Nghiên cứu thiết kế luật điều khiển dòng hàn cho máy hàn xách tay một pha trên nền sử dụng IC chuyên dụng cho các bộ biến đổi công suất

 Yêu cầu đối với nguồn điện hàn: Hàn hồ quang kim loại bằng tay thường sử dụng các máy có dòng điện không đổi.. Dòng điện hàn được điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số của máy  H

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MÁY HÀN 1.1.SƠ LƯỢC VỀ CÔNG NGHỆ HÀN HỒ QUANG TAY:

1.1.1.Khái niệm về hàn:

Hàn là quá trình công nghệ sản xuất các kết cấu không thể tháo rời được từ kim loại, hợp kim và các vật liệu khác Bằng sự hàn nóng chảy có thể liên kết được hầu hết các kim loại và hợp kim với chiều dày bất kỳ Có thể hàn các kim loại và hợp kim không đồng nhất

Nguyên lý của hàn: Khi hàn nóng chảy kim loại ở mối hàn đạt tới trạng thái lỏng Sự nóng chảy cục bộ của kim loại cơ bản được thực hiện tại các mép của phần tử ghép Có thể hàn bằng cách làm chảy kim loại cơ bản hoặc làm chảy kim loại cơ bản và vật liệu bổ sung kim loại cơ bản, hoặc kim loại cơ bản và kim loại bổ sung nóng chảy tự rót vào bể hàn và tẩm ướt bề mặt rắn của các phần tử ghép Khi tắt nguồn đốt nóng kim loại lỏng nguội và đông đặc-kết tinh, sau khi bể hàn kết tinh tạo thành mối hàn nguyên khối với cấu trúc liên kết hai chi tiết làm một

Hình 1.1: Tia lửa của hồ quang máy hàn

1.1.2 Một số loại công nghệ hàn:

- MMA (Melt Metal Arc Welding - Hàn hồ quang tay): Là phương pháp hàn bằng tay và sử dụng điện cực nóng chảy (que hàn thuốc bọc) để điền đầy kim loại vào mối hàn

- TIG (Tungsteng Inert Gas - Hàn bằng điện cực không nóng chảy trong khí trơ):

Là phương pháp hàn trong khí bảo vệ, sử dụng khí Ar, và điện cực không nóng chảy là Vonfram

- Hàn MIG/MAG (Melt Metal Inert Gas/ Melt Metal Active Gas - Hàn bằng điện cực nóng chảy trong khí bảo vệ là khí trơ/ khí hoạt tính): Là phương pháp hàn

bằng điện cực nóng chảy (dây hàn) trong khí bảo vệ là khí trơ hoặc khí hoạt tính MIG là hàn trong khí trơ và MAG là hàn trong khí hoạt tính

- Hàn plasma:

 Nhiệt độ hồ quang trong hàn plasma cao lên tới 15000-200000C , không như

hồ quang trong hàn tự do có dạng hình côn tri rộng trên chi tiết, hồ quang trong hàn plasma có dạng hình trụ, do đó nó có khả năng xuyên sâu vào bể hàn, nên các mép hàn vật dày không cần vát mép lớn

 Bằng hàn hồ quang plasma có thể kết nối các kim loại đen và màu khác nhau: Nhôm và hợp kim titan, thép cacbon thấp và thép không gỉ, đồng, đồng thau, niken và các vật liệu không đồng dạng với chúng

- Cắt plasma:

 Các phương pháp cắt thông thường(cắt oxy, cắt hồ quang điện) chỉ cho phép cắt thép cacbon thấp và thép hợp kim thấp không thể cắt được gang , thép hợp kim cao, nhôm đồng và các hợp kim của chúng

 Nguyên lý cắt plasma dựa trên sự tận dụng nhiệt độ rất cao và tốc độ truyển động lớn của khí từ miệng phun của đầu plasmatron để làm nóng chảy và thổi kim loại khỏi rãnh cắt

 Thông thường sử dụng hỗn hợp khí 65% Ar + 35%H2; 80%N2+20%H2 Khi ứng dụng chế độ thích hợp mép cắt phẳng không sần sùi, để tạo mép cắt vuông góc cần gim tốc độ cắt

 Chất lượng cắt plasma phụ thuộc vào cường độ dòng điện , khí sử dụng , tốc độ cắt và khoảng cách từ vật tới mỏ cắt plasma

- Máy hàn laser sử dụng tia laser xung năng lượng cao để hàn các vật liệu với nhau

Hình 1.2: Hình máy hàn laser

 Đặc tính:

Dòng máy này được thiết kế với kết cấu đ p và chắc chắn, công suất cao, với

độ ổn đ nh năng lượng tốt, d sử dụng, vận hành tin cậy, có khả năng ứng dụng rộng rãi

Thiết b sử dụng công nghệ laser buồng cộng hưởng phản xạ với tấm mạ vàng hóa hợp và sử dụng chế độ lựa chọn tia đặc biệt, đảm bảo công suất phát cao

và chất lượng tia hoàn hảo

Sử dụng đ n kích thích Xenon xung đôi, nguồn laser với cường độ không đổi,

hệ thống quản lý thông minh và chế độ xung được lập trình Thiết b c ng được trang b hệ thống bảo vệ tự động cảnh báo khi ngừng hoạt động hay thiếu nước làm mát ở nhiệt độ cao

ược trang b bộ điều khiển lập trình PLC, bàn thao tác ( 2 trục/ 3 trục) điều khiển PC và bàn máy di chuyển tự động theo 2 chiều trục X/Y vạn năng Sử dụng ánh sáng đỏ bán d n để điều hướng Góc lái tia và tiêu điểm của tia laser

có thể thay đổi bằng tay từ lớn nhất đến nhỏ nhất

Hàn kín pin ion lithium như pin điện thoại di động và pin công nguồn

Hàn điểm chính xác các chi tiết điện tử và hàn kín rơle

Trong ngành sản xuất thiết b điện, như hàn tấm thép silic, rotor của bộ điều hòa không khí, hàn bảo vệ chống rão

Buồng hội tụ ánh sáng Combined Gold-Plated Reflector Cavity

1.1.3 Giới thiệu về que hàn:

 Que hàn dùng trong công nghệ hàn hồ quang tay có đường kính từ 1.6÷6.3mm, chiều dài 250÷450mm, b chảy hết trong vòng 1.2÷2 phút Cấu tạo que hàn gồm

có lõi kim loại bằng thép hoặc hợp kim chứa các thành phần như sau: 0.1÷0.8%C; 0.28÷0.5%Mn ; 0.05÷0.25%Si ; 0.035%S&P Lớp thuốc bọc bên ngoài có cấu tạo khá đặc biệt giúp cho hồ quang cháy ổn đ nh và bảo vệ mối hàn [1]

