SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN:ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề số 9: Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều có các thông số sau: U vào (V) U ra (V) I ra (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. SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều 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. 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(10 2 đến 10 3 A/mm 2 ). 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… I h A B C D h U 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 SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều 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 đó nguồn hàn hồ quang một chiều có hai loại là : - bộ biến đổi quay(máy phát hàn một chiều) - bộ biến đổi tĩnh(bộ chỉnh lưu). Với sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn đã đưa ra nhiều ứng dụng 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 : U 0MIN = (30 - 40) V than : U 0MIN = (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. 4,12,1 ÷== dm nm I I I λ trong đó: I λ -bội số dòng điện ngắn mạch SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều nm I - 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: dI h )6040( ÷= trong đó : h I - dòng điện hàn [A] 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. 1 2 3 4 U I -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. SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều 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 u t 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 U ĐB . Khâu so sánh SS xác định thời điểm cân bằng của 2 điện áp U T và U ĐK 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 U ĐK , 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 . SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều 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 u 1 là điện áp một chiều nửa hình sin. Điện áp một chiều nửa hình sin tại u 1 được đưa vào cực (+) của OA 1 so sánh với điện áp phẳng u được đặt vào cực (-) của OA 1 do E 1 , VR 1 và R 2 tạo ra. Kết quả ta được tín hiêu đầu ra U 2 của OA 1 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 U 2 có giá trị âm, DIODE D 3 mở, tụ C 1 được nạp theo chiều từ U 3 qua tụ C 1 qua R 3 qua DIODE D 3 vỀ U 2 .khi U 2 có giá trị dương,TRANSISTOR T mở DIODE D 3 khoá lúc này tụ C 1 phóng từ + C 1 qua TRANSISTOR T về – C 1 .kết quả ta được U 3 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 U ĐK có dạng đường thẳng. Điện áp răng cưa U 3 được đưa vào cửa (-) của OA 3 và so sánh với điện áp điều khiển U ĐK được đưa vào cửa (+). khi U 3 > U ĐK thì điện áp đầu ra của OA 3 là U 4 có giá trị âm. Ngược lại, khi U 3 < U ĐK ra thì điện áp đầu U 4 có giá trị dương. Kết quả ta được u 4 có dạng xung vuông. Khâu phát xung chùm có tác dụng tạo ra chùm xung dưới sự phóng nạp của tụ C 2 . D 9 có tác dụng loại bỏ xung âm. do đó tín hiệu điện áp U 6 có dạng xung chùm dương. Điện áp U 4 được chọn với xung chùm U 6 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 TR 1 làm TR 1 mở đồng thời TR 2 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 D 4 và D 7 có tác dụng trả ngược điện áp dập tắt sức điện động để bảo vệ các TRANSISTOR khỏi bị quá áp. SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều 2. Tính toán các khâu trong mạch điều khiển a.Tính toán khâu đồng bộ: Tính toán: Chọn góc duy trì và thoát năng lượng θ =5 o thì điện áp U 1 đặt vào cửa (+) của bộ so sánh là: U θ = 2 U max sin 5 o = 2 .12.sin 5 o = 