thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều có u vào 220v ura = 60v, i =250a

Hàn điện là một công nghệ phổ biến nhất trong kỹ thuật hiện đại.ở các ngành đóng tàu,ngành xây dựng,ngành chế tạo máy móc không thể thiếu máy hàn điện.Hàn điện củng được áp dụng ở những

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều có các thông số sau:

Uvào(V) Ura(V) Ira(A)

380 60 250

Giáo viên hướng dẫn : ĐOÀN VĂN TÂN

Sinh viên : TRỊNH BÁ CHUNG

Mã SV :3912

NHÓM :N03

ChươngI: khái niệm chung về công nghệ hàn một chiều

1.Khái niệm về hàn điện.

Hàn điện là một công nghệ phổ biến nhất trong kỹ thuật hiện đại.ở các ngành đóng tàu,ngành xây dựng,ngành chế tạo máy móc không thể thiếu máy hàn điện.Hàn điện củng được áp dụng ở những đơn vị sản xuất nhỏ và những công ty lớn trong các ngành công nghiệp khác

2.Định nghĩa hàn.

Hàn là quá trình nối hai vật liệu bằng kim loại với nhau bằng cách nung nóng chổ nối đến nóng chảy hoặc gần nóng chảy

A

B

h U

3 Hồ quang điện và hàn hồ quang điện.

Hồ quang điện hàn là một dạng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện lớn(102 đến 103A/mm2) ở điều kiện bình thường chất khí hầu như không dẫn điện Nếu đặt lên hai điện cực trong môi trường không khí một điện trường có cường độ

đủ lớn thì có thể phá vỡ cách điện của chất khí và có khả năng dẫn dòng điện lớn, phụ thuộc vào tính chất chất khí, áp suất của nó, nhiệt độ môi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn của cường độ điện trường…

Đặc tính V-A, đặc tính tĩnh của hồ quang:

Để giảm được U mồi mà vẫn gây được hồ

quang người ta cho hai điện cực tiếp xúc

nhau gây ra I đoãn mạch Nếu I đoãn mạch

đủ lớn sẻ nung kim loại chổ tiếp xúc nóng

chảy

Thường sử dụng đoạn đặc tính CD đẻ hàn

Hàn điện hồ quang là dùng nhiệt lượng của hồ quang điện nung nóng chổ hàn làm cho kim loại vật hàn chảy và kim loại bổ sung chảy để nối hai vật lại

Khi hàn: cho que hàn chạm vào vật hàn 0.1 s xong đưa lên cao 3-4 mm do tác dụng của điện trở nên đầu nút que hàn và chỗ vậtt hàn tiếp xúc vớii que hàn bị nung nóng khi nhấc que hàn lên khỏi vật hàn que hàn bắn ra điện từ, các điện tử bắn nhanh đập vào vậtt hàn biến động năng thành nhiệt năng dẫn đến vật hàn bị chảy môi trường giữa que hàn và vật hàn chịu tác dụng của điện trường bị ion hóa, các ion dưới đi lên rấtt nhanh biẾn động năng thành nhiệt năng dẫn đến que hàn nóng chảy và nhỏ giọt xuống vật hàn

4 Các yêu cầu chung đối với nguồn hàn hồ quang.

Nguồn điện cung cấp cho hàn hồ quang có thể là xoay chiều hoặc một chiều

trong nguồn hàn một chiều nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu có những ưu việt sau đây so với máy phát hàn một chiều:

+ chỉ tiêu năng lượng cao

+ không có phần quay

+ hiệu suất cao, chi phí vận hành, bão dưỡng và sứa chữa thấp

tuy nhiên chúng đều có những yêu cầu chung sau:

+Điện áp không tải đủ lớn và lớn hơn áp khi có tải để môi được hồ quan

và hàn được dễ dàng:

Nguồn hàn một chiều vói điện cực là:

kim loại : U0MIN = (30 - 40) V

than : U0MIN = (45 - 55) V

-Đảm bảo an toàn lúc làm việc ở chế độ làm việc cũng như ở chế độ ngắn mạch làm việc bội số làm việc ngắn mạch không được quá lớn

trong đó: λ I -bội số dòng điện ngắn mạch

I nm - dòng điện ngắn mạch [A]