 Yêu cầu đối với nguồn điện hàn: Hàn hồ quang kim loại bằng tay thường sử dụng các máy có dòng điện không đổi Máy hàn thông dụng có dòng điện từ 300-350A với chu kỳ tải 60%, có thể hàn kích cỡ điện cực từ 1.6mm trở lên iện áp sử dụng

có thể là AC và DC iện áp DC thích hợp cho mọi kiểu điện cực, có thể hàn các hợp kim sắt và hợp kim không sắt Và trên nhãn hiệu điện cực hàn thường có ghi

rõ dùng điện DC hay AC, khoảng dòng điện phù hợp kích cỡ điện cực [2]

Tên sản

phẩm Tên thương mại ặc tính

Loại que hàn

ộ bền kéo

iều này chứng tỏ đặc tính ngoài của nguồn cung cấp tại điểm làm việc phải có độ dốc lớn hơn độ dốc đặc tính hồ quang [3] iều kiện để ổn đ nh hệ thống này sẽ là :

Trong đó : S - hệ số ổn đ nh; U - điện áp duy trì hồ quang

Bảng 1.1 Một số loại que hàn thông dụng

Un - điện áp nguồn duy trì cung cấp điện

ối với điện áp không tải của nguồn điện hàn :

AC từ 40 đến 80V DC từ 60 đến 90V

Dòng ngắn mạch:Icc/Ih=1.1 đến 1.5 và 2 cho các thiết b nặng

 iện áp hở mạch (OCV) là điện áp ở các đầu ra của máy hàn điện, trong điều kiện không có tải, do đó được gọi là điện áp không tải ối với các máy điện kiểu CV (điện áp không đổi), điện áp hở mạch (OCV) không có ý ngh a, nhưng với các máy CC (dòng điện không đổi), cả AC và DC, điện áp hở mạch có vai trò rất quan trọng, bảo đảm mồi hồ quang d dàng và ổn đ nh hồ quang Tuy nhiên, điện áp hở mạch cao sẽ có nguy cơ điện giật, do đó giá tr tối đa là 100V [2]

 Thông thường điện áp duy trì hồ quang đối với máy hàn hồ quang tay được xác

đ nh là 20V Dòng điện hàn được điều chỉnh bằng cách thay đổi các thông số của máy

 Hàn, đối với máy hàn cổ điển người ta thay đổi điện kháng thì sẽ nhận được họ đặc tính ngoài của máy biến áp hàn

1.2 GIỚI THIỆU VỀ MÁY HÀN HỒ QUANG CÔNG SUẤT NHỎ:

Hình 1.4: Nguyên lý máy hàn dùng biến thế hàn tần số 50 Hz

(1:Khung máy biến thế hàn; 2: điều chỉnh độ cứng của máy hàn; 3: phôi hàn; 4: que hàn)

Hình 1.5: Nguyên lý máy hàn dùng biến thế hàn tần số 50 Hz có bộ tự cảm riêng

Loại máy hàn này được dùng rất phổ biến do giá thành thấp, kết cấu đơn giản và d bảo trì Loại này chỉ cung cấp điện AC ở đầu vào và giảm áp ở ngõ ra, nơi gắn điện cực hàn Bộ phận chính bên trong máy hàn này là biến áp hàn, gồm hai cuộn cuộn sơ cấp và thứ cấp, lõi từ tính với các tấm mỏng bằng thép hợp kim silic Các cuộn sơ cấp và thứ cấp được làm bằng Cu hoặc Al các cuộn Al có trọng lượng nh và kinh tế Do Al có tính d n điện thấp hơn Cu, tiết diện dây Al phải lớn hơn dây Cu

Các máy biến áp hàn được làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên hoặc cưỡng bức được dùng nhiều trong công nghiệp, và đôi khi được làm mát bằng dầu nếu môi trường khắc nghiệt như có tính ăn mòn cao, nhiều bụi bẩn

ể duy trì hồ quang cháy liên tục và hạn chế dòng ngắn mạch khi thực hiện việc hàn

hồ quang, điện trở của mạch điện phải lớn và mang tính cảm Các máy hàn hồ quang điện kháng có thể tăng lên nhờ các biện pháp nhân tạo như : Nối điện kháng nối tiếp thêm vào cuộn dây thứ cấp của máy biến áp; làm cho điện kháng của bản thân máy biến áp tăng lên bằng cách làm cho điện kháng tản của cuộn dây tăng lên hoặc bố trí thêm cuộn kháng điều chỉnh ngay trong mạch từ của máy biến áp [2]

Tiếp điểm điều chỉnh dòng điện hàn

U1

U2

Tay quay

Hình 1.7 Sử dụng tay quay để thay đổi độ lớn trong mạch từ shunt

của mạch từ máy biến áp Sự thay đổi này làm thay đổi giá tr của

dòng điện hàn

1.2.1.2 Hình dạng trong thực tế:

Hình 1.8: Máy hàn dùng biến thế hàn tần số 50 Hz

1.2.2.Máy hàn hồ quang inverter:

Loại máy hàn tiên tiến sử dụng công nghệ Inverter sử dụng linh kiện đóng cắt IGBT hoặc MOSFET ở tần số từ 20-40KHz, ưu điểm của loại máy hàn này là nhỏ gọn, nhiều chức năng và đặc biệt cho ra sản phẩm mối hàn rất đ p mắt

- Hình dạng thực tế:

Song song với các tính năng vượt trội trong công nghệ hàn, máy hàn Inverter có khối lượng nh , khởi động êm không làm ảnh hưởng đến hệ thống điện nhỏ tránh gây sụt áp cục bộ trên lưới điện Ngoài ra các máy hàn Inverter hiện đại còn tích hợp cả những bộ lọc tích cực nhằm hạn chế gây nhi u trên lưới điện

- Sơ đồ nguyên lý máy hàn:

Hình 1.10: Nguyên lý máy hàn dùng inverter tần số ~ 20.000 Hz

Hình 1.9 Hình dạng nhỏ gọn thích hợp trong những công việc đòi hỏi tính năng động cao như: đóng tàu thuyền, xây dựng dân dụng và các ngành công nghiệp nặng …

Nguồn điện 220V AC- 50Hz được đưa qua bộ PFC để chỉnh nắn thành nguồn điện DC

có giá tr điện áp khoảng 280VDC Nguồn DC này được các khóa điện tử công suất băm

ra thành điện áp AC vuông với tần số khoảng 20Khz nguồn AC này đưa vào ngõ vào cuộn sơ cấp của máy biến áp xung để biến đổi điện áp cho phù hợp cho điện áp hàn khoảng 80VAC-20kHz (khi hở mạch) và nguồn này được chỉnh lưu cao tần thành nguồn

DC và được cho qua cuộn coil đệm trước khi đưa tới mối hàn để tạo ra hồ quang

1.2.3 Đánh giá chung về các dạng máy hàn trên:

Ngày nay, hầu hết các nước phát triển đều không còn sử dụng loại máy hàn tần số công nghiệp (50-60Hz) nữa, mà thay vào đó họ sử dụng loại máy hàn Inverter, điều đó đã đẩy nhanh năng suất c ng như hiệu quả làm việc lên rất nhiều Ở Việt Nam, máy hàn Inverter còn khá mới mẻ, sử dụng không nhiều, chủ yếu ở các trung tâm, hay xí nghiệp

có quy mô lớn, còn các xí nghiệp nghiệp hay các xưởng cơ khí vừa và nhỏ thì hầu như không thấy

Yếu tố chung ảnh hưởng đến tình hình như vậy phần lớn phụ thuộc vào giá thành của loại máy hàn hiện đại này Một máy hàn trung tần có dòng hàn từ 200-320A của Mỹ hoặc Nhật sẽ có giá từ 1600-3000USD, còn của Trung Quốc từ 200-400USD, máy hàn tần số công nghiệp ở Việt Nam từ 60-200USD Nếu mua sản phẩm máy hàn xuất xứ từ Trung Quốc, nhìn chung giá thành có thể chấp nhận được, tuy nhiên còn về chất lượng sản phẩm c ng như chế độ bảo hành thì lại là việc đáng quan tâm

Ngày nay Việt Nam đang từng bước hình thành nền công nghiệp hóa – hiện đại hóa, đòi hỏi trong công việc phải mang tính chuyên nghiệp Và từ những vấn đề được đặt ra thì việc nghiên cứu và sản xuất máy hàn Inverter phù hợp với điều kiện nước ta là hết sức cần thiết và trong tương lai chắc chắn chúng ta sẽ không còn thấy những chiếc máy hàn quá nặng nề và cồng kềnh nữa

Hòa cùng với nh p độ phát triển của đất nước, nhóm thực hiện luận văn nghiên cứu về loại máy hàn Inverter 40-160A Theo tìm hiểu th trường thì đây là loại máy đang có nhu cầu sử dụng rất lớn

 Máy hàn hồ quang cổ điển

Ưu và khuyết điểm của máy hàn dùng máy biến áp hàn 50Hz

Khuyết Điểm:

 Chất lượng mối hàn không cao khi sử dụng nguồn 1 pha

 Không hàn được những mối hàn cho vật hàn mỏng

 Gây nhi u và ảnh hưởng đến lưới điện quốc gia

 Tốn kém nhiều kim loại mầu khi sản xuất, và có khối lượng tổng nặng nên không phù hợp cho các thiết b máy hàn xách tay

 Máy hàn hồ quang inverter

Ưu và khuyết điểm của máy hàn inverter

Ưu Điểm:

 Vì sử dụng tần số cao để biến đổi điện áp nên biến thế chính giảm đi rất nhiều lần so với biến thế 50Hz Máy hàn có khối lượng nh , nhỏ gọn, có tính mobile cao và thuận tiện cho chế tạo máy hàn xách tay

 Vì sử dụng inverter tần số 20Khz, nên năng lượng điện đầu ra của máy hàn cấp cho hồ quang rất đều và ổn đ nh  hồ quang đều nên d hàn và cho chất lượng mối hàn cao đặc biệt dải dòng điện cấp cho hồ quang lớn 40A~160A nên có thể dùng hàn các loại tôn mỏng d dàng

 Không gây nhi u ngược lại lưới điện và không gây ra hiện tượng ngắn mạch sụt áp như máy hàn tần số 50Hz

 Tiết kiệm kim loại màu cho việc sản xuất máy hàn trong tương lai

 Song song với các tính năng trên máy hàn inveter còn vượt trội trong công nghệ hàn Ngoài ra các máy hàn Inverter hiện đại còn tích hợp cả những bộ lọc tích cực nhằm hạn chế gây nhi u trên lưới điện

Chi tiết Máy hàn cổ điển Máy hàn Inverter

- Tiết kiệm điện năng Model MMA-160 (Công suất tiêu thụ 5.3KVA)

- Dòng khởi động - Rất lớn, gây sụt áp lưới điện - Nhỏ, rất êm, không gây sụt

áp trên lưới điện

- Khối lượng

- Nặng Model BX-160 (Khối lượng 55Kg)

- Rất nh Model MMA-160 (Khối lượng 20Kg)

Model BX-160 (Kích thước 580x450x630 mm)

- Nhỏ gọn Model MMA-160 (Kích thước 47.5x25x38.5 mm )

- Tính cơ động - Thường để ở v trí cố đ nh - Không cố đ nh, thuận tiện

mang vác

- Kết cấu mối hàn - Không đ p, nhìn thô, không

chắc chắn

- Rất đ p, thẩm mỹ, rất chắc chắn

CHƯƠNG II : TÌM HIỂU MÁY HÀN INVERTER CÔNG SUẤT

NHỎ 2.1 TÌM HIỂU MÁY HÀN INVERTER 1 PHA CÔNG SUẤT NHỎ:

2.1.1.Máy hàn Sky 200A:

Hình 2.1: Máy hàn inveter do Hàn Quốc sản xuất

Máy hàn hồ quang DC có thông số kỹ thuật như sau:

 Không có bộ PFC

Máy hàn Sky -200 inveter do Hàn Quốc sản xuất có các khối chính như sau:

a) Khối điều khiển, nhận tín hiệu hồi tiếp và điểu khiển khóa điện tử công suất IGBT b) Khối chỉnh lưu và lọc tần số thấp

c) Khối ngh ch lưu tần số 20kHz do các khóa công suất đảm nhiệm

d) Khối máy biến áp hàn (biến áp xung)

e) Khối chỉnh lưu tần số cao

f) Cuộn dây ổn đ nh hồ quang

g) Các bộ phần lọc nhi u như: bộ lọc cho khóa công suất, bộ lọc cho chỉnh lưu cao tần, bộ lọc cho chỉnh lưu ngõ vào tần số thấp, vv…

2.1.2.Máy hàn Hiệu Ecopower của Đài Loan sản xuất:

Hình 2.2: Máy hàn Hiệu Ecopower của ài Loan sản xuất

Thông số kỹ thuật như sau:

 Không có bộ PFC

 Có bộ lọc thường cuộn dây

Máy hàn Ecopower inveter do ài Loan sản xuất có các khối chính như sau:

a) Khối điều khiển, nhận tín hiệu hồi tiếp và điểu khiển khóa điện tử công suất IGBT đơn lẻ

b) Khối chỉnh lưu và lọc tần số thấp

c) Khối ngh ch lưu tần số 20kHz do các khóa công suất đảm nhiệm

d) Khối máy biến áp hàn (biến áp xung)

e) Khối chỉnh lưu tần số cao

f) Cuộn dây ổn đ nh hồ quang

2.2 SƠ ĐỒ KHỐI:

- SƠ Ồ NGUYÊN LÝ MÁY HÀN INVETER NỬA CẦU

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý máy hàn inveter nửa cầu (half bridge)

- SƠ Ồ NGUYÊN LÝ MÁY HÀN INVETER TOÀN CẦU

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý máy hàn inveter toàn cầu (full bridge)

2.3 LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ CHÍNH CỦA MÁY HÀN INVERTER:

2.3.1 Diode công suất:

- Hiện nay các diode tần số công nghiệp được chế tạo để đạt độ sụt áp thấp khi d n điện Hệ quả, thời gian trr tăng lên Khả năng ch u áp của chúng khoảng vài kilovolt vả dòng điện vài trăm kiloampere

- Diode công suất lọc ngõ ra tần số cao 20kHz (Schottky diode hoặc Speed diode)

- Schottky diode có độ sụt áp theo chiều thuận thấp (khoảng 0.3V) Do đó, nó được

sử dụng cho các mạch điện áp thấp và dòng điện lớn

- Diode phục hồi nhanh thường được áp dụng trong các mạch hoạt động tần số cao Khả năng ch u áp khoảng vài trăm volt đến 3kV và dòng vài đạt khoảng vài trăm ampere, thời gian phục hồi trr khoảng vài µs

2.3.1.1 Cấu tạo và đặc điểm Diode công suất:

- iện áp đ nh mức: được xác đ nh bởi điện thế ngh ch cực đại URRM , điện áp ngh ch lớn nhất có thể lặp lại tuần hoàn trên diode

- Dòng điện đ nh mức: tr trung bình cực đại của dòng thuận IFAV , giá tr ứng với nhiệt độ môi trường Tamb và điều kiện làm mát cho trước ứng với nửa sóng sin của dòng (50Hz) được gọi là dòng đặc trưng của diode

- Khả năng ch u quá dòng: giá tr quá dòng cho phép được gọi là dòng thuận cực đại không thể lặp lại được IFSM

- Thời gian phục hồi của diode

2.3.1 2 Đặc tính volt, amper của Diode công suất:

- Khả năng ch u quá dòng : giá tr quá dòng cho phép được gọi là dòng thuận cực đại không thể lặp lại được IFSM [5]

2.3.1 3 Một số loại diode công suất:

Hình 2.6 Đặc tuyến của diode

- Ký hiệu : Imax – dòng điện chỉnh lưu cực đại ; Un – điện áp ngược của diode ; Ipik – đỉnh xung dòng điện ; ΔU – tổn hao điện áp ở trạng thái mở của diode ; Ith – dòng điện thử cực đại ; Ir – dòng điện rò ở 25oC ; Tcp – nhiệt độ cho phép [6]

2.3.2 IGBT ( Insulated Gate Bipolar Transistor ):

2.3.2.1.Cấu trúc, ý hiệu và sơ đồ tương đương của IGBT:

Hình 2.7: Dạng thực tế IGBT loại module và single

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IGBT

2.3.2.2 Đặc điểm của IGBT:

- Kết hợp ưu điểm của BJT và MOSFET

- Linh kiện điều khiển bằng áp (giống MOSFET) nên mạch điều khiển giống như MOSFET

- iện áp rơi trên hai cực CE lúc đóng nhỏ hơn MOSFET

- Không có diode ngược ký sinh

- Không có khả năng khóa áp ngược lớn hơn 10V

- nh mức áp UCE max <= 1200V, IC max <= 1kA

- Tần số đóng ngắt cao hơn BJT nhưng thấp hơn MOSFET,

2.3.2.3.Các thông số đặc trưng của IGBT:

- iện áp khóa VCES : là điện áp Collector - Emitttor cực đại ở trang thái khóa khi Gate và Emittor ngắn mạch Sự đánh thủng quy đ nh dòng điện rò và thay đổi theo nhiệt độ với hệ số nhiệt dương

- iện áp VGES : Là điện áp Gate-Emittor cực đại cho phép khi Collector ngắn mạch với Emittor Chiều dày và đặc tính lớp oxit ở cổng xác đ nh điện áp này iện áp cổng phải giới hạn thấp hơn để hạn chế dòng điện Collector khi b sự cố

- Dòng điện Collector một chiều iC : là dòng điện một chiều cần thiết dể nhiệt độ cực đại của chuyển tiếp không quá 150oC, nhiệt độ vỏ 25oC

- Dòng điện đỉnh Collector lặp lại ICM : là dòng điện cực đại quá độ mà IGBT có thể ch u đựng được, có tr số cao hơn IC

- Công suất tiêu tán cực đại Pm : là công suất tiêu tán lớn nhất cho phép khi nhiệt độ chuyển tiếp không quá 150oC, nhiệt độ vò 25o

C

- Nhiệt độ chuyển tiếp Tj : là nhiệt độ cho phép của chuyển tiếp khi làm việc

- Dòng điện tải cảm ILM : là dòng điện cực đại mà IGBT có thể cắt được khi làm việc có dòng điện phục hồi qua diode thoát nối song song với tải điện cảm và làm tăng tổn hao chuyển mạch

- Dòng điện rò ICES : là dòng điện rò ở điện áp đ nh mức, dòng điện quy đ nh khi Gate ngắn mạch với Emittor

- iện áp ngưỡng VGEth : là điện áp giữa Gate và Emittor khi IGBT đóng để d n dòng điện Collector iện áp ngưỡng này có hệ số nhiệt âm

- iện áp bão hòa VCE SAT : là điện áp rơi thuận của Collector – Emittor, là hàm

số của dòng điện Collector, điện áp cực Gate và nhiệt độ

- ộ hỗ d n thuận gFE : hỗ d n thuận được đo với biến thiên nhỏ của điện áp cổng,

nó tăng tuyến tính theo dòng điện Collector của IGBT với dòng điện đ nh mức ở 100oC ộ hỗ d n thuận của IGBT giảm ở các dòng điện cao hơn khả năng xử lý nhiệt của chúng Do vậy khác với tranzito lưỡng cực, khả năng ch u dòng của IGBT b hạn chế ở điều kiện nhiệt mà không vì hệ số khuếch đại của chúng Ở nhiệt độ cao hơn, gFE bắt đầu giảm ở dòng Collector thấp hơn iều này bảo vệ IGBT khi b ngắn mạch

- iện tích cổng tổng QC : Thông số này giúp thiết kế mạch điều khiển cổng thích hợp và tính toán gần đúng các tổn hao Thông số này thay đổi theo điện áp cực Gate-Emittor

- Thời gian tr khi đóng td : là thời gian giữa 10% điện áp cực Gate đến 10% dòng điện Collector cuối cùng

- Thời gian tăng trưởng tr : là thời gian cần thiết để dòng điện Collector tăng đến 90% của giá tr cuối từ giá tr 10% giá tr cuối

- Thời gian tr mở td off : là thời gian giảm 90% điện áp cổng tới 10% điện áp Collector cuối

- Thời gian giảm tf : là thời gian cần thiết để dòng điện Collector giảm từ 90% giá

tr đầu xuống 10% giá tr đầu

- iện dung vào Cies : là điện dung G-E đo được khi Collector ngắn mạch với Emittor iện dung vào là tổng của điện dung G-E và điện dung Emittor iện dung CGE lớn hơn điện dung Miller

- iện dung ra Cres : là điện dung giữa Collector và Emittor khi cực Gate ngắn mạch với Emittor

- iện dung truyền đạt ngược Cgcs : là điện dung Miller giữa cực Gate và Collector[6]

2.3.2.4.Yêu cầu đối với tín hiệu điều hiển IGBT:

IGBT là phần tử điều khiển bằng áp, nên yêu cầu điện áp điều khiển phải có mặt liên tục trên cực điều khiển Gate và Emittor để xác đ nh chế độ khóa, mở

Mạch điều khiển IGBT có yêu cầu tối thiểu như hình 2.6

Tín hiệu hiệu mở có biên độ +UGE, tín hiệu khóa có biên độ -UGE cung cấp cho mạch G-E qua điện trở RG Mạch G-E được bảo vệ bởi diode ổn áp ở mức +/-18V Mức điện áp âm khi khóa giúp tránh hư hỏng IGBT khi mở do nhi u, đồng thời góp phần làm giảm tổn thất công suất trên mạch điều khiển

Giá tr của điện trở RG được chọn phải thỏa mãn với các thông số quy đ nh của IGBT và nhi u điện từ Nó ảnh hưởng đến tổn hao công suất trên mạch điều khiển Nếu RG nhỏ,giảm thời gian xác lập tín hiệu điều khiển, giảm ảnh hưởng của

dUCE/dt, giảm tổn thất năng lượng trong quá trình điều khiển, nhưng lại làm mạch điều khiển nhạy cảm hơn với nhi u do điện cảm ký sinh trong mạch điều khiển

+UGE

-UGE

UG

IGBT18V

R

Hình 2.9 Yêu cầu đối với mạch điều khiển IGBT

Dòng điều khiển đầu vào phải cung cấp được dòng điện có biên độ bằng :

G

G

U I

R



trong đó: ΔUGE = UGE(on) + | UGE(off)|

Tổn hao công suất trung bình có thể được tính bằng :

Linh kiện IGBT thường được sử trong các bộ ngh ch lưu hoặc các bộ biến đổi xung

áp một chiều, chúng thường hoạt động ở các tần số đóng cắt từ hai đến hàng chục kilôhez Vì chúng hoạt động ở tần số cao như vậy nên có thể xảy ra sự cố phá hủy phần

tử trong tích tắc một cách lặng lẽ và d n đến phá hủy toàn bộ thiết b Sự cố thường xảy

ra nhất là quá dòng do ngắn mạch từ phía tải hoặc từ các phần tử lỗi do chế tạo hoặc do lắp ráp Vì vậy vấn đề bảo vệ cho các phần tử là nhiệm vụ cực kỳ quan trọng được đặt ra

ối với IGBT ta có thể ngắt dòng điện bằng cách đưa điện áp điều khiển về giá tr

âm Tuy nhiên quá tải dòng điện có thể đưa IGBT ra khỏi chế độ bảo hòa d n đến công suất phát nhiệt tăng lên đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt Mặt khác khi khóa IGBT lại trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện lớn d n đến tốc độ tăng dòng di/dt quá lớn, gây quá trên Colector - Emiter, lập tức đánh thủng phần tử Như vậy, trong

sự cố quá dòng không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo quy luật biến điệu như c và c ng không thể chỉ đơn giản là ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng điện được Vấn đề ngắt dòng đột ngột không chỉ xảy ra trong chế độ sự cố

Có thể ngăn chặn hậu quả của việc tắt dòng đột ngột bằng cách sử dụng các mạch dập

RC (snubber circuit), mắc song song với phần tử (hình 2.8) tuy nhiên các mạch dập này lại làm tăng kích thước và làm giảm độ tin cậy của thiết b Giải pháp tích cực hơn được đưa ra ở đây là làm chậm lại quá trình khóa của IGBT, khi phát hiện có sự cố dòng điện

tăng quá mức cho phép Trong trường hợp này điện áp trên cực điều khiển và emitter được giảm từ từ về đến điện áp âm khi khóa IGBT sẽ chuyển về trạng thái khóa qua chế chế độ tuyến tính, do đó dòng điện b hạn chế và giảm về không, tránh được quá áp trên phần tử Thời gian khóa có thể kéo dài từ 5 đến 10 lần thời gian khóa thông thường Có thể sử dụng IC IR2137 để thực hiện việc khóa mềm

2.3.2.6.Một số loại IGBT thông dụng :

Dòng điện

iện

áp

Vce(on)(V)

Công suất

Ptot max(W)

Thời gian

t1/t1 max(µ)

15

20

15

12 17.5

6 4.5 5.5 5.5

5.5 5.5 5.5

5.5 5.5

4 3.2 3.2 3.2 5.5

1.7 1.2 1.8 2.5 3.2 3.1 2.6

2.4 2.2

2

3.1 3.1 1.2 1.2 1.2 1.2 1.05

0.48/0.075 0.48/0.076 0.52/0.1

0.8/0.03 0.8/0.045

Cấu tạo chung của tụ điện gồm hai phiến điện cực có dây d n nối ra bên ngoài, ở giữa hai điện cực là chất điện môi Toàn bộ được đặt trong lớp vỏ bảo vệ Dựa theo chất điện môi mà tụ điện được chia thành các loại : tụ giấy, tụ mica, tụ gốm, tụ màng nhựa, tụ hóa chất … Theo sự thay đổi điện dung có các loại: tụ điện có điện dung cố đ nh, tụ điện có điện dung tinh chỉnh và tụ điện biến đổi

2.3.3.3 Những thông số cơ bản của tụ điện:

- iện dung danh đ nh

Tụ điện có khả năng tích một điện lượng Q dưới điện áp U nào đó theo công thức:

Q = C.U (2.3) Trong đó C đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện được gọi là điện dung của tụ điện iện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích S của điện cực, chiều dày d của điện môi và hằng số điện môi của chất điện môi ơn v điện dung là Fara ký hiệu là F

2.3.3.5 Tổn hao:

Tụ điện lý tưởng không tiêu hao năng lượng, còn các loại tụ sử dụng trong thực tế ít nhiều đều tiêu hao năng lượng làm chất lượng tụ điện giảm đi Mức độ tổn hao của tụ được biểu th bằng tang của góc tổn hao ại lượng ngh ch đảo của tgδ gọi là phẩm chất của tụ điện và được ký hiệu Qc

Bảng 2.3 Bảng điện môi của một số chất

2 1

ối với tụ hóa, điện trở cách điện được tính bằng dòng điện rò Ic Ví dụ, với tụ C = 20µF-400V, nếu có Ic < 0.9mA thì tụ còn tốt, nếu Ic > 0.9mA thì tụ coi như không dùng được

2.3.3.7 Hệ số nhiệt của tụ điện:

Khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm kết cấu tụ điện thay đổi, do đó điện dung tụ điện thay đổi

Sự biến đổi điện dung tính theo % khi nhiệt độ thay đổi 1 0C gọi là hệ số nhiệt của tụ điện

2.3.3.8 Điện cảm tạp tán:

Do kết cấu tụ điện có hình thành điện cảm (các điện cực, dây d n), điện cảm này ảnh hưởng rõ khi tụ điện làm việc với dòng điện xoay chiều ở tần số cao ể mạch điện làm việc ổn đ nh, tần số làm việc lớn nhất của tụ phải nhỏ hơn từ 2 đến 3 lần tần số cộng hưởng của tụ điện (do điện dung của tụ điện và điện cảm tạp tán hình thành mạch cộng hưởng

2.3.3.9 Cách đọc giá trị tụ điện và sai số:

C ng như điện trở, tụ điện thường dùng các cấp chính xác tương ứng với các sai số Tùy theo yêu cầu của mạch điện mà chọn tụ có cấp chính xác thích hợp

ối với tụ hóa là những tụ phân cực có giá tr điện dung lớn, thường được ghi đầy đủ thông số và cực tính, ví dụ : 1000µF-400V (M) 105oC tức là tụ có điện dung 1000 microfara, điện áp 400Volt, sai số M = 20% vả nhiệt độ ch u đựng 105o

C

ối với tụ điện không phân cực là những tụ có điện dung nhỏ nếu có kích thước lớn thì nhà sản xuất ghi trực tiêp thông tin như ở tụ hóa, nhưng thông thường giá tr của chúng

gồm 3 số và chữ cuối cùng biểu th sai số, màu sắc thể hiện nhiệt độ Ví dụ: tụ ghi 474J

2.3.4.2 Cấu tạo:

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp xung (BAX) giống với máy biến áp thông thường (MBATT), gồm các cuộn sơ cấp và thứ cấp được đặt trên một lõi sắt từ Lõi sắt từ này có thể là những lá thép kỹ thuật ch u được tần số cao được ghép lại với nhau hoặc sử dụng lõi ferrit từ tạo thành mạch từ

Ở tần số thấp dưới 1kHz, việc sử dụng các lá thép kỹ thuật được ưu tiên vì mật độ từ cảm B có thể đạt tới 1.4Tesla trong khi fefrit chỉ ở khoảng 0.35Tesla Như vậy, nếu sử dụng lõi ferrit ở cùng một tần số thì số vòng dây sẽ nhiều hơn hẳn so với sử dụng lá thép

kỹ thuật vì mật độ từ thẩm của ferrit nhỏ hơn Ở tần số cao, trên 5kHz, không thể dùng các lá thép kỹ thuật ghép với nhau được vì như thế dòng điện xoáy (fuco) có thể đốt cháy

cả lõi ể khắc phục điều này, việc sử dụng lõi ferrit là ưu tiên hàng đầu vì nó có điện trở suất rất lớn, nên dòng điện xoáy sinh ra không đáng kể

Ferrit là vật liệu gốm sắt từ có cấu trúc tinh thể bao gồm hỗn hợp các oxit sắt với mangan, kẽm hay coban oxit … ví dụ MnOFe2O3 Nồng độ điện tử tự do trong ferrit là nhỏ (tùy loại frrit) Do đó, điện trở suất của nhiều ferrit ở nhiệt độ phòng là khá cao Là những chất cách điện, độ tổn hao trong trường tần số của ferrit là thấp, có thể làm việc ở những tần số hàng gigahertz

Hình 2.13: Cấu tạo sơ bộ của máy biến áp lõi ferrite

2.3.4.3 Sơ đồ thay thế máy biến áp xung:

Có thể xem xét các thông số ảnh hưởng đến một máy biến áp xung với hai cuôn dây sơ cấp và thứ cấp như hình 1.16 Giả sử nếu đặt một nguồn xung vuông lý tưởng ở phía sơ cấp, thì lẽ ra nguồn phát ra ở phía thứ cấp phải là xung vuông lý tưởng Tuy nhiên, do ảnh hưởng của điện cảm rò, tụ điện ký sinh và tổn thất lõi từ mà dạng sóng ở đầu ra sẽ không như mong muốn Nó có độ méo dạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó điện cảm rò là đáng chú ý hơn cả Nếu điện cảm rò này lớn thì sẽ hình thành các gai nhọn trên cuộn sơ cấp và thứ cấp, gây nhi u trên mạch hồi tiếp, gây quá áp Nếu điện cảm rò này quá lớn sẽ gây méo dạng hoàn toàn tín hiệu ngõ ra

Hình 2.14: Sơ đồ thay thế của máy biến áp xung lõi ferrite trong đó:

- Rg – là nội trở của nguồn

- Eg – nguồn phát xung vuông

- RP – điện trở một chiều của cuộn sơ cấp

- RS – điện trở một chiều của cuộn thứ cấp

- RL – điện trở của tải

- RC – tổn thất của lõi từ xem nhƣ một điện trở mắc song song với cuộn sơ cấp

- CP – điện dung ký sinh trên cuộn sơ cấp

- CS – điện dung ký sinh trên cuộn thứ cấp

- CPS – điện dung ký sinh giữa hai cuộn sơ cấp và thứ cấp

- LP – điện cảm của cuộn sơ cấp

- LS – điện cảm của cuộn thứ cấp

- LP1 – điện cảm rò trên cuộn sơ cấp

- LS1 – điện cảm rò trên cuộn thứ cấp

- iP – dòng điện qua cuộn sơ cấp

- iS – dòng điện qua cuộn thứ cấp

Một số dạng lõi ferrit thông dụng

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN VÀ SO SÁNH GIỮA LINH KIỆN

TÍNH TOÁN VÀ LINH KIỆN THỰC TẾ

Quá trình khảo sát tổng quát các linh kiện công suất ở chương 2 sẽ giúp cho việc tính toán trong chương 3 thuận lợi hơn Trong chương 3 này, công việc tính toán các linh kiện công suất sẽ được thực hiện trên hai dạng mạch bán cầu (half-bridge) và toàn cầu (full-bridge) Trong quá trình tính toán sẽ cho nhận xét về những ưu và khuyết điểm của hai dạng mạch kể trên, đồng thời tính toán tổn hao công suất, tính toán làm mát và lựa chọn tấm giải nhiệt (heatsink)

Việc so sánh giữa linh kiện được chọn trong qui trình tính toán và linh kiện đã sử dụng trong thực tế (máy hàn khảo sát trong chương 2 phần 2.1) được đề cập trong chương này

sẽ cho ta cái nhìn trực quan giữa lý thuyết và thực tế, đó là những trải nghiệm ban đầu giúp cho việc chế tạo và phát triển loại máy hàn này trong tương lai

3.1 LUẬT ĐIỀU KHIỂN DÒNG HÀN

Luật điều hiển PID:

Dựa vào bảng trên ta thấy rằng luật tỉ lệ (P) có đặc điểm tác động nhanh nhƣng không triệt tiêu đƣợc sai lệch, đồng thời làm vọt lố của hệ thống tăng Khâu tích phân cho phép triệt tiêu sai lệch nhƣng tác động chậm Khâu vi phân phản ứng với tốc độ biến thiên của sai lệch Ta cần xác đ nh các thông số Kp, Ki, Kd để đƣợc hệ thống có

1 )





z T K z

t e

)()

) 1 (

1 )

Tz

z K z

G D D d với thành phần vi phân xấp xỉ bởi:

T

T n e nT e dt

t

de( ) ( )  ((  1 ) )

Vậy ta được hàm truyền khâu PID rời rạc:

) 1 ( 1

1 )

z U

Udk(z)(1-z-1) = E(z)(Kp(1-z-1) + Ki + Kd(1-z-1)2Suy ra:

uk – uk-1 = Kp(ek – ek-1) + Kiek + Kd(ek – 2ek-1 – ek-2)

3.1.1.2 Phương pháp hiệu chỉnh thông số bộ PID Ziegler-Nichols:

Thông thường việc chọn các thông số P, I, D được xác đ nh bằng thực nghiệm dựa vào đáp ứng xung của hệ thống Ziegler – Nichols đưa ra phương pháp chọn tham số PID cho mô hình quán tính bậc nhất có tr Ở đây ta xấp xỉ hàm truyền của động cơ

để dùng phương pháp này, tuy không hoàn toàn chính xác nhưng có thể cho đáp ứng tương đối tốt

Phương pháp này đỏi hỏi phải tính được giá tr giới hạn của của khâu tỉ lệ Kgh và chu kì giới hạn của hệ kín Tgh Sau đó tìm các thông số khác theo bảng sau:

ể tìm được Kgh và Tgh, ban đầu ta chỉnh Ki, Kd bằng 0 sau đó tăng từ từ Kp để hệ thống ở biên giới ổn đ nh (dao động với biên độ và chu kì không đổi), tại đây ta xác đ nh được Kgh và Tgh sau đó tính các thông số khác tùy theo bộ điều khiển như bảng trên

Ki = Kp/Ti

Kd = KxTd

3.1.1.3 Tính toán các tham số của bộ điều hiển PID số:

Tăng dần Kp, tại biên giới ổn đ nh ta có đƣợc đồ th dạng sóng Ice qua IGBT

Hình 3.1.1.3 Dạng sóng I CE qua IGBT phóng to tại chế đệ xác lập

Khi vận tốc động cơ ở biên giới ổn đ nh này, ta có đƣợc Kgh = 12.3, Tgh = 7x0.05s = 0.35s

Hình 3.1.1.4 Dạng sóng dòng điện hàn I R0

Tuy nhiên, phương pháp Ziegler – Nichols là phương pháp đã làm xấp xỉ hàm truyền, do đó áp dụng với dòng hàn có thể đáp ứng chưa được như mong muốn, ta có thể hiệu chỉnh các thông số này để có đáp ứng mong muốn dựa theo đồ th

3.1.2 Sơ đồ mạch PID trong máy hàn

Trong luận văn này em chỉ đề cập đến mạch điều khiển máy mày điện inverter Có hai loại mạch điều khiển dòng hàn

a Mạch điều khiển PID sử dụng IC lập trình ( còn gọi là PID digital)

b Mạch điều khiển PID sử dụng OP-Amp và IC tạo PWM ( còn gọi là PID analog)

Luận văn này thì chỉ nghiên cứu luật điều khiển dòng hàn loại b

Hình 3.1.1.5 Mạch điều khiển PID sử dụng OP-Amp và IC tạo PWM

Bộ điều khiển PID đƣa đầu ra của hệ thống nhiệt độ, vận tốc, ánh sáng, điểm thiết lập mong muốn của mình một cách nhanh chóng và chính xác Mạch trên đƣợc tách biệt

thành ba mạch amp op riêng lẻ

Các thành phần cơ bản là cần thiết cho một hệ thống điều khiển dòng hàn Tính toán

sự khác biệt giữa hai, Verr = Vset - Vsensor Bộ điều khiển PID có lỗi này và xác đ nh

điện áp Vset = Vsensor hoặc Verr = 0

Hình 3.1.1.6 Tổng quát mạch điều khiển PID sử dụng OP-Amp

Một mạch cổ điển để tính lỗi một amp op tổng hợp Trong bộ điều khiển, XOP1 thực hiện tính toán lỗi Luôn nhớ rằng amp tổng hợp là một amp inverting, ta tính toán đầu ra của nó bằng cách sử dụng R1 = R2 = R3 = 10 kΩ

Verr = - (Vset / R1 + Vsensor / R2) ∙ R3

= (Vset + Vsensor) ∙ (10 k / 10 k)

= - (Vset + Vsensor)

