1. Trường Đại Học Công Nghiệp Thành Hồ Chí Minh
Khoa Công Nghệ Điện
Tiểu Luận: Điện Công Nghệ
GVHD: Trần Minh Hiếu
SVTH:Nguyễn Minh Đức 10038821
Nguyễn Văn Trường 10045061
Đề Tài: Công Nghệ Và Thiết Bị Dùng Ngọn
Lửa Plasma

2. I. Sơ lược về Plasma:
Công nghệ dùng ngọn lửa plasma là lĩnh vực
công nghiệp trẻ tuổi phát triển mạnh mẽ vào đầu
những năm 1950. Ngày nay công nghệ ngọn lửa
plasma được ứng dụng nhiều trong công nghiệp.
1.1 Khái niệm về Plasma:
Plasma là trạng thái của khí bị ion hóa một phần
hoặc toàn phần; là một trạng thái thứ tư của vật
chất, ba trạng thái phổ biến là rắn, lỏng và khí.

3. 1.2 Sự hình thành Plasma:
Khi nhiệt độ chất khí cao hơn vài ngàn độ, các
electron mang điện âm bắt đầu bứt khỏi nguyên tử và
chuyển động tự do, nguyên tử trở thành các ion mang
điện dương. Nhiệt độ càng cao thì số electron bứt ra
khỏi nguyên tử chất khí càng nhiều, hiện tượng này
được gọi là sự ion hoá của chất khí. Các nhà khoa học
gọi thể khí ion hóa là “trạng thái plasma”. Ngoài nhiệt
độ cao, người ta có thể dùng các tia tử ngoại, tia X, tia
bêta cực mạnh chiếu vào chất khí cũng làm cho nó
biến thành plasma.

4. Ví Dụ: Ví dụ về chuyển hóa của nước sang
plasma:
Nước (H2O), tồn tại ở ba trạng thái là chất rắn
(băng), nước và hơi nước
Khi năng lượng ở dạng nhiệt tác động vào nước đá
(băng), nước đá tan chảy thành nước. H2O chuyển từ
trạng thái rắn (băng) thành trạng thái lỏng là nước.
Rắn Lỏng

5. Khi nhiều nhiệt lượng hơn chuyển vào nước,
nước bốc hơi thành hơi nước. H2O chuyển từ trạng thái
lỏng (nước) sang trạng thái khí (hơi nước).
Cuối cùng, khi bổ sung nhiệt lượng vào khí,
khí bị ion hóa. Sự ion hóa khí là sự biên đổi trạng
thái cuối cùng . Khí ở trạng thái dẫn điện được gọi
là plasma. Ở nhiệt độ trên 10000000
C plasma bị ion
hóa tuyệt đối nó chỉ gồm các electron và các ion
dương.

6. 1.3 Các trường hợp thường thấy xuất hiện plasma:
 Hiện tượng tia chớp:
Điện trường làm cho không khí xung quanh trở nên bị
phân li thành các ion dương và các electron – không
khí bị ion hóa. Và không khí bị ion hóa này chính là
plasma được tạo ra một cách tự nhiên nhất.
Một ví dụ tiếp theo là đèn huỳnh quang – Đèn
Neon, tương tự như sét sự phóng điện giữa hai cực của
bóng đèn huỳnh quang hay đèn Neon đã ion hóa chất
khí bên trong và chuyển chúng về dạng vật chất thứ 4.
Ngoài ra còn dễ thấy plasma như mặt trời, các
ngôi sao vì ở đó tồn tại nhiệt độ rất cao.

7. 1.4. Thu nhận plasma:
Để thu nhận plasma có thể sử dụng thiết bị tạo
plasma (plasmatron) theo các sơ đồ nguyên lý khác
nhau. Phản ứng plasma hóa học có thể thực hiện được
theo hai cách:
Đưa các thành phần tạo plasma vào trong khu
vực có sự phóng điện hồ quang, thiết bị plasma hoạt
động kết hợp với các chất phản ứng.
Đưa các chất phản ứng vào trong luồng plasma ở
bên ngoài vùng phóng điện, sử dụng buồng phản ứng là
các ống trụ được giải nhiệt, trong đó diễn ra sự trộn lẫn
dòng plasma với các chất đưa vào.