- Nguồn hàn phải có công suất lớn

- Nguồn hàn phải có khả năng điều chỉnh được dòng hàn; vì như ta đã biết dòng điện hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn dòng điện hàn được tính theo biểu thức sau:

I h=(40÷60)d

trong đó : I h - dòng điện hàn [A]

2 3 4 U

I

d – đường kính que hàn [mm]

- đường đặc tính ngoài của nguồn hàn phải đáp ứng theo từng phương háp hàn Đặc tính ngoài là đường biểu diễn quan hệ giữa áp trên hai đưa ra của máy với dòng tải

-các đặc tính ngoài của nguồn điện

hàn:

1: đặc tính dốc

2: đặc tính thoải

3: đặc tính cứng

4: đặc tính tăng

nguồn hàn dùng cho phương pháp hàn hồ quang bằng tay phải có đường đặc tính ngoài dốc

nguồn hàn dùng cho phương pháp hàn hô quang tự động phải có đường đặc tính ngoài cứng

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1-Nguyên tắc điều khiển.

Hình dưới là sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh hoạ Ở đây khâu ut tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng răng cưa, đôi khi hình sin) theo chu kỳ do nhịp đồng

bộ của UĐB Khâu so sánh SS xác định thời điểm cân bằng của 2 điện áp UT và UĐK

để phát động khâu tạo xung TX Như vậy trong điều nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của UĐK, trên đồ thị đó là

sự di chuyển theo chiều dọc của trục biên độ Đa số mạch điều khiển thực sử dụng nguyên tắc này

1 Thuyết minh:

Khi cấp nguồn vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp của biến áp được hạ áp Sau khi qua mạch chỉnh lưu có điểm trung tính điện áp u1 là điện áp một chiều nửa hình sin

Điện áp một chiều nửa hình sin tại u1 được đưa vào cực (+) của OA1 so sánh với điện áp phẳng u được đặt vào cực (-) của OA1 do E1, VR1 và R2 tạo ra Kết quả

ta được tín hiêu đầu ra U2 của OA1 có dạng xung vuông đồng bộ với lưới

Điện áp dạng xung vuông sau khi được tạo ra ỏ khâu đồng bộ trước đó được đưa vào khâu tạo điện áp răng cưa khi U2 có giá trị âm, DIODE D3 mở, tụ C1 được nạp theo chiều từ U3 qua tụ C1 qua R3 qua DIODE D3 vỀ U2.khi U2 có giá trị dương,TRANSISTOR T mở DIODE D3 khoá lúc này tụ C1 phóng từ + C1 qua TRANSISTOR T về – C1 kết quả ta được U3 có dạng điện áp răng cưa

Điện áp điều khiển được lấy từ điện áp phản hồi trên điện trở SHUNT được khuyếch đại lên để có độ lớn thích hợp, sau khi qua khâu khuyếch đại đảo và khâu

PI lọc sai số động ta được UĐK có dạng đường thẳng

Điện áp răng cưa U3 được đưa vào cửa (-) của OA3 và so sánh với điện áp điều khiển UĐK được đưa vào cửa (+) khi U3 > UĐK thì điện áp đầu ra của OA3 là

U4 có giá trị âm Ngược lại, khi U3 < UĐK ra thì điện áp đầu U4 có giá trị dương Kết quả ta được u4 có dạng xung vuông

Khâu phát xung chùm có tác dụng tạo ra chùm xung dưới sự phóng nạp của tụ

C2 D9 có tác dụng loại bỏ xung âm do đó tín hiệu điện áp U6 có dạng xung chùm dương

Điện áp U4 được chọn với xung chùm U6 bởi IC4081 rồi được đưa qua tầng khuyếch đại do tín hiệu xung vẫn chưa đủ lớn để kích mở thyristor

Tầng khuyếch đại gồm các TRANSISTO mắc theo kiểu DALINGTON xung dương được đặt vào bazơ của TR1 làm TR1 mở đồng thời TR2 mở theo khi đó có xung đi vào biến áp xung trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung để kích mở tiristo khi điện áp trên biến áp xung giảm đột ngột, cuộn dây của biến áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng ngược dấu lúc đó điốt D4 và D7 có tác dụng trả ngược điện áp dập tắt sức điện động để bảo vệ các TRANSISTOR khỏi bị quá áp