Giả sử rằng Vsensor là sai số của Vsensor cảm biến điện áp thực tế = - Vsens, ta sẽ

có đƣợc sự khác biệt

Verr = - (Vset - Vsens)

Ta có thể xem chức năng amp lỗi theo cách này Khi Vsensor là chính xác tiêu cực của Vset, dòng điện qua R1 và R2, bình đẳng và đối diện, triệt tiêu l n nhau khi tham gia vào ngã ba tổng amps op

Ta kết thúc với không hiện thông qua R3 và tất nhiên 0V, hoặc không lỗi, tại đầu ra Bất kỳ sự khác biệt giữa Vset và Vsensor, kết quả trong một điện áp lỗi tại đầu ra bộ điều khiển PID có thể hành động theo

OP AMP PID CONTROLLER Làm thế nào để chúng ta có đƣợc các điều khoản PID

từ Verr điện áp lỗi? Chúng tôi tranh thủ ba mạch op amp đơn giản Nếu bạn cần, xem xét các bộ khuếch đại op amp, tích hợp và các mạch khác biệt

Giả sử chúng ta cần điều chỉnh dòng hàn ở một mức nào đó (tùy theo giá tr tham chiếu) bằng PWM Cảm biến đo nhiệt độ và hồi tiếp về bộ khuyếch đại vi sai (so sánh và khuyếch đại) Nếu có sai số giữa giá tr tham chiếu và giá tr đo từ cảm biếm, bộ khuyếch

đại vi sai sẽ tự động khuyếch đại sai số này và làm tăng hay giảm độ rộng xung PWM để điều chỉnh dòng hàn

Quá trình này xảy ra một cách liên tục Bộ khuyếch đại vi sai trong trường hợp này chính là bộ điều khiển tương tự (analog controller)

Vì bộ điều khiển PID xây dựng bằng OpAMP , chúng ta cần xấp xỉ công thức của bộ điều khiển này theo các khoảng thời gian liên tục Trước hết, thành phần P tương đối đơn giản vì đó là quan hệ tuyến tính Kp*e, chúng ta chỉ cần áp dụng trực tiếp công thức này

mà không cần bất kỳ xấp xỉ nào Tiếp đến là xấp xỉ cho đạo hàm của biến e Vì thời gian lấy m u cho các bộ điều khiển thường rất bé nên có thể xấp xỉ đạo hàm bằng sự thay đổi của e trong 2 lần lấy m u liên tiếp:

de/dt =(e(k) – e(k-1))/h

Trong đó e(k) là giá tr hiện tại của e, e(k-1) là giá tr của e trong lần lấy m u trước đó và

h là khoảng thời gian lấy m u (h là hằng số)

Hình 3.1.17 Xấp xỉ đạo hàm của biến sai số e Thành phần tích phân được xấp xỉ bằng diện tích vùng giới hạn bởi hàm đường biểu

di n của e và trục thời gian Do việc tính toán tích phân không cần quá chính xác, chúng

ta có thể dùng phương pháp xấp xỉ đơn giản nhất là xấp xỉ hình chữ nhật (sai số của phương pháp này c ng lớn nhất)

Ý tưởng được trình bày trong hình 3118

Hình 3118 Xấp xỉ tích phân của biến sai số e Tích phân của biến e được tính bằng tổng diện tích các hình chữ nhật tại mỗi thời điểm đang xét Mỗi hình chữ nhật có chiều rộng bằng thời gian lấy m u h và chiều cao là giá tr sai số e tại thời điểm đang xét Tổng quát:

3.2 THÔNG SỐ TRONG LINH KIỆN MÁY HÀN SKY-200:

Máy hàn SKY-200 là loại máy hàn hồ quang xách tay có công suất trung bình ( khoảng vài kilowatt), nên trong sơ đồ cấu tạo sẽ sử dụng mạch biến đổi công suất dạng half-bridge (Sơ đồ mạch và phân tính tính toán được trình bày trong phần 3.2)

Ưu điểm của mạch này là chỉ sử dụng hai linh kiện IGBT kết hợp với hai tụ điện ghép nối tiếp để tạo ra mạch cầu Việc sử dụng như vậy sẽ tiết kiệm được hai linh kiện IGBT như trong mạch toàn cầu (full-bridge)

Chính điều này làm cho giá thành sản phẩm c ng giảm đi đáng kể Nhược điểm của mạch này là chỉ sử dụng ở công suất trung bình từ vài kilowat trở lại, nguyên nhân chính là do mất cân bằng từ thông trong lõi của máy biến áp do ảnh hưởng của cặp tụ mắc nối tiếp

Các thông số các linh kiện trong máy hàn SKY-200

- Diode chỉnh lưu cầu tần số thấp(50-60Hz) : GBPC5010

3.3 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO MÁY HÀN DỰ ĐỊNH THIẾT

KẾ THEO ĐIỀU KIỆN MAX:

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý máy hàn inveter dự kiến sản xuất

3.3.1Chọn thời gian mở cực đại cho IGBT:

Mỗi transitor làm việc ở một bán kỳ nhƣng nếu tại một thời điểm nào đó cả Q1 và Q2 cùng mở thì sẽ có hiện tƣợng ngắn mạch điện áp cung cấp và gây phá hỏng các transitor,

do đó thời gian mở của mỗi transitor tối đa là 80% bán kỳ (Ton =0.8T/2)

3.3.2 Chọn số vòng và tiết diện dây quấn sơ cấp và thứ cấp:

Chọn số vòng và tiết diện dây sơ cấp :

Số vòng của cuộn sơ cấp đƣợc xác đ nh bởi d nh luật Faraday, số vòng NP đƣợc xác đ nh bởi điện áp cực tiểu trên cuộn sơ cấp (Vdc (min)/2- 1) và thời gian mở cực đại không lớn hơn 0.8T/2 Giá tr dB đƣợc chọn là 3200G với tần số chuyển mạch nhỏ hơn 50kHz [9]

Control module

220 VAC

Power supply

Control moudle Drive module

e p

Ae : Diện tích của lõi sắt từ (cm2)

dB : ộ biến thiên từ thông của lõi (Gauss)

C ng từ đ nh luật Faraday, để nhanh cóng trong tính toán, người ta đưa ra công thức thu gọn sau [9]:

min .108

p p

Vp : iện áp giữa 2 cực của cuộn sơ cấp, có giá tr 1/2Vdc(min)

ΔT : Thời gian mở cực đại của IGBT

ΔB : Mật độ từ thông thay đổi từ -Bmax đến Bmax Dòng hiệu dụng sơ cấp của mạch [9] :

V

 (3.5) Vậy dòng hiệu dụng sơ cấp sẽ là [9]: