thiết kế nguồn hàn hồ quang điện một chiều thyristor 500a

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ tự động hoá mà ngành hàn nói chung và hàn hồ quang nói riêng không chỉ hànbằng tay nh trớc mà có thể hàn bán tự động hoặ

Chơng I Phần mở đầu

I.1 Lời nói đầu

Hiện nay nớc ta đang trên đà hội nhập kinh tế quốc tế Phần lớn các nhàmáy, xí nghiệp đã sử dụng các máy móc có công nghệ, kỹ thuật hiện đại gópphần đẩy nhanh quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc

Ngành tự động hoá giờ đây đã trở thành một trang những ngành mũinhọn Nếu nh trớc kia ngời ta chỉ thực hiện tự động hoá từng máy riêng rẽ thìngày nay ngời ta thực hiện tự động hoá cả quá trình công nghệ và cao hơn nữa

tự động hoá cả quá trình sản đồng thời tự động đã có sự thay đổi cả về chất đemlại hiệu quả to lớn nh giảm đợc sức lao động, hạn chế nhân công lao động, nângcao chất lợng sản phẩm, hạ giá thành sản phẩm Vì vậy hệ thống điều khiển tự

động hoá quá trình sản xuất đợc ứng dụng rộng rãi

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ tự

động hoá mà ngành hàn nói chung và hàn hồ quang nói riêng không chỉ hànbằng tay nh trớc mà có thể hàn bán tự động hoặc tự động hoàn toàn Nói chungcác phơng pháp hàn ngày càng hoàn thiện hơn nên nó đợc sử dụng rộng rãi trongcác ngành kinh tế quốc dân nh chế tạo ô tô, tầu thuỷ trong xây dựng, lắp ráp cácthiết bị điện…, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt trong ngành du hành vũtrụ Có thể hàn là phơng pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại

Dới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung của đồ án tốt nghiệp: Thiết kếnguồn hàn hồ quang một chiều Thyristor 500A do thầy giáo Trần Trọng Minhgiảng viên Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội hớng dẫn

Nhờ sự giúp đỡ chỉ bảo tần tình của các thầy cô giáo trong Bộ môn đặcbiệt là thầy giáo Trần Trọng Minh và sự cố gắng tìm hiểu thực tế, tham khảo cáctài liệu có liên quan mà em đã hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo!

Hà Nội, ngày … tháng … năm 200…

Sinh viên

Chơng II Phân tích các yêu cầu đối với nguồn hàn

hồ quang một chiều

II.1 hàn hồ quang.

II.1.1 Hồ quang điện

- Hồ quang điện đợc sử dụng để hàn, luyện thép… Hồ quang xảy ra trongcầu chì, cầu dao công tắc tơ … do hiện tợng này mà các tiếp điểm hay bị h hỏng

do đó cần phải biết tận dụng hồ quang điện

Hồ quang điện là hiện tợng phóng điện với mật độ dòng điện lớn nhất (104

– 105) A/cm2 Nhiệt độ rất cao từ (5000 – 60000C) và điện áp âm rơi trên cực

+ Ion hoá nhiệt

II.1.2 Phân loại hồ quang.

a Hồ quang điện 1 chiều :

- Khi hồ quang bắt đầu cháy

⇒ U0 = iR + irh +

dt Ldi

= UR + Uh +

dt Ldi

R L

U0

Nhq

Hình II.2

rh: điện trở hồ quang

UR: điện áp rơi trên tải

- Khi hồ quang cháy ổn định → dt di = 0 ⇒ U0 = UR + Uh

- Đặc tính cơ bản của hồ quang điện là đặc tính Volt ampe

A

UR

i A

2 3

A

i

di

dt-L

Hình II.3.

+ Đờng 1: là điện áp nguồn

+ Đờng 2: điện áp 1 tải

+ Đờng 3: đặc tính Volt – ampe của hồ quang

b Hồ quang xoay chiều:

- Đặc điểm hồ quang điện xoay chiều là trpng một chu kỳ thì dòng qua trị

số 0 hai lần

- Khi hồ quang xoay chiều cháy đa ra dòng hoặc điện áp hồ quang vào thìtrên màn xuất hiện các dạng sóng nh hình dới đây

Hàn điện nóng chảy là một trong những phơng pháp nóng chảy, đợc dùng

để nối các chi tiết kim loại thành một khối không thể tháo rời đợc, bằng cáchnung nóng kim loại cơ bản ở chỗ nối và kim loại phụ ( que hàn, dây hàn…) đếntrạng thái chảy để hoà tan vào ở trong vũng hàn sau khi kết tinh sẽ tạo thànhmối

Vì hàn điện nóng chảy có thể thực hiện bằng nhiều phơng pháp khác nhaunên trong thực tế có rất nhiều loại

Theo nguồn nhiểt hàn, ngời ta chia ra: hàn hồ quang xì điện, hàn bằngchùm tia điện tử, hàn bằng tia

Trong các nguồn nhiệt đó, hồ quang là nguồn nhiệt tốt nhất

Theo mức độ cơ khí hoá quá trình hàn, hàn hồ quang đợc chia ra: hàn hồquang tay, hàn hồ quang tự động

Tuỳ thuộc vào việc sử dụng các chất bảo vệ mối hàn trong quá trình hàn,hàn điện nóng chảy đợc chia ra: hàn hồ quang tay bằng que hàn có thuốc bọc,hàn tự động và bán tự động dới lớp thuốc, hàn trong môi trờng khí bảo vệ tự

động bằng dây hàn bột

Cũng nh các phơng pháp hàn khác hàn nóng chảy có những đặc điểm cơbản sau:

a Tiết kiệm kim loại:

So với phơng pháp nối bằng đinh tán, hàn tiết kiệm đợc 10 ữ 20% khối ợng kim loại, do sử dụng triệt để điện làm việc của chi tiết, giảm đợc lợng kimloại do đột lỗ trên các chi tiết So với đúc hàn tiết kiệm tới 50% khối lợng kim

l-phơng pháp nối khác mà còn điều kiện cho việc sản xuất, lắp ráp dễ dàng và nhẹhơn, đồng thời độ cứng vững của kết cấu cũng tốt hơn.

b Độ bền của mối hàn cao, độ kín của mối hàn tốt:

Trong quá trình hàn, đo đợc vật liệu hàn ( que hàn, dây hàn, thuốc bọc,thuốc hàn…) hợp kim hoá, nên sau khi hàn kim loại mối hàn thờng tốt hơn kimloại cơ bản Vì vậy nó không những đảm bảo kết cấu chịu tải trọng tĩnh tốt màcòn chịu đợc cả tải trọng và áp suất lớn Chính vì thế mà hiện nay hàn là phơngpháp chủ yếu đợc sử dụng để chế tạo các bình cha, nồi hơi, ống dẫn … chịu ápsuất cao và yêu cầu có độ kín tốt

c Thiết bị hàn tơng đối đơn giản:

So với các thiết bị khác, thiết bị hàn nói chung có cấu tạo tơng đối đơngiản và dễ chế tạo hơn

VD: Máy hàn xoay chiều thực chất chỉ là một biến áp để hạ điện áp từ

110, 220 hay 230 V xuống 70 ữ 80 V để hàn

d Có khả năng hàn đợc các kim loại có tính chất khác nhau với nhau:

Ngoài việc hàn dễ dàng các kim loại có tính chất giống nhau ra, ngời tacòn có thể hàn đợc cả kim loại có thành phần và tính chất khác nhau với nhaunữa

Ví dụ: Có thể hàn dễ dàng các hợp kim đen hay các hợp kim màu có thànhphần khác nhau với nhau, hợp kim đen với hợp kim màu…

Ngoài các u điểm nêu trên hàn hồ quang cũng có những nhợc điểm cơbản mà ngời thiết kế hay ngời công nghệ chế tạo các kết cấu hàn không thểkhông chú ý đến để tìm các biện pháp khắc phục chúng Đó là sau khi hàn trongvật hàn còn tồn tại ứng suất d, tổ chức kim loại cơ bản ở vùng gần mối hàn(vùng ảnh hởng nhiệt) bị thay đổi do tác dụng của nguồn nhiệt hàn Đây lànhững nguyên nhân chủ yếu làm giảm khả năng chịu tải, đặc biệt là biến động,thậm chí có thể bị phá huỷ… khi chọn vật liệu hàn, chế độ hàn không đúng cũng

dễ gây nên các khuyết tật trong mối hàn nh: rỗ xỉ, rỗ khí…

Qua đó chúng ta thấy rằng, các đặc điểm cơ bản của hàn điện nóng chảynêu ở trên là những vấn đề rất lớn và phức tạp, nó đòi hỏi các kỹ s công nghệ cơkhí nói chung, đặc biệt các kỹ s hàn nói riêng cần phải nghiên cứu và nắm chắccông nghệ hàn nóng chảy Điều này không những nhằm mục đích bảo đảm nhận