1,48(V) Ta có: 122 2 VRR E R U I R + == → 1112 52,1048,11248,148,1 VRVRVR E R = − = − = → 21 7RVR ≈ Chọn R 2 = 5 (K Ω ) , VR 1 = 50 (K Ω ) U 2 . U ~ - E + E + E 1 R 1 + - 3 2 1 84 T R F 1 5 4 8 D 1 1 4 1 D 2 1 4 1 R V R 1 1 3 2 R 2 U 1 SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều Để điện trở đầu vào của OA 1 là lớn ta chọn điện trở R có giá trị là 100(K Ω ) b. Khâu tạo điện áp răng cưa: Tính toán Chu kì của điện áp lưới là: )(20)(02,0 50 11 mss f T ==== tương ứng vỚi 360 0  chu kì cỦa điỆn áp răng cưa là : )(10 2 ms T T RC == tương ứng với 180 0 Mặt khác T RC = T P + T N trong đó : T P – thời gian phóng của tụ C 1 T N – thời gian nạp của tụ C 1 như trên ta đã chọn θ = 5 0 TỨC LÀ T N = 10 0  T P = 180 0 - 10 0 = 170 0 tương ứng với thờii gian là: T P = ms x 4,9 180 10170 0 ''0 = T N = ms x 6,0 180 1010 0 ''0 = 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 (MS) thì điện áp trên tụ đạt giá trị U C0 vậy ta có: 9 . 1 3 6,0 0 0 === ∫ t RC U dti C U bh cC + E + E 2 U 2 U 3 - + 1 2 3 4 8 R 3 V R 2 1 3 2 D 3 1 41 R 4 C 1 D Z - E SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều ( ) Ω===→ − − 33,3333 10.2,0.9 10.6,0.10 .9 6 3 3 t C U R bh Chọn R 3 có giá trị là 3,5 K Ω 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 = dtI C U tlp pC ∫ − 0 0 1 =0 ( ) A t CU I p C p 4 3 6 0 10.9,1 10.4,9 10.2,0.9 . − − − ===→ ta có: 42 2 RVR E I p + = ( ) Ω===+→ − 3 4 2 42 10.15,63 10.9,1 12 p I E RVR chọn R 4 = 20 K Ω , VR 2 = 50 K Ω có thể điều chỉnh được. c. Khâu so sánh: 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 Ω d. Khâu phát xung chùm: U 6 + E - E D 6 R 1 1 R 8 R 1 0 R 9 C 3 - + 1 2 3 4 8 . + E U r c U 4 - E U ® k R 7 R 5 R 6 - + 1 2 3 4 8 D 4 1 4 1 SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn môt chiều Tính toán: Chu kỳ dao động: 9 8 3 10 2 2 ln 1 R T R C R   = +  ÷   Chọn tần số phát xung là F = 10 KHZ → 9 8 3 3 10 2 1 1 2 ln 1 0,0001 10.10 R R C R f   + = = =  ÷   theo kinh nghiệm thường chon R 9 + R 10 CỠ 20 K Ω , để giảm độ chênh lệch giữa 2 cửa vào của OA chọn R 10 nhỏ hơn R 9 .vậy chọn R 10 = 5K Ω , R 9 = 15K Ω chọn trị số tụ điện C 2 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 − = = ≈     + +  ÷  ÷     ( Ω ) Chọn trị số của R 8 là: 2,5 K Ω 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 OA thông dụng như LM324, µA741 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 : V CC = 3÷15 (V), ta chọn: V CC = 12 (V). Nhiệt độ làm viỆc : - 40 O C ÷ 80 O 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: X 1 X 2 Y 1 1 1 [...]... 5 = = 40 (Ω) I SCBA 0 .12 5 Chọn TR2 lo i H10 61 v i các thông số: SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u UEC = 35 (V) IEC = 2 (A) β = 12 0 Ở đây sử dụng β = 10 → I BT 2 = I ECT 2 0 ,15 = = 0, 015 ( A) = 15 ( mA) βT 2 10 ta có: IBT2 = IECT1 = 15 (MA) chọn TR1 lo i C828 v i các thông số: UEC = 35 (V) IEC = 15 0 (MA) β = 10 0 Ở đây sử dụng β = 10 → I BT 1 = I ECT 1 15 = = 1, 5 (mA) βT 1 10... oa +e u4 §4 not XungChïm XungChïm §6 r 11 r7 and1 and r 25 r 12 tR 3 r 24 § 10 r 13 tR 1 §7 t2 t5 t6 t3 r 23 +e r 14 +e tR 4 tRf 4 § 12 § 11 tR 2 tRF 2 §8 §9 t4 t1 SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u Kết luận Sau một quá trình học tập và nghiên c u, cùng v i sự... bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u công suất cấp cho các kh i là rất nhỏ, thông thường ta chọn thông số của các biến áp của các kh i như sau: ở kh u ổn áp: 2 _1 2 _1 U =1 7 V; I =0 ,6 A công suất của kh u ổn áp là: 2 _1 2 _1 2 _1 P =U I =1 7 .0,6 =1 0 ,2 ở kh u nguồn công suất : 2_2 (W) 2_2 U =1 0 V; I =1 A công suất của nguồn ổn áp là: 2_2 2_2 P =U I ởkh u đồng pha: 2_2 2_3 =1 0 . 