Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu có điều khiển cho tải máy hàn một chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ THÔNG TIN ĐỒ ÁN 2 Đề tài “ Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu có điều khiển cho tải máy hàn một chiều ” Giảng viên hướng dẫn T S TRẦN VĂN THỊNH Sinh viên thực hiện NGUYỄN VIỆT ANH Lớp K21 TĐH Khoá 2018 2022 Hệ CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 22022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MỘT CHIỀU 4 1 1 Khái niệm về hàn điện 5 1 2 Định nghĩa hàn 5 1 3 Hồ quang điện và hàn hồ quang điện 5 1 4 Các yêu cầu chung đối với hàn hồ quang điện 6 CHƯƠNG I.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN ĐỒ ÁN Đề tài: “ Thiết kế nguồn chỉnh lưu có điều khiển cho tải máy hàn chiều.” Giảng viên hướng dẫn : T.S: TRẦN VĂN THỊNH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VIỆT ANH Lớp : K21-TĐH Khố : 2018-2022 Hệ : CHÍNH QUY Hà Nội, tháng 2/2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………….4 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MỘT CHIỀU………… 1.1:Khái niệm hàn điện………………………………………………………5 1.2:Định nghĩa hàn…………………………………………………………… 1.3:Hồ quang điện hàn hồ quang điện……………………………………… 1.4:Các yêu cầu chung hàn hồ quang điện………………………………6 CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CƠNG SUẤT………8 2.1: Các phương án thiết kế……………………………………………… 2.1.1: Chỉnh lưu ti aba pha có điều khiển………………………………… 2.1.2: Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển khơng đối xứng……………… 11 2.1.3: Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển……………………………………………………………………… 12 2.2:Thiết kế mạch lực………………………………………………………16 2.3: Thiết kế máy biến áp…………………………………………………17 2.3.1: Các thông số máy biến áp……………………………….17 2.3.2: Tính chọn van động lực .19 2.3.3: Tính cuộn kháng lọc…………………………………………………20 CHƯƠNG III:THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 21 3.1.Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển 21 3.2.Thiết kế mạch điều khiển…………………………………………22 3.3: Tính tốn khâu mạch điều khiển………………………….23 3.3.1.Tính tốn khâu đồng bộ………………………………………….24 3.3.2: Khâu tạo điện áp cưa………………………………………25 3.3.3: Khâu so sánh…………………………………………………….27 3.3.4: Khâu phát xung chum……………………………………………27 3.3.5: Khâu trộn xung…………………………………………………28 3.3.6: Khâu phản hồi……………………………………………………29 3.3.7:Khối nguồn………………………………………………………31 3.3.8:Khuyếch đại xung & biến áp xung………………………………35 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển………………………………………….40 Mạch động lực………………………………………………………………41 Sơ đồ điện áp……………………………………………………………… 42 KÊT LUẬN………………………………………………………… 43 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay,cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ ứng dụng cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp điện tử nói riêng.Những thiết bị điện tử công suất lớn đời trở nên thông dụng,cần thiết sống việc nắm bắt,am hiểu rõ thiết bị kỹ sư điện buộc Sự đời, phát triển nhanh chóng ngày hoàn thiện linh kiện điện tử, bán dẫn công suất lớn Diode, Thyristor, Triac, Tranzitor đặc biệt vi xử lí tạo bước đột phá làm thay đổi cách sâu sắc, toàn diện thúc đẫy mạnh mẽ phát triển thiết bị, hệ thống thiết bị điện- điện tử, hệ thống điều khiển… Đối với sinh viên khoa điện nói chung đặc biệt sinh viên ngành tự động hóa chúng em việc nắm vững lí thuyết mơn học biết cách ứng dụng chúng vào thực tế điều quan trọng Hiện hàn điện công nghệ sử dụng rộng rãi công nghiệp, xây dựng công nghiệp chế tạo máy học kỳ em thầy cô giao cho đồ án môn học có đề tài là: Thiết kế nguồn chỉnh lưu máy có điều khiển cho tải hàn chiều Được hướng dẫn, bảo tận tình cuả thầy cô môn đặc biệt hướng dẫn trực tiếp thầy Trần Văn Thịnh, emđã hoàn thành đồ án thời gian quy định Mặc đù em đa cố gắng nhiều việc tìm hiểu thiết kế đồ án trình độ có hạn nên đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MỘT CHIỀU 1.1:Khái niệm hàn điện Hàn điện công nghệ phổ biến kỹ thuật đại.ở ngành đóng tàu,ngành xây dựng,ngành chế tạo máy móc khơng thể thiếu máy hàn điện.Hàn điện củng áp dụng đơn vị sản xuất nhỏ công ty lớn ngành công nghiệp khác 1.2:Định nghĩa hàn Hàn trình nối hai vật liệu kim loại với cách nung nóng chổ nối đến nóng chảy gần nóng chảy 1.3:Hồ quang điện hàn hồ quang điện Hồ quang điện hàn dạng phóng điện chất khí với mật độ dịng điện lớn(102 đến 103A/mm2) Ở điều kiện bình thường chất khí khơng dẫn điện Nếu đặt lên hai điện cực mơi trường khơng khí điện trường có cường độ đủ lớn phá vỡ cách điện chất khí D nó, nhiệt độ môi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn cường độ điện Ih có khả dẫn dịng điện lớn, phụ thuộc vào tính chất chất khí, áp suất trường… Đặc tính V-A, đặc tính tĩnh hồ quang: C Để giảm U mồi mà gây B hồ quang người ta cho hai điện A cực tiếp xúc gây I đoản mạch Nếu I đoản 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 dùng nhiệt lượng hồ quang điện nung nóng chổ hàn làm cho kim loại vật hàn chảy 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 điện trở nên đầu nút que hàn chổ vật hàn tiếp xúc với que hàn bị nung nóng Khi nhấc que hàn lên khỏi vật hàn que hàn bắn điện tử, điện tử bắn nhanh đập vào vật hàn biến động thành nhiệt dẫn đến vật hàn bị chảy Môi trường que hàn vật hàn chịu tác dụng điện trường bị ion hóa, ion dười lên nhanh biến động thành nhiệt dẫn đến que hàn nóng chảy nhỏ giọt xuống vật hàn 1.4: Các yêu cầu chung nguồn hàn hồ quang Nguồn điện cung cấp cho hàn hồ quang xoay chiều chiều Trong nguồn hàn hồ quang chiều có hai loại : - Bộ biến đổi quay(máy phát hàn chiều) - Bộ biến đổi tĩnh(bộ chỉnh lưu) Với phát triển kĩ thuật bán dẫn công suất lớn đưa nhiều ứng dụng nguồn hàn chiều Nguồn hàn chiều dùng chỉnh lưu có ưu việt sau so với máy phát hàn chiều: + Chỉ tiêu lượng cao + Khơng có phần quay + Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bão dưỡng sữa chữa thấp Tuy nhiên chúng có yêu cầu chung sau: - Điện áp không tải đủ lớn lớn áp có tải để mồi hồ quang hàn dễ dàng: Nguồn hàn chiều với điện cực là: Kim loại : u0min = (30 - 40) v Than : u0min = (45 - 55) v - Đảm bảo an toàn lúc làm việc chế độ làm việc chế độ ngắn mạch làm việc Bội số làm việc ngắn mạch không q lớn Trong đó: -Bội số dịng điện ngắn mạch - Dòng điện ngắn mạch [a] - Nguồn hàn phải có cơng suất lớn - Nguồn hàn phải có khả điều chỉnh dịng hàn; ta biết dịng điện hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn Dịng điện hàn tính theo biểu thức sau: Trong : - Dịng điện hàn [A] D - Đường kính que hàn [mm] - Đường đặc tính nguồn hàn phải đáp ứng theo phương pháp hàn Đặc tính ngồi đường biểu diễn quan hệ áp hai đưa máy với dịng tải Các đặc tính ngồi nguồn điện Hàn: 1: Đặc tính dốc U 2: Đặc tính thoải 3: Đặc tính cứng 4:Đặc tính tăng I Nguồn hàn dùng cho phương pháp hàn hồ quang tay phải có đường đặc tính ngồi dốc Nguồn hàn dùng cho phương pháp hàn hồ quang tự động phải có đường đặc tính ngồi cứng CHƯƠNG II: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CƠNG SUẤT Có nhiều phương án lựa chọn để thiết kế chỉnh lưu cho nguồn hàn pha.ở ta xét phương án sau: - Chỉnh lưu tia pha có điều khiển - Chỉnh lưu cầu pha điều khiển khơng đối xứng - Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 2.1: Các phương án thiết kế 2.1.1: Chỉnh lưu ti aba pha có điều khiển Sơ đồ đồ thị: Cơng thức tính tốn: - Điện áp chỉnh lưu nhận với - Điện áp ngược đặt lên van: - Dịng điện tải trung bình: - Dịng điện trung bình qua van: - Dịng điện thứ cấp máy biến áp : - Công suất máy biến áp : 2.1.2: Chỉnh lưu cầu bap có điều khiển không đối xứng Sơ đồ đồ thị: 10 3.3.6: Khâu phản hồi: R 17 R 19 + +E +E +E R 18 + + - U ®k + 4 R 16 R 21 - - RS C R 15 R 22 - -E -E -E +E R 20 V R Nguyên lý hoạt động khâu phản hồi : Lấy điện áp phản hồi từ nguồn hàn thông qua điện trở SHUNT, điện áp nhỏ nên ta cho qua khuếch điện áp thích hợp Tiếp theo điện áp phản hồi đưa vào cộng (đảo) với điện áp mà ta đặt cho nguồn hàn làm việc Sau điện áp phản hồi đưa qua khâu pi để loại bỏ sóng nhiễu có tần số cao làm cho mạch tăng tính ổn định 29 Chọn điện áp điện trở shunt URS = 2,5 v Ta có: RS = 2, 1747 = 0,0014  PRS = 1747 2.0,0014 = 4272 w Chọn: RS = 0,0015  PRS = 10 Kw 3.3.7:Khối nguồn:  Tính tốn biến áp Cơng suất cấp cho khối nhỏ, thông thường ta chọn thông số biến áp khối sau: 30 o Khâu ổn áp: U=17 v; I=0,6 A công suất khâu ổn áp là: P=U _ I=17.0,6=10,2 (W) o Khâu nguồn công suất : U=10 V; i=1 A công suất nguồn ổn áp là: P=U.I=10.1=10 (W) o Khâu đồng pha: U=12 V; I=0,1 A công suất nguồn đồng pha là: P=U.I=24.0,1=2,4 (W) tổng công suất ba khâu là: P= P +P+ P=10,2 + 10 + 2,4 = 22,6 (W) số vơn/vịng là: N=4,44.B.F.Q=4,44.1.50.2,91.10=0,064 (VON/VỊNG) Số vịng cuộn thứ cấp biến áp khối ổn áp : (VÒNG) Chọn mật độ dòng điện thứ cấp j=2A/mm.thiết diện dây thứ cấp là: 31 Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q=0,3019 tương đương với đường kính Số vịng cuộn thứ cấp biến áp khối cơng suất : (vịng) Chọn mật độ dòng điện thứ cấp j=2a/mm.thiết diện dây thứ cấp là: Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: q=0,5027 tương ứng với đường kính d=0,8mm Số vòng cuộn thứ cấp biến áp khối đồng pha : (vòng) Chọn mật độ dòng điện thứ cấp j=2a/mm.thiết diện dây thứ cấp là: Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: q=0,05726tương ứng với đường kính d=0,27mm  Tính tốn phía sơ cấp biến áp Dịng điện sơ cấp máy biến áp là: Số vòng cuộn sơ cấp biến áp : (vòng) Chọn mật độ dòng điện thứ cấp j=2a/mm.thiết diện dây sơ cấp là: 32 Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: tương ứng với đường kính Tính tốn khâu chỉnh lưu ổn áp: Tạo nguồn nuôi E=12 v Ta dùng mạch chỉnh lưu cầu pha dùng diode, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn nuôi: U2 =17 v Để ổn định điện áp nguồn nuôi ta dùng IC ổn áp 7812 7912, thông số chung vi mạch này: Điện áp đầu vào : UV = 735 (V) Điện áp đầu : URA = 12(V) với IC 7812 URA = -12(V) với