8.  Có thể phân loại các biện pháp thu nhận
plasma như sau:
Gây nổ dây dẫn điện trong mạch điện.
Tia lửa điện.
Sự phóng điện vầng quang cao tần.
Sự phóng điện ăn mòn.
Sự phóng điện hồ quang.
Hiện tại biện pháp thứ năm được ứng dụng rộng rãi
vì có những ưu điểm:
Khả năng thu nhận plasma cháy lâu dài với hiệu
suất cao từ các chất rắn, lỏng khí có thành phần hóa học
khác nhau.
Khả năng thu nhận plasma trong điều kiện chân
không và trong môi trường áp suất cao.
Khả năng sử dụng các nguồn điện tiêu chuẩn.
Khả năng thu nhận được plasma trong các thiết bị
plasma, phải sử dụng các chất khí ( các môi trường tạo
plasma) chúng có thể là khí một hoặc nhiều thành phần.
Khí một thành phần có thể là argon, helium, nitrogen. Khí
nhiều thành phần có thể nhận trong môi trường khác như:
môi trường oxi hóa, môi trường phục hồi hoặc môi
trường trung tính.
Một trong các thông số nhiệt quan trọng nhất đối
với plasma là entapi có nghĩa là nhiệt lượng chứa đựng
trong một đơn vị thể tích hoặc khối lượng.

9. II. Ứng dụng của Plasma vào Công nghiệp:
Thiết bị tạo plasma nhiệt độ thấp
Thiết bị plasma dùng để cắt hàn
Thiết bị plasma tạo lớp phủ bề mặt

10. 2.1 Thiết bị tạo plasma nhiệt độ thấp:
Người ta chia plasma khí thành hai loại – plasma
nhiệt độ thấp (đến 100 độ ngàn), và plasma nhiệt độ cao
(đến 100 triệu độ). Hiện có các máy phát plasma nhiệt độ
thấp gọi là plasmatron, ở đó người ta dùng hồ quang điện.
Nhờ plasmatron, có thể đốt nóng hầu như bất kỳ chất khí
nào tới 7000 – 10000 độ trong vòng phần ngàn và phần
trăm giây.
Vậy plasmatron là thiết bị kĩ thuật điện, đốt nóng
khí tạo plasma được thực hiện nhờ sự phóng điện.
Các bộ phận chủ yếu của plasmatron là: điện cực,
buồng phóng điện, bộ phận tạo luồng plasma, hệ thống đầu
phun ngọn lửa plasma, hệ thống điều khiển sự phóng điện
hồ quang.

11. 1- Điện cực cathode, 2- điện cực anode hình vành, 2-
vách ngăn cách điện, 4- rãnh làm mát bằng nước, 5-
bề mặt làm mát
Hình- Kết cấu của plasmatron

12. 2.2 Thiết bị plasma dùng để cắt và hàn:
Việc cắt kim loại nhờ plasma được thực hiện nhờ
năng lượng hồ quang và ngọn lửa plasma sinh ra từ thiết
bị plasmatron. Khả năng cắt kim loại được biểu điễn bởi
quan hệ:

13. Quá trình cắt kim loại bằng plasma cần phải được tính
toán để có thể phối hợp tốt giữa công suất và tốc độ cắt.
Điều này được thực hiện khi lựa chọn dòng điện, điện áp,
dạng khí tạo plasma và kết cấu của plasmatron.
1- Dòng plasma; 2- Hồ quang; 3- Catot; 4- Vật liệu
cắt; 5- Nguồn cung cấp .
Hình- Cho thấy việc cắt kim loại bằng plasmatron
kết hợp với luồng plasma.

14.  Nguyên lý hoạt động của mỏ cắt plasma:
Cắt plasma là quy trình sử dụng miệng đầu phun
thích hợp để làm thắt lại luồng khí ion hóa có nhiệt độ rất
cao sao cho có thể sử dụng để làm nóng chảy và cắt đứt
các kim loại dẫn điện.

15. Khí dẫn điện (plasma) được sử dụng để chuyển
năng lượng âm - cung cấp bởi một nguồn điện từ mỏ
plasma đến vật liệu cắt. Mỏ plasma đóng vai trò như là
công cụ lắp các phụ tùng tiêu hao và có vai trò cung cấp
chất làm mát (khí hoặc nước) cho các phụ tùng này. Đầu
phun và điện cực duy trì tia plasma.

16. Một tín hiệu khởi động được gửi tới nguồn công
suất DC. Khi đó, đồng thời xuất hiện điện áp mạch hở
(OCV) và khí phun ra mỏ.
Sau khi có luồng khí ổn định, mạch tần số
cao (HF) được kích hoạt. Hồ quang giữa điện cực
và đầu phun bên trong mỏ và hồ quang làm cho khí
thổi qua đó bị ion hóa.
Khí dẫn điện tạo nên dòng điện giữa điện cực
và đầu phun và kết quả là hình thành hồ quang mồi
(pilot arc).
Khi hồ quang mồi tiếp xúc với vật cắt, hồ quang
plasma hình thành giữa điện cực và vật cắt. Hồ quang
plasma làm nóng chảy kim loại, và luồng khí tốc độ cao
thổi đi kim loại nóng chảy.