1= 10 (W) 2_3 U =1 2 V; I =0 ,1 A... cuộn sơ cấp biến áp : W1 = U1 220 = = 3438 N 0,064 (vòng) 2 Chọn mật độ dòng i n thứ cấp là J=2A/MM thiết diện dây sơ cấp là: S1 = I 1 0 ,10 2 = = 0,0 51 J 2 (mm 2 ) SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: kính S1 = 0,05726 mm 2 d1 = 0,27 mm tương ứng v i đường tính toán kh u chỉnh l u và ổn áp: tạo nguồn nu i E =1 2 V ta dùng mạch chỉnh l u c u 1. .. pha dùng DIODE, i n áp thứ cấp máy biến áp nguồn nu i: U2 =1 7 V để ổn đỊnh i n áp ra của nguồn nu i ta dùng 2 IC ổn áp 7 812 và 7 912 , các thông số chung của vi mạch này: i n áp đ u vào : UV = 7÷35 (V) i n áp đ u ra : URA = 12 (V) v i IC 7 812 URA = -12 (V) v i IC 7 912 dòng i n đ u ra: IRA = 0 1 (A) Tụ i n C4, C5 dùng để lọc thành phần sóng h i bậc cao  Chọn: C1 C1 ' = C2 = C2 ' có: 50V /10 00 có: ... → R12 = Uv 12 = = 8000(Ω) I BT 1 0, 0 015 Chọn R12 = 10 k Ω SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u Sơ đồ nguyên lí mạch i u khiển : Sơ đồ i n áp: id rs us ua uc ub r 16 r 15 1 Pha C U fh +e 1 u1 VR3 Pha b -e +e 3 4 r 17 +e r oa §2 1 r 20 r 18 VR1 r 1 -e -e 5 +e r 19 oa r2 oa +e + U2 e2 r 21 §3 VR2 r 22 r3 r4 -e 6 +e c2 oa 2 -e oa +e dz c1 u ®k u ®k u ®k U3 c2 r6 r5 r9 + r8 r 10 ... BAX I1 tb = I1 I 21tb = I 2 tx 350 .10 −6 = 0 ,15 = 1, 98 .10 −2 ( A) −2 T 2 .10 tx 350 .10 −6 = 0, 3 = 3,96 .10 −2 ( A) −2 T 2 .10 Đường kính cuộn sơ cấp, thứ cấp BAX (khi ta chỌn J = 2.35 (A/mm2) d1 = 2 I1 tb 1, 98 .10 −2 = 2 ≈ 0 ,1 ( mm) J π 2,35.3 ,14 d 2 = 2 I 2tb 1, 98 .10 −2 = 2 ≈ 0 ,15 ( mm) J π 2,35.3 ,14 như vậy ta chọn D1 = 0 ,1 (mm), D2 = 0 ,15 (mm) -.khuyếch đ i xung: chọn ECS = 10 V R14 = TA CÓ: Ecs − U SCBAX 10 ... chuẩn có thiết diện dây là: Q kính d 2 _ 1 = 0,62 mm 2 _1 =0 ,3 019 tương đương v i đường Số vòng cuộn thứ cấp biến áp của kh i công suất : SV: TRỊNH BÁ CHUNG W2 _ 2 = U2 _2 N Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u = 10 = 15 6 0,064 (vòng) 2 Chọn mật độ dòng i n thứ cấp là J=2a/mm thiết diện dây thứ cấp là: Q2 _ 2 = I2 _2 J 1 = 0,5mm 2 2 = Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q 2_2 =0 ,5027 tương ứng v i. .. 25V /10 00 µF µF C 3 C 3 ' 1 F = = µF Chọn C4 CÓ: 25V /10 00 các DIODE D1 ÷ D8 chọn lo i DIODE thông thường có các thông số: ITB = 1 A U M = 200 h.Khuyếch đ i xung & biến áp xung: +E4 -.biến áp xung: theo phần tính toán ở mạch lực ta chọn van THYRISTOR N520CH04GOO I 300 I1 = 2 = = 15 0 (mA) m 2 giá trị i n áp sơ cấp của BAX: 1 T1 14 1 1 D 7 1 5 4 R 12 8 3 2 TR F 2 TR 1 1 3 2 TR 2 1 R 13 14 D 8 14 giá trị... 14 giá trị này là giá trị dòng và áp ở thứ cấp của bax tham khảo các t i li u 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 D 9 R 14 SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u U1 = U 2 m = 2,5.2 = 5 (V ) công suất của BAX: S = U1 .I1 = 5.0 ,15 = 0, 75 (VA) Chọn vật li u l i biến áp xung là FERIT làm việc trên một phần . CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: I N TỬ CÔNG SUẤT Đề số 9: Thiết kế bộ chỉnh l u dùng cho máy hàn 1 chi u có các thông số sau: U vào (V) U ra (V) I ra (A) . dụng β = 10 . 1 1 1 15 1, 5 ( ) 10 ECT BT T I I mA β → = = = 12 1 12 8000( ) 0,0 015 BT Uv R I → = = = Ω Chọn R 12 = 10 k Ω SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u Sơ đồ nguyên. 4 T 1R 1 4 R 1 3 R 1 2 T R 2 3 2 1 D 7 1 4 1 T R 1 3 2 1 T R F 2 1 5 4 8 D 8 1 4 1 D 9 1 4 1 SV: TRỊNH BÁ CHUNG Thiết kế bộ chỉnh l u máy hàn môt chi u 1 2 . 2,5.2 5 ( )U U m V = = = công suất