IC 7912 Dòng điện đầu ra: IRA = 01 (a) Tụ điện C4 dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao Chọn: = có: 50v/1000 = có: 25v/1000 == Chọn C4 có: 25v/1000 Các diode D1  D8 chọn loại diode thơng thường có thơng số: ITB = a 33 UĐM = 200 v 3.3.8:Khuyếch đại xung & biến áp xung: + E R R T 1 T R F T R D 1 D D T R R Biến áp xung: Theo phần tính tốn mạch lực ta chọn van thyristor N520CH04GOO Giá trị giá trị dòng áp thứ cấp BAX Tham khảo tài liệu cho thấy tỷ số biến áp xung thường áp dụng m=13 tốt Ở ta chọn m = Vậy giá trị dòng sơ cấp BAX I1  I 300   150 (mA) m Giá trị điện áp sơ cấp BAX: 34 U1  U m  2,5.2  (V ) Công suất BAX: S  U1.I1  5.0,15  0, 75 (VA) Chọn vật liệu lõi biến áp xung ferit làm việc phần đặc tính từ hóa: BS = 0,45 t, độ từ thẩm A = 6000 a/m, diện tích lõi 1cm2 Số vòng dây sơ cấp BAX: Trong đó: Tx chiều dài xung truyền qua máy biến áp thường có giá trị từ 10 đến 600s Ở ta chọn Tx 350 s S tiết diện lõi ferit Thay số vào ta có: 5.350.106 W1   23 0, 75.104 (vòng) Số vòng dây thứ cấp BAX: W2  W1 23   11,5 m (vịng) Giá trị trung bình sơ cấp thứ cấp BAX I1tb  I1 I 21tb  I 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) 35 d1  I1tb 1,98.102   0,1 ( mm) J  2,35.3,14 d  I 2tb 1,98.102   0,15(mm) J  2,35.3,14 Như ta chọn d1 = 0,1 (mm), d2 = 0,15 (mm) khuyếch đại xung: Chọn ECS = 10 v Ta có: Chọn Tr2 loại H1061 với thông số: UEC = 35 (v) IEC = (a)  = 120 Ở sử dụng  = 10  I BT  I ECT 0,15   0, 015( A) 15( mA) T 10 Ta có: IBT2 = IECT1 = 15 (ma) Chọn Tr1 loại C828 với thông số: UEC = 35 (v) IEC = 150 (ma)  = 100 36 Ở sử dụng  = 10  I BT  I ECT 15   1,5 ( mA) T 10  R12  Uv 12   8000() I BT 0, 0015 Chọn R12 = 10 k  Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển : 37 38 id rs u s ua uc ub r r § § C b Ufh +e u1 V R Ph a Ph a +e -e oa +e r1 r r r V R r r -e -e +e r oa oa +e U2 § V R r +e r 2 r r c -e +e oa -e oa U3 u® k u® k u® k +e dz c1 c r r r9 u4 r -e oa + r -e +e oa §4 X u n g C h ïm X u n g C h ïm § r 1 r not and1 and r r r tR § r tR § t2 t5 t6 t3 r2 +e r +e tR tR f §1 § 1 tR tR F §8 § t4 t1 Mạch động lực Sơ đồ điện áp: b a c CD at r c 2c c 1c c 1c c 1c c r c T4 t1 2c c r c r 2c c T6 t3 2c c r c r c 2c c T2 t5 2c c l r s u phd vật hàn Sơđồ mạch lùc 39 Kết luận 40 Sau trình học tập nghiên cứu, với hướng dẫn tận tình thầy giáo mơn đặc biệt thầy Trần Văn Thịnh giúp đỡ bạn nhóm, em hồn thành nhiệm vụ giao đồ án : Thiết kế nguồn chỉnh lưu có điều khiển cho tải máy hàn chiều Trong trình thực hiện, trình độ cịn hạn chế nên chắn em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo bạn để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 22 tháng năm 2022 41 ... lựa chọn để thiết kế chỉnh lưu cho nguồn hàn pha.ở ta xét phương án sau: - Chỉnh lưu tia pha có điều khiển - Chỉnh lưu cầu pha điều khiển không đối xứng - Chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 2.1:... quang Nguồn điện cung cấp cho hàn hồ quang xoay chiều chiều Trong nguồn hàn hồ quang chiều có hai loại : - Bộ biến đổi quay (máy phát hàn chiều) - Bộ biến đổi tĩnh (bộ chỉnh lưu) Với phát triển kĩ... nhiều ứng dụng nguồn hàn chiều Nguồn hàn chiều dùng chỉnh lưu có ưu việt sau so với máy phát hàn chiều: + Chỉ tiêu lượng cao + Khơng có phần quay + Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bão dưỡng