17. 2.3 Thiết bị plasma tạo lớp phủ bề mặt:
Việc phủ lên trên bề mặt kim loại một lớp phủ chịu
nhiệt và có tác dụng chống oxy hóa được thực hiện bởi
phương pháp công nghệ phun nhờ luồng plasma mang
theo vật chất phủ nóng chảy. Vật chất phủ có thể là chất
dẫn điện hoặc không dẫn điện. Trước hết luồng plasma
đốt nóng bề mặt chi tiết đến nhiệt độ cao, sau đó chất phủ
nóng chảy được phun lên bề mặt chi tiết sẽ bám dính lên
đó, sau khi nguội đi sẽ trở thành một lớp phủ bền vững.

18. III. Thiết bị ứng dụng ngọn lửa plasma trong thực tế:
Một trong những trong những thiết bị trong thực tế
ứng dụng công nghệ plasma là thiết bị cầm tay: máy hàn
cắt plasma Multiplaz 3500.
Công nghệ plasma được ứng dụng vào công nghiệp
là các máy cắt-hàn plasma gồm máy cắt plasma cầm tay
và tự động.

19.  Các ưu điểm chính của máy hàn cắt plasma
Multiplaz 3500:
Ưu điểm nỗi trội là: Thông thường để hàn hơi, hay còn gọi
là “hàn xì”, người ta dùng khí từ bình oxy kết hợp với
khí acetylene tạo nhiệt nung chảy mối hàn. thiết bị cầm tay này
có thể tạo ra nhiệt cho mỏ hàn từ nước lã hoặc dung dịch có chứa
90% chất cồn được sử dụng làm chất lỏng làm việc của thiết bị
Multiplaz-3500. ). Không sử dụng khí ga độc hại, nguy hiểm như
là propan, axetylen, v.v…
 Có thể cho thiết bị đó vào một cái túi nhỏ và mang tới nơi làm
việc.
Không cần đến máy nén, biến áp, bình ga hay các thiết bị cồng
kềnh khác để vận hành thiết bị này.
Tiêu hao ít năng lượng cũng là một yếu tố tăng hiệu quả kinh tể
của máy này. Việc vắng bóng các vật tư tiêu hao, bao gồm que
hàn đặc biệt, chai khí propan, acetylene hay oxy, giúp bạn tiết
kiệm được rất nhiều tiền.

20.  Thông số kĩ thuật:

21. Nguyên tắc hoạt động của máy hàn cắt plasma Multiplaz 3500:
Khi đèn xì được đổ đầy bằng một loại chất lỏng thích hợp, nguồn
điện sẽ được đóng mạch và điện áp đi vào cực âm (khi nút ON được
ấn), người điều khiển có thể dùng đèn xì đó để tạo ra hồ quang bằng
cách ấn nhanh nút khởi động. Kết quả là cực âm dần lại gần đầu
phun lửa. Khi nút khởi động được nhả ra, một tia hồ quang điện
được sinh ra giữa cực âm và đầu phun lửa. Năng lượng do hồ quang
điện sinh ra sẽ làm nóng đầu phun, cung cấp nhiệt cho bộ bốc hơi, tại
đó, chất lỏng sẽ được làm nóng lên và hóa hơi. Hơi nước được dẫn
tới vòi phun nhờ áp suất trong máy (0.4-1.2 bar). Thoát ra khỏi vòi
phun, hơi nước làm nén hồ quang điện. Sức nén của tia hồ quang
điện sẽ làm tăng nhiệt độ và đốt nóng hơi nước tới nhiệt độ i-on hóa.

22.  Hình ảnh ứng dụng của máy hàn cắt plasma đa năng
Multiplaz 3500 vào công nghiệp:
Công nghiệp cơ khí ôtô

23. Mời Thầy và các Bạn xem clip:

24. Hiện nay còn có những thiết bị ứng dụng công
nghệ plasma hiện đại khác như:
Máy cắt Plasma CNC dùng công nghệ điều khiển
bằng máy vi tính (PC-base CNC Control software) là
công nghệ mới nhất có trên các máy cắt Plasma CNC
hiện đại. Đem đến sự tiện lợi và dể sử dụng.

25. o Với những ứng dụng đáng kể của công nghệ plasma
không những trong công nghiệp, mà trong những hoạt
động khác như sinh hoc như xử lý rác thải, điện tử: tivi
plasma, v.v… . Công nghệ plasma đang giúp ích rất
nhiều trong đời sống hiện nay.

26. The End