, em đọc tài liệu thì thấy nói nên kích bằng xung chùm để đảm bảo chắc chắn SCR được mở. Vậy em có nên thêm phần tạo xung và mạch AND vào không. Máy phát của em có công suất tới 130KW, điện áp ra 800V-8000Hz, ngõ ra được phản hồi thông qua 2 TU và 1 TI. Hiện tại các TU và TI vẫn còn tốt, em dùng để đưa về bộ kích từ để đk. Do vậy, bắt buộc máy phát hoạt động, thì mới có tín hiệu phản hồi. Thứ hai là cũng do tần số cao nên khó tạo một tín hiệu giả để điều chỉnh mạch trong quá trình thử...

[THAO-LY-2000]

Thông thường để hiệu chỉnh, bác thường chỉnh trên máy luôn hay tạo tín hiệu giả lập.
Cám ơn,

[quanghien54]

Cám ơn bác. Bác cho em hỏi thêm, hiện tại em kích SCR bằng xung đơn có qua biến áp xung. Tuy nhiên, em đọc tài liệu thì thấy nói nên kích bằng xung chùm để đảm bảo chắc chắn SCR được mở. Vậy em có nên thêm phần tạo xung và mạch AND vào không. Máy phát của em có công suất tới 130KW, điện áp ra 800V-8000Hz, ngõ ra được phản hồi thông qua 2 TU và 1 TI. Hiện tại các TU và TI vẫn còn tốt, em dùng để đưa về bộ kích từ để đk. Do vậy, bắt buộc máy phát hoạt động, thì mới có tín hiệu phản hồi. Thứ hai là cũng do tần số cao nên khó tạo một tín hiệu giả để điều chỉnh mạch trong quá trình thử...

Đối với tải thuần trở thì việc kích SCR đơn giản. Chỉ cần kích 1 xung đơn là nó dẫn rồi. Tuy nhiên đối với tải cảm thì không hẳn như vậy. Do SCR chỉ dẩn ở thời điểm sườn xung nên khi kích bằng một xung đơn mà dòng điện ở tải cảm chưa trở về 0 thì SCR không thể dẫn được. Vì vậy phải kèm theo xung kích đó bằng một sóng mang có tần số cao để khi xung thứ 1 SCR không dẫn được thì các xung tiếp theo sẽ làm nhiệm vu kích tiếp tục cho đến khi SCR dẫn. Xung kích chính và sóng mang sẽ qua một cổng AND trước khi kích cho SCR. Trong luận văn trước đây của mình cũng đã đưa ra phương án này. Việc thử tải có thể dùng một tải giả như bóng đèn, điện trở... mắc nối tiếp với tải thật để kiểm tra. Nếu bóng đèn cháy sáng thì tải có thể bị chạm. Trường hợp tải có công suất lớn như lò cảm ứng nên gắn nối tiếp bằng 1 tải giả có công suất khoảng 10% tải định mức cho an toàn , sau đó mới dùng tải thật. Nên có máy hiện sóng để kiểm tra dạng sóng ở đầu ra .
Thân chào.

[quanghien54]

Mình nói thêm một vấn đề này nữa. Bởi vì bộ AVR của máy phát điện trung tần hoạt động ở tần số khoảng vài KHZ chứ không như các bộ AVR cho máy phát điện thông thường hoạt động ở tần số 50HZ hay 60HZnên cách tính tyo1an co khác đi. Muốn giả lập tải thì ở phần đồng bộ phải có một bộ phát sóng sin có tần số tương ứng với tần số của máy phát trung tần. Phần phản hồi điện áp thì dễ nhưng phần phản hồi dòng điện phải chế tạo một bộ phát tín hiệu mô phỏng sự thay đổi dòng điện tải. Trước đây khi mình làm các bộ AVR cho máy phát điện thì mình thử tại nhà trước để lấy trị số tương đối. Khi lắp vào mạch thì mới hiệu chỉnh lại. Mình không dùng các phần mềm mô phỏng bởi vì nó không phản ảnh đúng những gì xãy ra trên mạch.