đợc kết cấu hàn chế tạo ra có chất lợng tốt mà còn nhằm mục đích tìm các biệnpháp cơ khí hoá và tự động hoá quá trình sản xuất để tăng năng suất lao độngnâng cao tính kinh tế và kỹ thuật của sản phẩm

II 1.4 Phân loại phơng pháp hàn hồ quang.

a Hàn tự động và bán tự động: dới lớp thuốc.

- Khái niệm: Hàn tự động dới thuốc do Viện sĩ Liên Xô Patôn phát minhphơng pháp hàn này sau khi ra đời đợc sử dụng ngay vào thực tế trong cuộcchiến tranh vĩ đại chống phát xít Ngày nay hàn dới thuốc đợc sử dụng rộng rãikhông chỉ ở Liên Xô mà rất nhiều nớc khác cũng đang sử dụng Hàn dới lớpthuốc áp dụng cho phơng pháp hàn tự động và bán tự động bằng cực chảy

- Đặc điểm hàn dới thuốc: hàn dới thuốc có thể hàn kim loại với chiềudòng khá lớn không cần phải vát cạnh Năng suất trong phơng pháp này đợc xác

định bằng chiều sâu nóng chảy của kim loại cơ bản Hàn dới thuốc có chất lợngmối hàn khá cao, tiết kiệm kim loại thiết bị hàn đơn giản, hàn đợc các kim loại

có tính chất khác nhau

+ Bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi bị oxy hoá của không khí xung quanh.+ Kim loại mối hàn đồng nhất về thành phần hoá học, lớp thuốc và xỉ mớihàn làm mối hàn nguội chậm hơn

+ Mối hàn có hình dạng tốt, nhẵn: kích thớc đều đặn, ít sinh ra khuyết tật

II.2 Các loại nguồn hàn hồ quang

II.2.1 Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều

- Nguồn hàn hồ quang xoay chiều thờng dùng biến áp hàn do nó có nhiều

u điểm:

+ Dễ chế tạo, giá thành hợp lý

+ Nó có thể tạo ra dòng điện lớn

- Biến áp hàn thờng dùng biến áp hàn 1 pha hoặc 3 pha

Thờng thì máy biến áp áp ở 3 pha dùng cho nhiều đầu hànv à nó đợc chếtạo theo 2 loại:

+ Biến áp hàn với từ thông tán bình thờng

+ Biến áp hàn với từ thông tản tăng cờng đợc chế tạo theo các kiểu sau:

a Biến áp hàn có cuộn kháng ngoài.

Biến áp hàn loại này ngoài lõi thép chính của máy biến áp còn có một cơcấu phụ gọi là cuộn kháng ngoài Khi thay đổi khe hở trong mạch từ của cuộnkháng ngoài có thể nhận đợc họ đặc tính ngoài của máy biến áp hàn Ta có hìnhvẽ:

Trong đó: Uhq : điện áp hồ quang

Uck: điện áp rơi trên cuộn kháng

Uck = I2 rck+ J.I2.Xck ≈ WLI2

Trong quá trình làm việc I2↑→ Uck ↑→ I2 = Inm

(Inm dòng điện ngắn mạch)Khi đó: I2 = Inm =

Hình II.6 Họ đặc tính ngoài của MBA hàn có cuộn kháng ngoài

b Máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp

Loại máy biến áp này mạch từ của cuộn kháng có quan hệ trực tiếp vớimạch từ chính.

Nh vậy nếu thay đổi khe hở (a) ta nhận đợc họ đặc tính ngoài nh hình vẽ

II.2.2 Các nguồn hàn hồ quang 1 chiều

Nguồn hàn hồ quang 1 chiều đợc sử dụng trong hàn hồ quang bằng tay,hàn hồ quang tự động và bán tự động

Nguồn hàn hồ quang 1 chiều có 2 loại:

+ Bộ biến đổi quay (máy phát hàn 1 chiều)

+ Bộ biến đổi tĩnh (bộ chỉnh lu)

a Máy phát hàn 1 chiều

Máy phát hàn 1 chiều đợc chia ra làm các loại nh sau:

Máy phát hàn 1 chiều

Lắp trong

2 vỏ

Lắp trong

1 vỏ

K.từ song song

K.từ

độc lập

Truyền động bằng động cơ đốt trong

Truyền động bằng động cơ điện

+ Máy phát hàn 1 chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp

+ Máy phát hàn 1 chiều kích từ song song có cuộn khử từ nối tiếp

+ Máy phát hàn 1 chiều có cực từ sẽ

a1: Máy phát hàn 1 chiều kích từ độc có cuộn khử từ nối tiếp

Máy phát hàn loại này có cuộn kích từ W1 đợc cấp nguồn 1 chiều độc lập

có điều chỉnh dòng điện kích từ bằng chiết áp VR và cuộn khử trữ W2 đấu nốiphần ứng của máy phát

W là tốc độ quay của phần cứng

- Khi có tải:

Uhq = E – IRF = k2 (φ1 - φ2) W - IRF

Trong đó : RF là điện trở trong của máy phát

- Điều chỉnh dòng hàn và tạo ra đặc tính ngoài có 2 cách:

+ Điều chỉnh thô bằng chuyển mạch CM để thay đổi số vòng dây củacuộn ω2

Máy phát hàn có hai cuộn dây: cuộn kích từ song song ω1 và cuộn khử

ω2 Họ đặc tính ngoài và điều chỉnh dòng điện hàn tơng tự nh ở máy phát hàn

t-ơng tự nh ở máy phát hàn 1 chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp

a3: Máy phát hàn 1 chiều có cực từ rẽ

R V

W 1

-F+

- MFH cã 2 cuén d©y kÝch tõ, cuén kÝch tõ chÝnh ω1 vµ cuén kÝch tõ phô

- Khi có tải do tác dụng khử từ của từ thông dọc φd và do phản ứng phầnứng nên điện áp UAZ sẽ giảm xuống.

UAZ = Cd (φd - φp)Trong đó: φp là từ thông do phần ứng sinh ra

Mặt khác UZC = Cn φn ≈ const có nghĩa là điện áp kích từ lấy từ trên 2 chổithan C, Z không phụ thuộc vào sự biến động của phụ tải, còn điện áp lấy trên 2chổi than A, C thay đổi theo phụ tải

⇒ UAC = UAZ + UZC = Cd (φd - φp) + UZC – I.R

= Cd (φd - φp) + UZC - I.RKhi dòng hàn tăng phản ứng phần ứng tăng làm cho điện áp UAC giảmxuống Khi ngắn mạch từ thông φp tăng nhanh và lớn hơn từ thông dọc φd, điện

áp UAZ ngợc chiều với điện áp UZC và điện áp UAC = 0

UAC = Cn (φn - φp) = Cdφd – I.R 0

b Nguồn hàn hồ quang dùng bộ chỉnh lu.

- Sự phát triển của khoa học kỹ thuật bán dẫn công suất lớn đã đa ra nhiềuứng dụng của nó trong nguồn hàn hồ quang 1 chiều nguồn hàn 1 chiều dùng bộchỉnh lu có những điểm u việt hơn so với máy phát hàn 1 chiều

- Chỉ tiêu năng lợng cao

- Không có phần quay

- Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bảo dỡng và sửa chữa thấp

- Nguồn hàn hồ quang một chiều dùng bộ chỉnh lu gồm 2 bộ phận chính:+ Máy biến áp hàn

+ Bộ chỉnh lu

- Nguồn hàn hồ quang một chiều dùng bộ chỉnh lu đợc chế tạo thành cácloại nh sau:

II.2.3 Các yêu cầu chung đối với các nguồn hàn hồ quang

a Điện áp không tải để mồi đợc hồ quang

- Khi nguồn hàn 1 chiều có điện cực là

+ Kim loại: Uomin = (30 ữ 40)V

+ Điện cực than: Uomin = (44 ữ 55) V

- Khi nguồn hàn là xoay chiều:

c Nguồn hàn phải có công suất đủ lớn.

d Nguồn hàn phải có khả năng điều chỉnh đợc dòng hàn vì ta đã biết dòng điện hàn phụ thuộc vào đờng kính que hàn.

* Hồ quang hàn do nguồn điện của máy chỉnh lu tạo nên Chế độ hàn của

hồ quang đợc đặc trng bởi cờng độ dòng điện Ihàn, điện áp hồ quang (Uhq) vàchiều dài hồ quang (lhq)

* Sự ổn định của hồ quang và chế độ hàn phụ thuộc vào điều kiện phóng

điện của hồ quang, tính chất và thông số của nguồn điện hàn và cờng độ dòng

điện đợc gọi là các đặc tính ngoài của nguồn điện hàn

* Ngời ta phân biệt một số đặc tính ngoài sau đây :

1 0

Khi hàn tự động và bán tự động, dây hàn xuống vùng hàn với tốc độ bằngtốc độ nóng chảy của dây Khi đột ngột giảm tốc độ của hồ quang, dòng điện hàn

sẽ tăng và dây hàn sẽ nóng chảy nhanh hơn Kết quả là chiều dài hồ quang sẽ

tăng và trở về với chiều dài ban đầu Quá trình tơng tự sảy ra khi tăng chiều dàicủa hồ quang Hiện tợng này gọi là hiện tợng điều chỉnh của hồ quang đối với hệ

tự điều chỉnh ngời ta sử dụng nguồn có đặc tính thoải

Chẳng hạn khi hàn hồ quang bằng tay ngời ta sử dụng nguồn hàn có đặctính dốc (1), điều này cho phép thợ hàn thay đổi hồ quang mà không sợ hồ quangtắt hoặc tăng quá mức dòng điện hàn, còn khi hàn tự động đờng đặc tính là đờng(3), hàn bán tự động là đờng (2)

Mấy năm gần đây nhiều nớc thờng chế tạo nguồn hàn hồ quang 1 chiềuvạn năng đó là nguồn hàn 1 chiều dùng bộ chỉnh lu có điều khiển để chế tạo rahọc đặc tính ngoài phù hợp với cả 3 chế độ làm việc của hàn hồ quang: bằng tay,

tự động và bán tự động Để tạo ra học đặc tính ngoài dốc dùng cho chế độ hàntay trong mạch điều khiển khối chỉnh lu có mạch phản hồi âm dòng điện Còncho chế độ hàn bồ quang tự động có mạch phản hồi âm điện áp

Chơng III Thiết kế mạch động lực

III.1 Chọn phơng án

+ Chỉnh lu 1 pha thờng đợc chọn khi nguồn cấp là lới điện 1 pha, hoặccông suất không quá lớn so với công suất lới ( làm mất đối xứng điện áp lới) vàtải không có yêu cầu cao về chất lợng điện áp một chiều

+ trong khi đề tài này lại có nguồn cấp là lới điện 3 pha công nghiệp.Chính vì vậy ta chỉ có thể chọn phơng án dùng chỉnh lu ba pha

a b c

Chỉnh l u tia 3 pha có điều khiển Chỉnh l u cầu 3 pha có điều khiểnChỉnh l u cầu 3 pha có điều khiển không đối xứng

+ trong khoảng θ1 ữθ2 Uadơng nhất Nếu Thyristor V1 nhận đợc tín hiệu

điều khiển tại thời điểm θ1 + α, V1 sẽ mở thông, nối tải với điện áp pha a, Ud =

Ua

+ Tại thời điểm θ2 + α, V2 nhận đợc tín hiệu điều khiển, V2 mở thông nốitải với điện áp pha b, Ud = Ub khi V2 mở sẽ đặt điện áp ngợc lên V1 để khoá lại

V1 lại vì lúc đó Uab < 0

+ Với tải thuần trở dòng trên tải sẽ lặp lại nh dạng điện áp Do đó với góc

điều khiển α≤ 300 dòng trên tải có dạng liên tục Với α > 300 dòng tải sẽ bằng 0tại θ≥ 1800 và sơ đồ làm việc ở chế độ dòng gián đoạn

+ ta có công thức tính giá trị điện áp chỉnh lu trung bình Ud nh sau:

cos 2

3 2

3

2 6

π ϑ θ π

π

α π

m

m Sin d U U

Khi α =

6

5 π

hay α = 1500 ta có Ud α= 0Vậy với tải thuần trở nếu góc α thay đổi từ 0 ữ 1500 thì Ud α thay đổi từ Ud0

đến 0

0 0

0 0

0 0 0

Mỗi van trên sơ đồ sẽ dân dòng có giá trị Id trong khoảng λ =

3

2 π

.+ Điện áp chỉnh lu trung bình đợc biểu diễn bởi công thức chung

Ud α = Ud0 cosα

0 0

0 0

H×nh III.3 §å thÞ d¹ng dßng ®iÖn, ®iÖn ¸p t¶i trë c¶m

III.1.2 ChØnh lu cÇu 3 pha cã ®iÒu khiÓn.

abc

1 Xét tải thuần trở

Với tải thuần trở dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử đợc cho trênIII.5 góc điều khiển α ở đây đợc cho ví dụ bằng 450

Trên đồ thị điện áp các pha ta biểu diễn quá trình điều khiển các van riêng

rẽ cho các thyristor nhóm catốt chung và nhóm anốt chung

+ Đờng bao phía trên của các đờng điện áp pha cho ta hình dạng thế của

điểm ra tải P khi V1, V3, V5 đợc điều khiển với góc α so với các điểm chuyểnmạch tự nhiên

+ Đờng bao phía dới của các đờng điện áp pha cho ta hình dạng thế của

điểm ra tải Q khi V2, V4, V6 đợc điều khiển với góc α so với các điểm chuyểnmạch tự nhiên

+ Dạng thế của P và Q so với điểm trung bính của nguồn giống với dạng

điện áp ra của các chỉnh lu 3 pha hình tia Nếu đo điện áp giữa P và Q ta có đợcbiểu diễn trên hệ thống điện áp dây Uab,Uac, Ubc…

+ Với tải thuần trở dạng dòng trên tải lặp lại giống nh dạng điện áp Ud Vìvậy với góc điều khiển α≤ 300 dòng trên tải là liên tục ta có: 0 ≤α ≤ 300 ; Ud α =

Udocosα

α > 300 ⇒ id = 0 ở góc π đối với đờng điện áp dây khi điện áp này bắt đầu

đổi cực tính Khi đó dòng điện sẽ gián đoạn và sau khi tính toán ta đợc:

Ud α = 1+cos( + 3)

6 3 2

π α

0 0 0 0 0 0 0 0 0

Xung lập lại

điều khiển xung rộng 0

0 0

Trên đồ thị điện áp các pha ta biểu diễn quá trình điều khiển các van riêng

rẽ cho các thyristor nhóm catốt chung và nhóm anôt chung

+ Dạng thế của P và Q so với điểm trung tính của nguồn giống với dạng

điện áp ra của chỉnh lu 3 pha hình tia Nếu đo điện áp giữa P và Q ta có đợc điện

áp ra của chỉnh lu cầu 3 pha đợc biểu diễn trên hệ thống điện áp dây Ucb, Uac,

Ubc, Uba, Uca, Ucb…

+ Do dòng tải đợc coi là phẳng hoàn toàn nên trớc khi một thyristor nhanạ

đợc tín hiệu điều khiển để mở ra thì dòng vẫn chạy qua thyristor đang dẫn trớc

Ud α = Ud0 cos α

Vậy với tải trở cảm thì phạm vi điều chỉnh của góc α là từ 00 đến 900

0

0 0

0

0 0

III.1.3 Chỉnh lu cầu 3 pha không đối xứng.

abc

Zt

Hình III.7 Sơ đồ cầu 3 pha không đối xứng

Chỉnh lu cầu 3 pha có dạng không đối xứng trong đó có một nhóm vananốt chung hoặc catốt chung đợc thay thế bằng điốt Sơ đồ đợc ứng dụng nhiều

là nhóm van catốt chung dùng thyristor, còn nhóm van anốt chung dùng đi ốt nh

đợc chỉ rra trên hình III.7 sơ đồ này có u điểm là có thể điều khiển các thyristormột cách trực tiếp mà không cần cách ly bằng biến áp xung Điều đó có thể ápdụng nếu nh sơ đồ làm vịêc với điện áp thấp, ví dụ nh một nguồn hàn hồ quangmột chiều Với sơ đồ này có u thế là dùng ít van tuy nhiên nhợc điểm của các sơ

đồ này là số lanà dập mạch của điện áp chỉnh lu phụ thuộc vào góc điều khiển α

* Từ những phân tích trên ta lựa chọn phơng án sử dụng chỉnh lu cầu 3 pha

có điều khiển

III.2 Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha

III.2.1 Nguyên lý hoạt động

* Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển

c U

a i

Hình III.8 Chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển

+ Giả thiết T5 và T6 đang dẫn nên VF= Uc; VG = Ub

+ Tại ωt1 = π/6 + α cho xung điều khiển mở T1 tiristo này sẽ mở vì Ua > 0.+ T1 mở làm cho T3 bị khoá 1 cách tự nhiên vì Ua > Uc

+ Tại T6 và T1 dẫn và điện áp trên tải là: UL = Ud = Ua – Ub

+ Tạo ωt2 = 3π/6 + α cho xung mồi để mở T2 Tiristo này sẽ mở vì khi T6

dẫn có điện áp Ub lên anốt của t2 mà Ub > UC sự mở của T2 làm cho T6 bị khoá lại

1 cách tự nhiên

* Các xung điều khiển lệch nhau π/3 lanà lợt đợc đa đến các cực điềukhiển theo bảng sau:

Thời điểm Mở Khoá

III.2.3 Một số biểu thức tính toán cơ bản.

* Giá trị trung bình củađiện áp chỉnh lu có thể đợc tính theo công tổngquát cho chỉnh lu n pha nh sau:

Ud =

π

π π

b 1cc

c 1cc

III.3.1 Tính điện áp chỉnh lu cầu không tải U d0

Ta đã có nguồn ~ 3 x 380 VAC

ex = 10%; er = - 15%

f = 50(Hz)

Điện áp sụt trên van: ∆Uv = 1,3 (V)

* Để đảm bảo đa ra tải điện áp 80 VDC với dòng 500A phải bù các sụt áp

do điện trở điện cảm của dây quấn máy biến áp trên van bán dẫn, vì vậy điện áp

Ud thực tế cần có là:

Ud = Udt + ∆Ul + ∆Ux + ∆Uv (1)

* Sụt áp trên điện trở dây quấn máy biến áp

mà ta có điện trở dây quấn 1 pha của máy biến áp xác định thông qua số er

từ biểu thức máy biến áp

ba

r ba

r phaba

e S

U e S

U e S

U

.

3

2 2 3

/

2 2 )

r d

d r

e U

I e S

U

05 , 1

3 34 , 2

Do điện áp Ud gây ra nhờ điện áp hai pha của nguồn nên điện trở gây sụt

áp là 2 điện trở pha vì vậy có hệ số 2 trong biểu thức số (2)

9

3

v dt

e e

U U

Ud = 73,45 (V)

⇒ U2 = 31 , 39

34 , 2

45 , 73 34 ,

+ Dòng điện định mức của van:

dt

du = 20V/s

- Thời gian chuyển mạch : 35 às

III.3.3 Tính chọn các thiết bị bảo vệ sau:

1 + Dùng áp tô mát tác động nhanh để đóng ngắt mạch động lực tự động bảo vệ

quá tải và ngắn mạch thyristor

+ Chọn áp tô mát có Iđm = (1,1 ữ 1,3) Id sao cho dòng bảo vệ của áp tô mátkhông vợt quá dòng ngắn mạch của thứ cấp

⇒ Iđm = 1,2 Ild = 1,2 3.I1 = 1,2 2

1

2

U U

⇒ Iđm= 70

380

408 39 , 31 3 2 ,

1

2 2

U

I U

Chọn Uđm = 220 V

+ Dòng ngắn mạch:

Inm = 2,5Ild= 2,5 3.I1 = 2,5 3.33,7 = 145,9 (A)+ Dòng quá tải:

Iqt = 1,5 Ild= 1,5 3.I1 = 1,5 3.33,7 = 87,56 (A)+ Chọn cầu dao có dòng định mức:

Iqt = 1,1 3.I1 = 1,1 3.33,7 = 64,2 (A)Cầu dao này sử dụng để tạo độ an toàn khi sửa chữa hệ truyền động

2 Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch thyristor, ngắn mạch

đầu ra bộ chỉnh lu.

+ Nhóm một cầu chì bảo vệ ngắn mạch bên ngoài đợc chọn theo giá trị hiệu dụng của dòng điện thứ cấp máy biến áp

I1cc = 1,1I2 = 1,1.408 = 448,8 (A)Chọn I1cc= 448,8 (A)

1cc loại 448,8 (A)