Đang tải... (xem toàn văn)
Tính toán thiết kế mạch điều khiển .
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -1- LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ gới hóa và tự động hóa trong các quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất công nghiệp hiện đại sự cơ giới hóa và tự động hóa giúp nâng cao năng suất lao động và chất lợng sản phẩm. Một trong những vấn đề đang được các nhà sản xuất rất quan tâm hiện nay là việc ghép nối các chi ti ết với nhau để cấu thành sản phẩm. Trong tất cả các phơng pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phơng pháp hàn điện có nhiều ưu điểm hơn tất cả và đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của các nhà sản xuất . Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện đã xuất hiện và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, chế tạo máy ,vận tải, xây d ựng nông nghiệp .và trở thành một phần tất yếu không thể thiếu . Một trong những phương pháp nâng cao chất lượng của các mối hàn là sử dụng máy hàn hồ quang một chiều để hàn. Đề tài tốt nghiệp trong cuốn đồ án này là tìm hiểu, thiết kế nguồn hàn một chiều ding bộ chỉnh lưu có : I hmax = 400 A ; U dmax = 70V. Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thày giáo Đỗ Trọng Tín em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao và rút ra những vấn đề cần thiết về hàn điện với các phương pháp sử dụng hợp lí và kinh tế . Nội dung của đồ án được trình bày theo sáu chương : - Chương I : Giới thiệu chung về hàn điện . - Chương II : Tính chọn phương án . - Chương III : Tính toán thiết kế mạch lự c . - Chương IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển . - Chương V : Thi công lắp ráp mạch điều khiển . - Chương VI : Kết luận . Trong quá trình tìm hiểu ,nghiên cứu và thực hiện đồ án này em đã cố gắng trình bày những vấn đề về hàn điện nói chung và máy hàn một chiều nói riêng. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -2- Nhưng vì thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài có hạn cùng với kinh nghiệm , kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thày giáo hướng dẫn cùng các thày cô giáo trong khoa Điện góp ý , giúp đỡ em củng cố kiến thức của mình và rút ra những bài học kinh nghiệm quí báu để cho những lần sau em thực hiện tốt hơn. Em xin được chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện : Nguyễ n Thiên Huy . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -3- Chương I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀN ĐIỆN I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÀN ĐIỆN : Trong tất cả các phương pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phương pháp hàn điện có nhiều ưu việt hơn tất cả. Chính vì vậy mà ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp , xây dựng , chế tạo máy . và hàn điện đã trở thành một phần tất yếu không thể thiếu. Phương pháp hàn điện có nhữ ng ưu điểm nổi bật sau : + Khả năng ghép nối các chi tiết cao với chất lượng mối hàn tốt . + Chi phí sản xuất hạ , cho năng suất lao động cao . + Ít tiêu hao nguyên vật liệu . + Bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp . + Công nghệ đơn giản, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao. I.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐIỆN : Có thể phân loại các phương pháp hàn điện theo sơ đồ tổng quát sau: Hàn điện Hàn hồ Hàn tiếp xúc Hàn tay Hàn tự động Hàn đường Hàn điểm Hàn nối Dưới lớp trợ dung Trong ga bảo vệ Một điểm hai mặt Hai mặt một điểm Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -4- Hình I-1 : Phân loại các phương pháp hàn điện . I .2. HỆ SỐ TIẾP ĐIỆN CỦA NGUỒN HÀN: Máy hàn là loại máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . Đặc trưng quan trọng của chế độ này là hệ số tiếp điện . Hệ số tiếp điện TĐ% của nguồn hàn hồ quang được tính theo công thức TĐ%= minmax max nglv lv tt t + 100% Trong đó : t lvmax : Là thời gian hàn hết một que hàn ( máy hàn tay) hoặc thời gian hàn hết một lô điện cực (máy hàn tự động). Đây là thời gian làm việc max t ngmin : Là thời gian thay xong một que hàn hoặc một lô điện cực và mồi được cho hồ quang cháy lại .Đây là thời gian nghỉ ngắn nhất . Để đảm bảo tuổi thọ cho máy thì khi vận hành phải luôn đảm bảo : I h 2 .TĐ% = I hđm 2 .TĐ đm % =const Trong đó I hđm và TĐ đm % là các thông số có ghi trên nhãn máy. II. HÀN HỒ QUANG : Hàn hồ quang là phương pháp hàn sử dụng hiện tượng hồ quang điện. Hàn hồ quang được dùng với các phương pháp hàn bằng tay, hàn tự động hoặc bán tự động . II. 1. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI NGUỒN HÀN HỒ QUANG : Nguồn hàn hồ quang có thể sử dụng là nguồn một chiều hoặc nguồn xoay chiều nhưng phải đáp ứng được các yêu cầu sau : * Điện áp không tải phả i đủ lớn để mồi được hồ quang : +Đối với nguồn hàn một chiều : Khi cực từ là kim loại yêu cầu : U omin =(30÷40) v Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -5- Khi cực từ là than yêu cầu : U omin =(40÷50) v. +Đối với nguồn xoay chiều yêu cầu : U omin =(50÷60) v . * Đảm bảo an toàn khi vận hành nhất là ở chế độ ngắn mạch .Khi đó dòng ngắn mạch lớn có thể gây cháy dây hàn. Dòng ngắn mạch : I nm =(1,2÷1,4)I đm . * Nguồn hàn phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho máy hàn. * Phải đảm bảo điều chỉnh được dòng hàn vì dòng hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn. Dòng hàn được tính theo công thức sau : I h =(40÷60)d. Trong đó: I h : Dòng điện hàn: tính bằng (A). d : Đường kính que hàn : tính bằng (mm). * Đường đặc tính vôn_ampe của nguồn hàn phải phù hợp với từng phương pháp hàn: +Đối với phương pháp hàn hồ quang bằng tay thì đường đặc tính ngoài yêu cầu phải dốc (mềm) :đường 1 +Đối với phương pháp hàn hồ quang tự động thì đường đặc tính ngoài yêu cầu phải cứng : đường 2 (2) I ®m 2 I ®m 3 (1) (3) h I h I ®m 1 o O U Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -6- Hình I-2 : họ đặc tính ngoài của nguồn hàn hồ quang . *Điện thế của nguồn hàn phải thay đổi nhanh theo chiều dài của hồ quang khi chiều dài hồ quang tăng lên nó phải tăng lên, khi chiều dài hồ quang giảm đi nó phải hạ thấp xuống . II.2. CÁC NGUỒN HÀN HỒ QUANG : Quá trình hàn hồ quang gồm có các công việc : + Đốt cháy hồ quang . + Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tuỳ theo sự nóng chảy vật hàn . + Gi ữ cho hồ quang cháy ổn định với một chiều dài nhất định. + Di chuyển que hàn theo đường hàn . Đường đậc tính nguồn hàn như sau: h I h o U I ®m 3 (3) I måi hq 20 30 40 50 60 70 Hình I- 3 : Đường đặc tính nguồn hàn . Có hai loại nguồn hàn hồ quang : nguồn hàn hồ quang xoay chiều và nguồn hàn hồ quang một chiều. II.2.1. Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều: Khi hàn bằng điện xoay chiều người ta thường sử dụng biến áp hàn vì : +Dễ chế tạo, giá thành hạ . +Có thể tạo ra được dòng điện hàn lớn khoảng : 500÷2000 A. Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni n Tt Nghip SVTH: Nguyn Thiờn Huy TH1_K46 -7- Bin ỏp hn thng cú hai kiu : II.2.1.a> Bin ỏp hn (BAH) cú cun khỏng ngoi : Thng l mỏy bin ỏp h ỏp mt pha, mch th cp cú mc ni tip mt cun phn khỏng : a W 1 W 2 W ck Hình I-4: Sơ đồ nguyên lí MBAH có cuộn kháng ngoi Cun khỏng mc ni tip vi mch th cp ca BAH cú nhim v h thp in th ca BAH n mt tr s cn thit phỏt sinh h quang. Khi ngn mch mch hn cun khỏng thu ly in th th cp ca BAH gim dũng ngn mch xung. II.2.1.b > Mỏy bin ỏp hn kiu hn hp : Mỏy bin ỏp hn cú cu n khỏng liờn h trc tip vi mch t chớnh: S nguyờn lớ : a W2 W1 Hình I-5: Sơ đồ nguyên lí MBAH kiểu hỗn hợp. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -8- Với cả hai phương pháp trên để điều chỉnh dòng hàn ta thay đổi khe hở (a) khi khe hở (a) tăng thì từ trở của mạch từ tăng, từ thông giảm đi, điện tự cảm và trở kháng của nó giảm đi dòng điện hàn tăng lên và ngược lại : U 2 =U hq +U ck +Trong khi làm việc dòng I 2 tăng thì U ck cũng tăng làm U hq giảm. +Khi ngắn mạch : I 2 =I nm ;U hq =0. Kết quả khi điều chỉnh (a) cho ta họ đường đặc tính như sau : a a a 0 I I U 2 3 1 I I I h h < < I I I 0 (1) (2) (3) a 1 a 2 a 3 0 U 01 U 02 U 03 u a a a 2 3 1 < < a 3 a 2 a 1 nm 1 nm 2 nm 3 nm 1 nm 2 nm 3 Hình I-6: Họ đặc tính khi điều chỉnh khe hở (a)cuộn khử từ. II.2.2. Các nguồn hàn hồ quang một chiều : Nguồn hàn hồ quang một chiều được sử dụng cấp cho các máy hàn hồ quang tự động, bán tự động hoặc bằng tay. Có hai loại nguồn hàn một chiều : +Dùng máy phát hàn một chiều . +Dùng bộ chỉnh lưu biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều cấp cho máy hàn . II.2.2.a.> Máy phát hàn một chiều : Các máy phát hàn một chiều phải đáp ứng đượcyêu cầu là phải tạo ra họ đặc tính ngoài dốc cho phương pháp hàn bằng tay và m ềm cho hàn tự động. có thể sự dụng các loại máy phát hàn một chiều sau: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -9- a.1> máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ độc lập và cuộn khử từ mắc nối tiếp : Sơ đồ nguyên lí : + - w2 f w1 u 2 cm 1 VR + - w 1 : C uén kÝch tõ ®éc lËp. w 2 : Cuén khö tõ nèi tiÕp . +Cách 1 : Thay đổi số vòng dây của cuộn W 2 bằng chuyển mạch CM. Đây là phương pháp điều chỉnh thô, dòng điện sẽ thay đổi đột ngột (nhảy cấp ) do vòng dây W 2 sẽ thay đổi đột ngột:(hình :I-7a) +Cách 2 : Thay đổi dòng kích từ I kt của W 1 bằng chiết áp VR 1 . Đây là phương pháp điều chỉnh tinh dòng điện sẽ thay đổi tuyến tính liên tục : (Hình : I- 7b) w w i 0 0 u i i ii u u u i i i < < H×nh :1-7a H×nh :1-7b kt 3 kt 2 kt 1 03 02 01 0 u u h h 22 21 i i i i i nm 2 nm 3 nm 1 kt 3 kt 2 kt 1 nm 2 nm 1 w > w 22 21 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -10- HìnhI-7 : Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn một chiều. 10a.2> Máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ song song cuộn khử từ nối tiếp : Sơ đồ nguyên lí : f + rv w1 2 w2 cm 1 w1: Cuén kÝch tõ. w2: Cuén khö tõ . H×nh vÏ : I-8 Phương pháp điều chỉnh và họ đặc tính ngoài tương tự như mục :a.1> a.3> Máy phát hàn một chiều có cực từ rẽ: Để điều chỉnh dòng hàn ta điều chỉnh VR. Khi đó ta điều chỉnh được cả dòng kích từ trong cuộn kích từ chính W 1 và cuộn phụ W 2 . Tạo ra đường đặc tính ngoài dốc. Sơ đồ nguyên lí : [...] .. . Tốt Nghiệp +Công suất một chiều trên tải : Pd = 2,34.U2.Id ; +Công suất tính toán của MBA: Sba = 1,05.Pd ; +Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các tiristor : Ungmax = 6 U2 ; III.4 Nhận xét : a>Ưu điểm : +Sơ đồ mạch lực dùng hết nhiều tiristor nhất trong ba phương án nên việc thiết kế mạch điều khiển sẽ phức tạp nhất ; +Điện áp ra ít đập mạch, khả năng điều chỉnh dòng tốt chất lượng điện áp ra cao ; b>Nhược .. . =10 + = 20,8(mm) 3 3 Thay số : =2,08(cm) Unx = 7, 9.5 0.( 35 / 3 ).1 ,3 5.2 ,08 0,9 5.1 0 −3 2,4 2 = 2,13% *Điện áp ngắn mạch toàn phần : 2 2 Un% = U nr + U nx = 3,15 2 + 2,13 2 = 3,8 % III tính chọn van và các thiết bị bảo vệ : III.1 Tính chọn van : Việc tính chọn van phụ thuộc rất nhiều vào các thông số cơ bản của mạch lực và các điều kiện làm mát van vì điều kiện làm mát van có vai trò quyết định đến hiệu .. . Đồ Án Tốt Nghiệp * Công suất tải : Pd =Udo.Id =82, 7.4 00 = 33KVA * Công suất máy biến áp :Sba=1,05 Pd = 1,05 33 =35KVA * Điện áp sơ cấp máy biến áp :U1=380 V * Hệ số biến áp : Kba =U2/U1 = 39/380 =0,103 * Dòng sơ cấp biến áp :I1 = Kba.I =326,4 0,103 =33,5 (A) II.2) Tính toán các kích thước chủ yếu của MBA lực : II.2.a) Tính toán mạch từ: *Tiết diện trụ : được tính theo công thức : S ba m f Q = k Trong .. . đối xứng +Có điều chỉnh hoặc không có điều chỉnh Tuy nhiên trong phạm vi đề tài này em xin trình bày ba phương án dùng bộ chỉnh lưu có thể dùng khi thiết kế nguồn hàn một chiều sau: +Dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển +Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển không đối xứng +Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển đối xứng II II 1 phương án 1 :Dùng bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển: Sơ đ .. . chiều trên tải : Pd = 2,34.U2.Id ; SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -17- Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp +Công suất tính toán của MBA: Sba = 1,05.Pd ; +Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các tiristor, điôt : Ungmax = 6 U2 ; III.4 Nhận xét : a>Ưu điểm : +Sơ đồ mạch lực đơn giản dùng cả điôt và tiristor; +Dùng ba tiristor nên mạch điều chỉnh đơn giản ; +Điện áp ra ít đập mạch chất lượng điện áp .. . Pt = 10.K S = 10 0,01 35 =3,5 (W) Trong đó : +K=0,01 hệ số kinh nghiệm +S=35 KVA *Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp : Δ Pn = Δ PCu1 Kf1 + Δ PCu2 Kf2 + Δ Pt = 620 1,05 + 426 1,05 + 3,5 = 1101,8 (w) Trong đó : Kf1 = Kf2 = 1,05 là các hệ số Thường lấy từ 1,01 đến 1,05 II.3 b.) Điện áp ngắn mạch : *Thành phần ngắn mạch tác dụng : Unr = ΔΡn % = 10.S 1101,8 % = 3,15% 1 0.3 5 *Thành phần ngắn mạch phản .. . nguồn hàn, đảm bảo tính thông dụng và kinh tế trong quá trình chế tạo em quyết định chọn phương pháp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng để thực SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -20- Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp hiện đề tài thiết kế máy hàn hồ quang một chiều theo yêu cầu của đề tài Đây cũng là nội dung chính của đồ án này Chương II: tính toán thiết kế mạch lực I Sơ đồ mạch lực : Qua .. . cm 3.5 0 Với máy biến áp có công suất Sba =35 KVA có thể thiết kế loại trụ hình chữ nhật như sau : a: Chiều rộng trụ SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -24- Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp b: Chiều dày trụ h: Chiều cao trụ Ta có : Q = a.b Để đảm bảo về mặt kĩ thuật ta chọn a/b = 1,25 Ta được : a=8,5cm b = 10,8cm Tiết diện trụ tính lại : Q=a.b = 8, 5.1 0,8 = 91,8cm *Chiều cao trụ : Tính. .. vệ van khi quá điện áp ta dùng mạch RC đấu song song với van Sơ đồ mạch bảo vệ van khi quá điện áp : Mạch này nhằm bảo vệ quá điện áp do tích điện khi chuyển mạch từ trạng thái mở sang trạng thái khóa gây nên : Uqđa=L.(di/dt) Do tải của ta có tính chất điện cảm nên khi có RC mắc song song với các van dẫn tạo ra mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van nên cac Tiristor không .. . đối cao ; +Điện áp ngược đặt lên các van lớn nên phải có mạch bảo vệ ; c>Phạm vi ứng dụng : Sơ đồ chỉng lưu cầu ba pha đối xứng thường được sử dụng đối với những máy hàn có công suất trung bình, lớn, có yêu cầu cao về điều chỉnh dòng hàn Thực chất đây là một phương án tốt IV lựa chọn phương án thiết kế mạch lực: Với yêu cầu của đề tài là thiết kế máy hàn một chiều có : +Điện áp tải : Ud =70 V ; +Dòng . Chương II : Tính chọn phương án . - Chương III : Tính toán thiết kế mạch lự c . - Chương IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển . - Chương. đồ mạch lực dùng hết nhiều tiristor nhất trong ba phương án nên việc thiết kế mạch điều khiển sẽ phức tạp nhất ; +Điện áp ra ít đập mạch, khả năng điều