2 Tính toán các khâu trong mạch điều khiển

a.Tính toán khâu đồng bộ:

U 2

U ~

- E + E

+ E 1

R 1

+

-3

T R F

D 1

D 2

R

V R 1

R 2

U 1

Tính toán:

Chọn góc duy trì và thoát năng lượng  =5 o thì điện áp U 1 đặt vào cửa (+)

của bộ so sánh là: U θ = √2 Umaxsin 5 o

= √2 .12.sin 5 o

= 1,48(V)

Ta có: I=

U R 2

R2 =

E

R2+VR 1



1,48

E−1,48

12−1,48

10,52

 VR 1≈7 R2

Chọn R 2 = 5 (K) , VR 1 = 50 (K)

Để điện trở đầu vào của OA1 là lớn ta chọn điện trở R có giá trị là 100(K)

b Khâu tạo điện áp răng cưa:

Tính toán

Chu kì của điện áp lưới là: T=1

1

 chu kì cỦa điỆn áp răng cưa là : T RC=T

2=10 (ms ) tương ứng với 180 0

Mặt khác T RC = T P + T N

trong đó : T P – thời gian phóng của tụ C 1

+ E + E 2

U 2

U 3

-+

1 2

3

R 3

V R 2

D 3

1 4 1

R 4

C 1

D Z

- E

T N – thời gian nạp của tụ C 1

như trên ta đã chọn  = 5 0 TỨC LÀ T N = 10 0  T P = 180 0 - 10 0 =

170 0

tương ứng với thờii gian là: T P =

1700x 10''

1800 =9,4 ms

T N =

100x 10''

1800 =0,6 ms

Chọn giá trị của tụ C 1 = 0,2 μ F

Gọi dòng địên trong quá trình nạp là I N sau khoảng thời gian T = T N = 0,6

U C 0= 1

C∫00,6i c dt= U bh

C R3t=9

→R3=U bh

9 C t=

10 0,6 10−3

9 0,2 10 −6 =3333 , 33 (  )

Chọn R 3 có giá trị là 3,5 K

Gọi dòng điện trong quá trình phóng là I P sau khoảng thời gian T = T P = 9,4

(MS) thì điện áp trên tụ về giá trị 0 vậy ta có:

U CP = U C 0−

1

C∫

0

tlp

I p dt

=0 →I p=

U C 0 .C

t p =

9 0,2 10 −6

9,4.10 −3 =1,9 10 −4

(A)

ta có: I p=

E2

VR 2+R4 →VR 2+R4=E2

I p=

12 1,9 10−4=63 , 15 10

3 ( )

chọn R 4 = 20 K, VR 2 = 50 K có thể điều chỉnh được.

c Khâu so sánh:

.

+ E

U r c

U 4

- E

U ® k

R 7

R 5

R 6

-+

1 2

3

D 4

Đ ể đảm bảo cho dòng điện đi vào các cửa của khuyếch đại thuật toán nhỏ hơn 1

ta chọn R 5 =R 6 =15 K

d Khâu phát xung chùm:

Tính toán:

Chu kỳ dao động:

9

8 3

10

2

2 ln 1 R

R

Chọn tần số phát xung là F = 10 KHZ



9

10

10.10

R

R C

theo kinh nghiệm thường chon R 9 + R 10 CỠ 20 K, để giảm độ chênh lệch giữa 2

cửa vào của OA chọn R 10 nhỏ hơn R 9 vậy chọn R 10 = 5K, R 9 = 15K

chọn trị số tụ điện C2 là 10 NF



8

9 9

2

10

0, 0001 0, 0001

2500 2.15

2 2.10.10 ln 1

2 ln 1

5

R

R C

R





Chọn trị số của R 8 là: 2,5 K

Để có sườn xung dốc đứng ta nên sử dụng loại OA có tham số vế tốc độ tăng

áp lớn (như lf351) hoặc dùng COMPARATOR (như LM301, LM339…), các loại

U 6

+ E

- E

D 6

R 1 1

R 8

R 1 0

R 9

C 3

-+

1 2

3

OA thông dụng như LM324, A741 cho xung không thật dốc với khu vực tần số

trên 10 (KHZ)

e Khâu trộn xung:

Khâu trộn xung sử dụng Ic các cổng and có 3 đầu vào với các thông số: nguồn nuôi IC : VCC = 315 (V), ta chọn: VCC = 12 (V)

Nhiệt độ làm viỆc : - 40O C  80O C Điện áp ứng với mức logic “1”: 2.54,5 (V)

dòng điện nhỏ hơn: 1 MA bảng chân lí của cổng and:

f Khâu phản hồi:

nguyên lý hoạt động

của khâu phản hồi :

Lấy điện áp phẩn hồi từ nguồn hàn thông qua điện trở shunt, vì điện áp này

nhỏ nên ta cho qua bộ khuếch đại để được điện áp thích hợp tiếp theo điện áp phẩn hồi được đưa vào bộ cộng (đảo) với điện áp mà ta đặt cho nguồn hàn làm việc

sau đó điện áp phản hồi được đưa qua khâu PI để loại bỏ các sóng nhiều có tần số

cao làm cho mạch tăng tính ổn đỊnh

Chọn điện áp trên điện trở shunt URS = 2,5 V

ta có: RS = 2,51747 = 0,0014  PRS = 1747 2.0,0014 = 4272 W

chọn: RS = 0,0015  VÀ PRS = 10 KW

U ® k

+ E

- E

+

E

+ E

- E

+ E + E

-+ 1 2

3

R 1 6

R 2 2

R 1 8

-+ 1 2

3

R 2 1

R 1 7

V R 2

C 2

R 1 5

R 2 0

-+ 1 2

3

R 1 9

R S



tính toán biến áp

công suất cấp cho các khối là rất nhỏ, thông thường ta chọn thông số của các biến áp của các khối như sau:

ở khâu ổn áp:

công suất của khâu ổn áp là:

P 2 1 =U2 1.I 2 1 =17.0,6=10,2 (W)

ở khâu nguồn công suất :

công suất của nguồn ổn áp là:

P 2 2 =U 2 2 .I 2 2 =10.1=10 (W)

ởkhâu đồng pha:

U 23 =12 V; I 23 =0,1 A

công suâtt của nguồn đồng pha là:

P 23 =U 23 .I 23 =24.0,1=2,4 (W)

Tổng công suất của cả ba khâu là:

Số von/vòng là:

N=4,44.B.F.Q=4,44.1.50.2,91.10 −4 =0,064 (von/vòng)

Số vòng cuộn thứ cấp biến áp của khối ổn áp :

W21 =U2

1

N =

17

0 , 064=266 (vòng)

Chọn mật độ dòng điện thứ cấp là J=2a/mm 2 thiết diện dây thứ cấp là:

Q21 =

I2

1

J =

0,6

2 =0,3 mm

2

Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q 2 1 =0,3019 tương đương với

đường kính d2 1=0 , 62 mm

Số vòng cuộn thứ cấp biến áp của khối công suất :

W22 =U2

2

N =

10

0 , 064=156 (vòng)

Chọn mật độ dòng điện thứ cấp là J=2a/mm 2 .thiết diện dây thứ cấp là:

Q22 =

I2

2

J =

1

2=0,5 mm

2

Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q 22 =0,5027 tương ứng với đường

kính D 22 =0,8mm

Số vòng cuộn thứ cấp biến áp khối đồng pha :

W23 =U2

3

N =

12

0 , 064=188 (vòng)

Chọn mật độ dòng điện thứ cấp là J=2a/mm 2 thiết diện dây thứ cấp là:

I2

3

J =

0,1

2 =0 , 05 mm

2

Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q 2 2 =0,05726 tương ứng với đường

kính D 2 2 =0,27MM

 tính toán phía sơ cấp biến áp

dòng điện sơ cấp trong máy biến áp là:

S

22 ,6

220 =0 ,102 ( A )

Số vòng cuộn sơ cấp biến áp :

W1=

220

0, 064=3438 (vòng)

Chọn mật độ dòng điện thứ cấp là J=2A/MM 2 .thiết diện dây sơ cấp là:

S1 =I1

J =

0 , 102

2 =0 ,051 (mm

2

) Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: S1 =0, 05726 mm2 tương ứng với đường kính d1 =0 , 27 mm

 tính toán khâu chỉnh lưu và ổn áp:

tạo nguồn nuôi E=12 V

URA = -12(V) với IC 7912 dòng điện đầu ra: IRA = 01 (A)

Tụ điện C 4 , C 5 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao

Chọn: C1 = C1' có: 50V/1000 μF

C2 = C2' có: 25V/1000 μF

C3 = C3' = 1μF

Chọn C 4 CÓ: 25V/1000 μF

các DIODE D1  D8 chọn loại DIODE thông thường có các thông số:

I TB = 1 A

U ĐM = 200

h.Khuyếch đại xung & biến áp xung:

-.biến áp xung:

theo phần tính toán ở mạch lực ta chọn van

THYRISTOR N520CH04GOO

giá trị này là giá trị dòng và áp ở thứ cấp của bax

tham khảo các tài liệu cho thấy tỷ số biến áp xung

thường áp dụng m =13 là tott nhất

Ở đây ta chọn m = 2

vẬy giá trị dòng sơ cấp của BAX

2 1

300

150 ( ) 2

I

m

  

giá trị điện áp sơ cấp của BAX:

1 2 2,5.2 5 ( )

U U m  V

công suất của BAX:

1 1 5.0,15 0,75 ( )

S U I   VA

Chọn vật liệu lõi biến áp xung là FERIT làm việc trên một phần của đặc tính từ

hóa: BS = 0,45 T, độ từ thẩm A = 6000 a/m, diện tích lõi 1cm2

Số vòng dây cuộn sơ cấp BAX: W1=

U1t x

B s .S

trong đó: tx là chiều dài xung truyền qua máy biến áp thường có giá trị từ 10

đến 600s Ở đây ta chọn TX LÀ 350 s

+ E 4

T 1

R 1 4

R 1 3

R 1 2

T R 2

3 2 1

D 7

T R 1

3 2 1

T R F 2

1 5

4 8

D 8

D 9

1 4 1

S là tiết diện lõi FERIT thay số vào ta có:

6

5.350.10

23 0,75.10

W





(vòng)

số vòng dây cuộn thứ cấp BAX:

1 2

23 11,5 2

W W m

  

(VÒNG) giá trị trung bình ở sơ cấp và thứ cấp BAX

6

2

6

2

350.10

2.10 350.10

2.10

x tb

x tb

t

T t

T













Đường kính cuộn sơ cấp, thứ cấp BAX (khi ta chỌn J = 2.35 (A/mm2)

2 1

1

2 2

2

1,98.10

1,98.10

tb

tb

I

J I

J









như vậy ta chọn D 1 = 0,1 (mm), D 2 = 0,15 (mm)

-.khuyếch đại xung: chọn ECS = 10 V

TA CÓ: R14=

I SCBA =

10−5

0 125=40 Ư () Chọn TR2 loại H1061 với các thông số:

UEC = 35 (V)

IEC = 2 (A)

 = 120

Ở đây sử dụng  = 10

2 2

2

0,15

0,015( ) 15( ) 10

ECT BT

T

I



ta có: IBT2 = IECT1 = 15 (MA)

chọn TR1 loại C828 với các thông số:

UEC = 35 (V)

IEC = 150 (MA)

 = 100

Ở đây sử dụng  = 10

1

1

1

15 1,5 ( ) 10

ECT

BT

T

I



Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển :

Sơ đồ điện áp:

id

r1

Uf

r

9

§2

u1

§4

Kết luận

Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận

tình của các thầy cô giáo trong bộ môn đặc biệt là thầy Đoàn Văn Tân và sự

giúp đỡ của các bạn cùng nhóm, em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ án : Thiết kế bộ chỉnh lưu hàn hồ quang một chiều

Trong quá trình thực hiện, do trình độ còn hạn chế nên chắc chắn em không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy giáo và các bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, 2010

Sinh viên:

TRỊNH BÁ CHUNG

Tài liệu tham khảo :

1 Điện tử công suất – Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật

2 Điện tử công suất – Nguyễn Bính

5 Thiết kế máy biến áp – Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh.

Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật