Nghiên cứu thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC

Nghiên cứu thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC Nghiên cứu thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC Nghiên cứu thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Trang 3

Học Viên: NGÔ TRỌNG BÍNH Page 1 CB11B

L ỜI CAM ĐOAN 4

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH M ỤC BẢNG 6

DANH M ỤC HÌNH 7

M Ở ĐẦU 8

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÁY HÀN ĐIỂM 9

1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY HÀN ĐIỂM 9

1.1.1 Sơ đồ máy hàn điểm 9

1.1.2 Nguyên lý c ủa máy hàn điểm 9

1.2 Các thông s ố chính của máy hàn điểm 10

1.2.1 Cường độ dòng điện hàn ( I ): 10

1.2.2 L ực ép của máy hàn điểm 14

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ MÁY HÀN ĐIỂM 17

2.1 Tính toán khung máy hàn điểm 17

2.2 Sơ đồ nguyên lý dẫn động xylanh khí nén 19

2.3 Thi ết bị khí nén 20

2.3.1 B ộ lọc khí 20

2.3.2 H ệ thống bôi trơn 21

2.3.3.Van khí điện từ 22

2.3.4.Van ti ết lưu 22

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MÁY HÀN ĐIỂM 24

3.1 Tính ti ết diện của các phần tử mạch vòng thứ cấp 24

3.1.1.Tính toán đện trở thuần mạch vòng thứ cấp R B 26

3.1.2 Điện trở đoạn mạch giữa điện cực với điện cực : R ĐC 29

3.1.3 C ảm kháng mạch vòng thứ cấp 33

3.2.Tính toán máy bi ến áp 35

3.2.1 L ựa chọn kiểu máy biến áp 36

3.2.2 L ựa chọn kết cấu dây sơ cấp 38

Trang 4

3.2.3 L ựa chọn kết cấu dây thứ cấp 39

3.2.4 L ựa chọn sơ đồ đấu nối 41

3.2.5.Tính toán máy bi ến áp 45

3.2.5.1 S ố vòng dây thứ cấp 45

3.2.5.2 S ố vòng dây sơ cấp 45

3.2.5.3 Phân b ố điện áp thứ cấp 45

3.2.5.4 S ố vòng dây sơ cấp ở mỗi cấp 46

3.2.5.5 C ấp định mức 47

3.2.5.6 H ệ số máy biến áp 47

3.2.5.7 H ệ số kể đến ảnh hưởng của dòng không tải đến dòng sơ cấp định m ức k 1 47

3.2.5.8 Dòng sơ cấp định mức 48

3.2.5.9 Dòng sơ cấp tính toán 48

3.2.5.10.Dòng điện tính toán ở mỗi cấp 48

3.2.5.11 Ti ết diện yêu cầu của dây cuốn sơ cấp bằng đồng 49

3.2.5.12 Ti ết diện yêu cầu của toàn bộ dây cuốn sơ cấp 50

3.2.5.13 Dòng điện tính toán của cuộn dây cuốn thứ cấp trên cấp định mức : 50

3.2.5.14 Sơ bộ chọn mật độ dòng điện trên vòng dây thứ cấp 50

3.2.5.15 Ti ết diện dây cuốn thứ cấp 50

3.2.5.16 Ti ết diện tổng cộng dây cuốn sơ cấp và thứ cấp 50

3.2.5.17 Kích thước lõi 50

3.2.5.18 Phân b ố các bánh dây sơ cấp 52

3.2.5.19 Các kích thước của cuộn dây sơ cấp 52

3.2.5.20 Ki ểm nghiệm mật độ dòng điện bánh dây 54

3.2.5.21 Kích thước bánh dây 55

3.2.5.22 Tính đĩa thứ cấp 58

3.2.5.23 Các t ấm đệm 60

3.2.5.24 Phân b ố khe hở 60

3.2.5.25 Tính kh ối lượng vòng dây sơ cấp, thứ cấp, tấm đệm 61

3.2.5.26 Tính t ổn hao không tải của máy biến áp 64

Trang 5

3.2.5.27 Tính điện trở 67

3.2.5.28 Tính t ổn hao sơ cấp 70

3.2.5.29 T ổn hao thứ cấp 70

3.2.5.30 T ổng trở của máy 71

3.2.5.31.Tính điện áp ngắn mạch 75

3.2.5.32 Hi ệu suất máy biến áp 76

3.2.5.33 Tính nhi ệt 76

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHU TRÌNH HÀN 82

4.1 B ộ điều khiển chu trình hàn 82

4.2 Thi ết kế bộ điều khiển chu trình hàn 82

4.2.1 Gi ới thiệu bộ điều khiển PLC CPM2A 83

4.3 Xây d ựng thuật toán 87

4.4 Vi ết chương trình điều khiển 88

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY HÀN ĐIỂM 92

K ẾT LUẬN 96

TÀI LI ỆU THAM KHẢO 100

Trang 6

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi là Ngô Tr ọng Bính, học viên lớp Cao học Công nghệ hàn – Khoá 2011, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế máy hàn điểm

điều khiển PLC”.

Tác gi ả nghiên cứu thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC,do PGS.TS Đào Quang K ế và PGS.TS.Bùi Văn Hạnh Tác giả xin cam đoan rằng: Ngoại trừ các số

li ệu, các bảng biểu, các đồ thị,… đã được trích dẫn từ tài liệu tham khảo thì các số

li ệu, nội dung còn lại được công bố trong Luận văn này là của tác giả đưa ra Nếu sai tôi xin hoàn toàn ch ịu trách nhiệm

Hà N ội, ngày 26 tháng 3năm 2014

H ọc viên

Ngô Tr ọng Bính

Trang 7

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

dđc Đường kính điện cực

δ Chiều dày tấm hàn

C Nhiệt lượng trung bình khi nung đến nhiệt độ nóng

Rctn Tổng điện trở của chi tiết ở nhiệt độ nung nóng

m2 Hệ số tính đến sự thay đổi điện trở trong quá trình hàn

Trang 8

E là suất điện động cảm ứng của dây cuốn sơ cấp

Trang 9

DANH M ỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy hàn điểm 9

Hình 1.2.a Sơ đồ phân bố nhiệt khi hàn điểm 11

Hình 1.2.b Gi ản đồ xác định A0 14

Hình 1.2.c Đồ thị quan hệ giữa các thông số khi hàn điểm 15

Hình 2.1.a K ết cấu khung máy hàn điểm 17

Hình 2.1.b Sơ đồ tính toán khung máy hàn điểm 17

Hình 2.1.c M ặt cắt ngang khung dầm 18

Hình 2.2 Sơ đồ dẫn động khí nén 19

Hình 2.3.a C ấu tạo bộ lọc khí 20

Hình 2.3.b C ấu tạo hệ thống bôi trơn 21

Hình 3.1 Sơ đồ điện trở điện cực với điện cực 30

Hình 3.2.a Các ki ểu lõi biến áp 37

Hình 3.2.b Các lo ại mạch đấu nối dây quấn sơ cấp 42

Hình 3.2.c Sơ đồ đấu dây hợp lý 45

Hình 3.2.d Ti ết diện dây quấn sơ cấp 53

Hình 3.2.f Ti ết diện đầy đủ dây quấn sơ cấp 56

Hình 3.2.g L ớp cách điện 60

Hình 3.2.h Kích thước dây quấn sơ cấp 62

Hình 3.2.i Ti ết diện đĩa thứ cấp 63

Hình 3.2.k Sơ đồ tính nhiệt 77

Hình 4.1 Chu trình hàn điểm 82

Hình 4.2.a C ấu trúc của PLC 83

Hình 42.b Đầu vào tiếp điểm rơle 84

Hình 4.2.c Đầu vào Transistor kiểu NPN 84

Hình 4.2.d Đầu vào là Transistor kiểu PNP 85

Hình 4.2.e Sơ đồ mạch điều khiển chu trình hàn 86

Hình 4.3 Thu ật toán điều khiển chu trình hàn 87

Hình 5.1 B ản vẽ thiết kế mô hình máy hàn điểm cỡ nhỏ 93

Hình 5.2 K ết cấu mô hình máy hàn điểm cỡ nhỏ 94

Hình 5.3 Mô hình 3D máy hàn điểm cỡ nhỏ 95

Trang 10

M Ở ĐẦU

Đất nước ta đang bước vào thời kỳ Công nghiệp hoá hiện đại hoá

Trong ngành xây dựng và chế tạo máy, đặc biệt là trong ngành sản xuất các

kết cấu thép, vỏ xe ô tô, vỏ tàu thuỷ … phát triển với tốc độ nhanh chóng, thì

hàn là một nhân tố rất quan trọng Để đáp ứng được sự phát triển của các

ngành trên thì đòi hỏi ngành hàn phải có những thiết bị chuyên dùng

Được sự hướng dẫn của thầy: PGS.TS.Đào Quang Kế và PGS.TS Bùi

Văn Hạnh em đã nghiên c ứu thiết kế máy hàn điểm điều khiển PLC

N ội dung cần làm sánng tỏ của tề tài này là phần chu trình hàn

Tác gi ả cũng làm sáng tỏ phần đóng ngắt dòng hàn,xây dựng được

thu ật toán,tính được lực ép cơ học

Trong quá trình làm lận văn em đã nhận được sự quan tâm, chỉ bảo

nhiệt tình của thầy:PGS.TS.Đào Quang Kế và PGS.TS.Bùi Văn Hạnh

và các bạn bè Tuy nhiên do thời gian làm luận văn có hạn, cho nên trong luận

văn này còn có nhiều thiếu sót Mong các thầy cô và các bạn bè quan tâm góp

ý kiến để luận văn của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cùng toàn thể các bạn bè, và đặc biệt là

thầy: PGS.TS Đào Quang Kế và PGS.TS.Bùi Văn Hạnh người đã trực tiếp

hướng dẫn em hoàn thiện luân văn này

Hà nội, Ngày 22 tháng 03 năm 2014

Tác giả

Ngô Trọng Bính

Trang 11

CHƯƠNG 1

1.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MÁY HÀN ĐIỂM

1.1.1 S ơ đồ máy hàn điểm

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy hàn điểm 1.1.2 Nguyên lý c ủa máy hàn điểm

Thực chất của các phương pháp hàn điểmlà : Cho dòng điện có cường độ lớn

chạy qua chi tiết hàn, chỗ tiếp xúc có điện trở lớn sẽ bị nung nóng đến trạng thái hàn và nhờ tác dụng của lực cơ học, chúng sẽ dính chắc với nhau

Đặc điểm của máy hàn điểm

Các bề mặt tiếp xúc dù có nhẵn bóng và đã làm sạch hoàn hảo đến đâu

vẫn còn có chỗ nhấp nhô và màng ôxít.Vì thế khi bắt đầu chúng chỉ tiếp xúc

Trang 12

trên các điểm làm cho diện tích tiếp xúc nhỏ hơn nhiều so với tiết diện chi

tiết, mặt khác chỗ tiếp xúc có màng ôxít và khe hở cho nên mật độ dòng điện tại điểm tiếp xúc rất lớn

Kết quả nhiệt lượng lớn sinh ra trên bề mặt tiếp xúc sẽ đốt nóng chúng đến trạng thái hàn, dùng lực ép để tạo ra điều kiện cho việc thẩm vấn nguyên

tử, làm cho các vật hàn nối chắc với nhau

Cần chú ý rằng phương pháp này còn phụ thuộc vào điện trở suất ρ Kim loại có điện trở suất nhỏ thì cường độ dòng điện cần lớn và ngược lại

Bởi vậy khi hàn kim loại có điện trở suất lớn có thể dùng máy hàn công suất

nhỏ, khi hàn kim loại có điện trở suất nhỏ phải dùng máy hàn có công suất lớn (ví dụ như đồng, nhôm và hợp kim của chúng)

1.2 Các thông s ố chính của máy hàn điểm

1.2.1.Cường độ dòng điện hàn ( I ):

Khi hàn điểm, trường nhiệt độ của chi tiết hàn trong mặt phẳng đi qua trục của các điện cực là hệ thống những đường đẳng nhiệt Trường nhiệt độ trong thời gian hàn thay đổi liên tục ( hình I.2a) Nhiệt độ ở vùng điểm hàn có thể cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại hàn Khi nguội vùng này kết tinh tạo thành điểm hàn có thể cao hơn nhiệt độ nóng chảy của kim loại hàn Khi nguội vùng này kết tinh tạo thành điểm hàn.Các điện cực có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao nên nhiệt truyền vào chúng rất lớn, làm giảm nhanh nhiệt độ quanh điểm hàn Theo hướng kính nhiệt độ giảm tương đối nhanh tính dẫn nhiệt của kim loại càng cao thì mức độ giảm chậm hơn nhiều và ngược lại Sự phân bố nhiệt theo chiều trục z và hướng kính R trên hình

1.2a,b Đường cong A ứng với khi hàn kim loại có tính dẫn nhiệt cao (Nhôm), đường cong B ứng với kim loại khi hàn có tính dẫn nhiệt thấp (Thép)

Trang 13

Hình 1.2.a – Sơ đồ phân bố nhiệt khi hàn điểm

Nghiên cứu quá trình nhiệt khi hàn điểm đầu tiên xác định nhiệt lượng cần thiết Q (Calo) để hang từng điểm Phương trình cân bằng nhiệt viết dưới

Q3 – Nhiệt lượng tổn thất do phát sáng và truyền ra môi trường

Nhiệt lượng Q1 trung bình tính theo công thức :

4

2 1

C - Nhiệt lượng trung bình khi nung đến nhiệt độ nóng chảy Tnc

γ - Khối lượng riêng kim loại hàn

( a )

( b )

( c )

Trang 14

Ở vòng tròn quanh điểm hàn nhiệt độ giảm từ Tnc đến nhiệt độ thường Nhiệt độ trung bình của vòng này khoảng 0,25 Tnc Nhiệt lượng Q2 cần thiết

để nung nóng vùng này đạt tới nhiệt độ 0,25 Tnc nó phụ thuộc đường kính ngoài của vòng tròn D = dđc + 2x

Hệ số dẫn nhiệt α của kim loại càng cao D càng lớn và sự nung nóng càng lâu thì x càng lớn Trị số x có thể xác định theo công thức :

Khi hàn đồng x= 3 , 6 t

Khi hàn duyara x = 3 , 1 t

Nhiệt lượng Q2 xác định theo công thức :

4 2

) (

1 2

nc dc

T C x

d x k

Tđc = 0,5 Tnc , chiều dài điện cực bị nung là x’

Nhiệt độ trung bình của điện cực bị nung nóng khoảng 0,25 Tđc

Vậy thể tích điện cực bị nung nóng

' 4

2 d x k

V = ⋅ π dc ⋅

k2 – Hệ số hình dáng điện cực :

Trang 15

Hình trụ k2 =1 Hình côn k2 = 1,5 Hình cầu k2 =2 Nhiệt lượng Q3 xác định theo công thức :

8 ' ' ' 4 2

2 2 3

nc

C x

d k

Q = ⋅π ⋅ ⋅ γ ⋅ ⋅

'

' ⋅ γ

x - Nhiệt dung và khối lượng riêng của kim loại điện cực

Quá trình hàn điểm xảy ra rất nhanh nên có thể bỏ qua Q4 , Q4≈ 0

Căn cứ vào tổng nhiệt lượng cần thiết Q trong thời gian hàn hợp lý t có

thể xác định cường độ dòng hàn I2 cần thiết Như ta đă biết :

t RI

Q= 0 , 24 2

V ậy :

t R m

Q I

24 , 0

Rctn – Tổng điện trở của chi tiết ở nhiệt độ nung nóng

m2- Hệ số tính đến sự thay đổi điện trở trong quá trình hàn

Trang 16

- Đường kính điểm hàn (dđc)

dđc = 2 δ + 3 (mm) = 2.1 + 3 =5 (mm) Nhận xét : Việc tính Ih theo nhiệt lượng cung cấp cho quá trình hàn là

rất phức tạp, phải tra nhiều thông số vật liệu, nhiều bảng và đồ thị…dẫn đến

việc tính Ih thiếu chính xác Khi có đường kính điểm hàn Ih được tra theo đồ

A 0

Trang 17

Hình 1.2.c Đồ thị quan hệ giữa các thông số khi hàn điểm

Với thép Cacbon thấp chiều dày 1×1 mm, khi hàn không cần nung nóng sơ bộ, chọn chế độ N

Từ đường kính điểm hàn là 5 mm, xác định được điểm A, kẻ đường thẳng đứng qua A cắt đường ngang ( chiều dày tấm 1 mm) tại O, như vậy với đường kính điểm hàn là 5 mm ta xác định được điểm A là hợp lý, và cắt đường cong N tại B (góc phải trên ) Qua B kẻ đường nằm ngang cắt trục t0 tại

T và cắt đường cong N của đồ thị Ih tại C Từ D kéo thẳng đứng xuống ta được giá trị dòng hàn tại D

Ih = 10 kA = 10000 A

Hạ thẳng đứng từ E xuống đồ thị góc trái dưới ta có giao điểm với đường cong tại E Từ E dóng ngang cắt trục P (kg) tại F, tacó:

P = 230 (kg) Như vậy giá trị lực P = 230 kg khi tra đồ thị nằm trong khoảng (200 ÷ 450) kg khi tính bằng công thức thực nghiệm như vậy là phù hợp

Vậy ta có các thông số công nghệ sau:

- Dòng hàn I2 = 10 kA

- Lực ép P = 230 kg

t 200 100 50 20 10 5 2 1

100 200 500 1000 2000 5000

A B N

C

M

M C N

Trang 18

Trang 19

CHƯƠNG 2

2 1.Tính toán khung máy hàn điểm

Hình 2.1.a Kết cấu khung máy hàn điểm

Để đơn giản cho quá trình tính toán ta coi dầm là các phần tử riêng biệt chịu

Trang 20

.

f E

l q

J =

J E

l q l

f

384

.

Và như vậy :

2000

1

384

.

5 3 ≤ =

=

l

f J E

l q l

f

2 , 3 10

2 384

2000 60 5 , 11 5

384

2000 5

7

3 3

q = 2,73 kg/m Hình 2.1.c Mặt cắt ngang khung dầm

Trang 21

thực tế tác giả đã chọn :

b=45 cm d=2cm

nên không cần kiểm tra độ bền của khung nữa

2.2 Sơ đồ nguyên lý dẫn động xylanh khí nén

Hình 2.2 Sơ đồ dẫn động khí nén Khí từ bình chứa qua van đóng ngắt (1), được khử ẩm bụi nhờ bộ lọc khí (2).Sau đó qua van giảm áp đến một áp suất nhất định và điều chỉnh áp suất (3).Khí được điều chỉnh và đưa vào xylanh nhờ van khí điện từ (5) sau khi đã qua bộ bôi trơn (6) Dưới tác dụng của khí ép pittông (9) dịch chuyển

xuống, thông qua cần dẫn (10) tác dụng lực tới vật hàn

Bộ dẫn động khí ép này có ưu điểm và nhược điểm sau :

Ưu điểm :

Ưu điểm cơ bản của bộ dẫn động này là phạm vi điều chỉnh lực ép lớn số hành trình của pittông trên một phút lớn Do đó có khả năng tạo ra áp suất cao trong quá trình hàn

Trang 22

Khả năng làm việc của khí nén bên trong không phụ thuộc vào môi trường bên ngoài Khí ép không cần phải thu hồi nên bộ dẫn động khí ép rất đơn giản và gọn nhẹ

Nhược điểm :

Do không khí có độ dãn nở nên khi làm việc gây ra rung động cho máy

2.3 Thi ết bị khí nén

2.3.1.B ộ lọc khí

Hình 2.3.a Cấu tạo bộ lọc khí

Bộ lọc khí có tác dụng lọc hết bụi bẩn, hơi nước từ bộ tạo khí chuyển sang Vì bộ lọc khí có tác dụng như vậy nên nó được bố trí trước tất cả các thiết bị khác

Khí nén từ máy nén khí đi vào bộ lọc qua ô số (5) lọt qua lỗ nhỏ trên màng chắn (4) chuyển đông theo các đường xoắn Khi đó các hạt nước vào khí sẽ bị lực ly tâm ép các hạt bụi bám vào thành(3) tụ lại thành giọt rơi

5 4 3

2

8 7 5

4 1

Trang 23

xuống màng chắn (8) không khí khô qua bộ lọc (7) để lọc bụi khí thoắt qua (6) tới nơi sử dụng Nước và bụi bẩn tụ lại dưới buồng (2) được tháo ra ngoài qua van đóng mở số (1)

1 2 3 4 5

6

7

8

9 10

11 5

Trang 24

Điều chỉnh lượng dầu nhờ tay vặn (1)

Kiểm tra lượng dầu nhờ meka (3)

2.3.3 Van khí điện từ

Van khí điện từ có nhiệm vụ đóng ngắt khí nén tới cơ cấu chấp hành khi có dòng điện chạy qua van

Khi ngắt điện cuộn dây (1) thì từ di động (2) có màng chắn (3) và (4) sẽ

bị ép dưới tác dụng của lò xo tới mặt đế dưới và bịt kín đường khí vào xylanh.Khi đóng dòng điện thì cuộn dây có lõi từ (2) bị hút nên mở cửa cho khí nén đi vào xylanh công tác Cuộn dây (1) được cung cấp dòng 1 chiều qua

chỉnh lưu Selen lấy từ điện áp lưới 380 V

2.3.4.Van ti ết lưu

Van tiết lưu dùng để điều chỉnh vận tốc của cơ cấu chấp hành và ngăn ngừa sự va đập cản trở đường xả khí ngăn ngừa sự va đập giữa pittông và xylanh va đập điện cực với chi tiết

Trang 25

K ết luận chương 2

Tính toán được khung máy hàn điểm,đảm bảo độ cứng vững

Chọn được vật liệu thép CT45 để chế tạo khung máy hàn điểm,phù hợp thực

tế

Đã chọn được sơ đồ xylanh khí nén,và nêu yêu điêm cơ bản của bộ dẫn động

này là:

Phạm vi điều chỉnh lực ép lớn số hành trình của pittông trên một phút

lớn Do đó có khả năng tạo ra áp suất cao trong quá trình hàn

Trang 26

Để xác định mật độ dòng phụ thuộc vào vật liệu phần tử và điều kiện làm mát Nhiệt độ nung nóng được quy định bởi mật độ dòng điện tương ứng

với dòng liên tục

Công thức xác định tiết diện các phần tử :

i i

I2 – Dòng điện liên tục ứng với πB = 100%

j2 – Mật độ dòng cho phép đối với phần tử thứ i [ A/mm2]

4500 100

25 9000 100

Vật liệu : chọn loại dây đồng M1 để đảm bảo khả năng dẫn điện tốt

Thành phần hoá học : Sổ tay vật liệu kỹ thuật điện – Nhà xuất bản khoa học

Trang 27

Chọn J = 25A/mm2

Tiết diện điện cực

q1 = I2/J = 4500/35 = 128 mm2Đường kính điện cực

79 , 12 14 , 3

128 4

Điều kiện làm mát : Nước cường độ mạnh

Theo bảng 1-5 (I) chọn J = 16A/mm2

q2 =4500/16 = 281 mm2

9 , 18 14 3

281 4

Theo bảng 1-5 (I) Chon J = 16 A/mm2

q3= 4500/16 =281mm2

9 , 18 14 , 3

281 4

q4= 4500/16 =281mm2

Trang 28

9 , 18 14 , 3

281 4

Điều kiện làm mát : Không khí

q= 4500/45 =100mm2

28 , 11 14 , 3

q

l k R k

Trong đó :

Roi - Điện trở thuần của phần tử thứ i

li – Chiều dài phần tử i theo chiều dòng điện (m)

qi – Tiết diện ngang của phần tử i (mm2)

ρi - Điện trở suất (Ωmm2/ m)

kbm – Hệ số tiêu hao phụ quy định bởi phân bố dòng không đều trong các phần tử

Tổng quát :

i k i k

k bm = σ ⋅ π

kbm = 1,5

Trang 29

- Vật liệu chi tiết tiếp xúc

18 14 , 3 4

2 2

015 , 0 017 , 0 2

25 14 , 3 4

2 2

490

04 , 0 0175 ,

02

2 =k ⋅R = 1 , 5 ⋅ 1 , 42 ⋅ 10− = 2 , 13 ⋅ 10−

Trang 30

* Tr ục ngang cố định (hình II.2 , chi tiết 3)

3 3

1225

54 , 0 0175 ,

q

l

6 6

4 4

6 , 961

17 , 0 0175 ,

q

l

6 6

30 14 , 3 4

2 2

5 5

5 , 706

5 , 2 0175 ,

05

5 =k ⋅R = 1 , 5 ⋅ 60 ⋅ 10− = 90 ⋅ 10−

Trang 31

* Điện trở thuần của các phần tử R i là :

Điện trở tiếp xúc giữa Đồng với Đồng : ( 2÷ 3 ).10-6 (Ω)

Chọn điện trở tiếp xúc Đồng với Đồng :2.10-6 (Ω)

Vậy điện trở chỗ tiếp xúc là :

Rtx = 8.2.10-6 = 16.10-6(Ω)

* V ậy điện trở thuần của mạch vòng là :

RB = Ra + Rtx

= 146.10-6 + 16.10-6 =162.10-6(Ω)

3.1.2Điện trở đoạn mạch giữa điện cực với điện cực :R ĐC

( xem hình 3.1) Các chi tiết cần hàn được nung nóng bởi dòng điện chạy qua vùng hàn

do điện trở của chính các chi tiết và điện trở của các chỗ tiếp xúc

RĐc : Phụ thuộc vào nhiều yếu tố như :

Trang 32

 Trạng thái bề mặt vật hàn

 Thành phần hoá học

 Tính chất vật lý của vật liệu

 Độ lớn của áp lực nên một đơn vị diện tích

 Sự thay đổi của áp lực và nhiệt độ theo thời gian

 Chiều dày của chi tiết hàn

Trong quá trình một chu trình hàn điểm điện trở RĐc thay đổi một cách căn bản và diễn biến phức tạp nên khi tính toán ta chỉ tính ở giá trị trung bình

của điện trở Điện trở trung bình này nói chung cũng chịu một hiệu ứng nhiệt giống như điện trở RĐc biến thiên trong thực tế

Coi mật độ dòng là như nhau trong suất tiết diện ngang của chi tiết và

bỏ qua dòng điện mạch rẽ, nên có thể tính RĐc theo công thức sau :

RĐc = RĐ1+ RĐ2+ R12+ 2RCT (Ω)

Trong đó :

RĐ1,RĐ2 - Điện trở tiếp xúc giữa điện trở và chi tiết

R12 - Điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết

RCT - Điện trở thuần chi tết

Hình 3.1: Sơ đồ điện trở điện cực với điện cực

Trang 33

A0 – Hệ số phụ thuộc vào do/δ

ρ0 - Điện trở suất ở nhiệt độ thường Với thép CT3 :ρ0 = 13,5.10-6 (Ωcm)

δ - Chiều dày chi tiết hàn (cm) Xác định A0 theo chỉ số d0/δ

Đường kính điểm tiếp xúc hàn :

C

P d

⋅

=

σ π

4 0

V ới :

P – Lực ép = 230 (kg)

σC – Bền nén vật liệu ở thời điểm đầu khi hàn

σC = 4000 kg/cm2

Trang 34

4000 14 , 3

230 4

6 6

0 0

1 , 0

10 5 , 13 15 , 0

1 , 0

10 6 , 75 12 ,

Trang 35

V ậy :

6 6

2 1

10 55 10

2

72 , 90 25 , 20 2

* Điện trở tiếp xúc giữa hai chi tiết hàn

Ta có thể xác định theo công thức thực nghiệm

rk, α - Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào vật liệu, lực ép và bề mặt gia công

Với thép Cacbon ta có các hệ số thường được lấy như sau :

α = 0,65÷ 0,75 , chọn α = 0,7

rk = 0,005 ÷ 0,006, chọn rk =0,005 (Ω)

5 7

7 , 0 6

225

10 005 ,

Giá trị hiệu dụng của suất điện động :

E2 = 2πf.lB.I2đm = xB.I2đm

Trang 36

 Độ phân bố dòng điện theo tiết diện

Việc xác định lB là rất khó khăn, qua đo đạc, kết cấu thực tế, xác định lB theo công thức thực nghiệm sau :

6 73 , 0

10 2

10

Trang 37

* Ch ọn sơ bộ điện trở thuần đĩa thứ cấp

kT = 40.10-6 (Ω)

Cảm kháng ta chọn xT = 0

Vậy tổng trở mạch thứ cấp

2 2

) (

10 ) 40 110 162 ( ) 750

- Vật liệu chế tạo lõi thép : thép kỹ thuật điện ∃41

- Vật liệu dây cuốn : Dây đồng

- Chất cách điện loại B

- Làm nguội bằng nước lưu thông liên tục

- Thiết bị đóng ngắt dòng hàn bằng công tắc cơ khí hoặc điện tử

- ∏B% định mức = 25

Các yêu cầu cơ bản của máy biến áp

- Tăng độ tin cậy của máy biến áp, tăng tuổi thọ

- Lắp đặt đơn giản, chế tạo đơn giản

- Giá thành thấp, đơn giản khi sử dụng

Trang 38

- Giảm được vật liệu kết cấu do đó giảm được khối lượng máy

Để đảm bảo các yêu cầu trên việc lựa chọn kết cấu lõi thép, kết cấu các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp cũng như việc bố trí các cuộn dây sơ cấp là rất cần thiết

Sau đây là phần tính toán phân tích lựa chọn các kết cấu của từng phần

tử trong máy biến áp

3.2.1.L ựa chọn kiểu máy biến áp

Các yêu cầu đối với lõi từ :

- Tổn hao công suất nhỏ

- Dòng điện không tải nhỏ

- Sử dụng tiết kiệm vật liệu

- Hệ số điền đầy của tiết diện thép lớn

- Thuận tiện cho việc lắp ghép các cuộn dây vào lõi thép và tháo lắp khi sửa chữa

Lõi máy biến áp hàn tiếp xúc được thực hiện theo hai kiểu : Lõi trụ và lõi bọc

Với máy biến áp này ta chọn kiểu lõi bọc vì có các ưu điểm sau :

- Thông dụng hơn

- Tiết kiệm sắt hơn ( vì ở cùng một kích thước tiết diện nó ít tốn sắt hơn)

- Ứng lực động sinh ra giữa các cuộn dây tương ứng được điều hoà tốt hơn và đơn giản hơn bởi gia cố kẹp chặt các cuộn dây tương ứng

- Từ thông dò nhỏ hơn đảm bảo điện cảm nhỏ của máy biến áp

Các kiểu lõi khác nhau của máy biến áp

Lõi ta chọn chế tạo bằng thép kỹ thuật điện mác ∃41 dày 0,5 Việc ghép được thực hiện bằng cách chồng chập từ các tấm dập riêng

Trang 39

3.2.a Các kiểu lõi biến áp

Hình dạng kiểu bậc của lõi đảm bảo lấp đầy tôt nhất các khoảng bên trong cuộn dây tròn nhưng thường không được áp dụng vì rất phức tạp khi chế tạo

Lõi thép được kẹp chặt giữa các khung, khung dùng để siết chặt lõi thép đồng thời dùng để lắp và kẹp máy biến áp

Các khung được làm bằng thép góc hoặc chữ U

Trang 40

Từ các ưu điểm trên, hiện nay thường dùng thép cán nóng làm lõi vì

giảm giá thành Lõi thép từ các tấm chữ ∏ tiết kiệm phôi và công nghệ dập đơn giản

Ta phân tích lựa chọn :

Kiểu lõi : Kiểu bọc Mác thép : ∃41

Hình dạng : Kiểu e từ thép chữ ∏ Dây : 0,5mm

3.2.2.L ựa chọn kết cấu dây sơ cấp

Dây cuốn sơ cấp là một phần riêng biệt và phức tạp nhất trong máy biến áp, khi thứ cấp có một vòng dây thì việc thay đổi cấp được thực hiện bằng cách thay đổi hệ số máy biến áp.Tức là thay đổi số vòng dây mắc vào lưới điện Sự điều chỉnh này được thực hiện nhớ sự đổi nối các vòng dây

Theo quy định trong máy biến áp có đổi cấp cần phải đảm bảo tỷ số

giữa điện áp thứ cấp Max và Min lớn hơn 1,8 đối với không tải

8 , 1 min 20

max

U U

Khi làm việc tại các cấp khác nhau thì công suất máy biến áp là khác nhau vì vậy ta phải chọn một cấp nào đó làm cấp định mức để làm chuẩn tính toán Thông thường cấp gần cuối được chọn làm cấp định mức, cấp cuối cùng dùng làm cấp dự trữ, nó được dùng khi điện áp lưới bị hạ thấp

Nếu một lý do nào đó, cấp cuối được sử dụng với lưới điện có điện áp định mức ở sơ cấp thì hệ số ∏B% cho cấp này phải giảm đến một quá trình nào đó sao cho dòng điện tính toán cấp cuối cùng bằng dòng điện tính toán

cấp định mức

Hay là :

C B

B I

dm C

%.

% 2

Π

⋅

=

Việc lựa chọn dây cuốn thứ cấp phải xuất phát từ công suất máy biến

áp, điện áp thứ cấp ứng với mỗi vòng dây, tiết diện của nó cũng như số cấp điều chỉnh điện áp thứ cấp

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	2,79 MB