thiết kế nguồn hàn một chiều ding bộ chỉnh lưu có Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí thiết kế nguồn hàn một chiều ding bộ chỉnh lưu có Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp 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 tiết 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 dựng 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 : Ihmax= 400 A ; Udmax= 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 lực

- 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

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 : Nguyễn Thiên Huy

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

Phương pháp hàn điện có những 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:

Trong ga bảo vệ

Một điểm hai mặt

Hai mặt một điểm

Hình I-1 : Phân loại các phương pháp hàn điện

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

Trong đó :

hàn hết một lô điện cực (máy hàn tự động) Đây là thời gian làm việc max

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 :

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 phải đủ lớn để mồi được hồ quang : +Đối với nguồn hàn một chiều :

Khi cực từ là kim loại yêu cầu : Uomin=(30÷40) v

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

* 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 :

Inm=(1,2÷1,4)Iđm

* 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 :

Ih=(40÷60)d Trong đó:

OU

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 + Giữ 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:

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

Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

Biến ỏp hàn thường cú hai kiểu :

II.2.1.a> Biến ỏp hàn (BAH) cú cuộn khỏng ngoài :

Thường là mỏy biến ỏp hạ ỏp một pha, ở mạch thứ cấp cú mắc nối tiếp một cuộn phản khỏng :

Hình I-4: Sơ đồ nguyên lí MBAH có cuộn kháng ngoμi

Cuộn khỏng mắc nối tiếp với mạch thứ cấp của BAH cú nhiệm vụ hạ thấp điện thế của BAH đến một trị số cần thiết để phỏt sinh hồ quang Khi ngắn mạch ở mạch hàn cuộn khỏng thu lấy điện thế thứ cấp của BAH để giảm dũng ngắn mạch xuống

II.2.1.b > Mỏy biến ỏp hàn kiểu hỗn hợp :

Mỏy biến ỏp hàn cú cuộn khỏng liờn hệ trực tiếp với mạch từ chớnh: Sơ đồ nguyờn lớ :

Hình I-5: Sơ đồ nguyên lí MBAH kiểu hỗn hợp.

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 :

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 mềm 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

a.1> máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ độc lập và cuộn khử từ mắc nối tiếp :

phương pháp điều chỉnh thô, dòng điện sẽ thay đổi đột ngột (nhảy cấp ) do vòng

phương pháp điều chỉnh tinh dòng điện sẽ thay đổi tuyến tính liên tục : (Hình : 7b)

iiii

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 :

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

tính ngoài dốc

Sơ đồ nguyên lí :

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

+Gây tiếng ồn lớn khi làm việc , không an toàn khi vận hành

+kích thước kồng kềnh , cần bảo dưỡng luôn luôn dẫn đến chi phí vận hành cao trong khi hiệu suất lại không cao

Ngày nay do ứng dụng tiến bộ KHKT điện tử dẫn đến sự phát triển của công nghiệp và khả năng tự động hóa trong sản xuất mà các máy phát hàn ít được sử dụng và dần bị thay thế trong các nhà máy, xí nghiệp thay vào đó là các loại máy hàn sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lưu

II.2.2.b.> Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu :

*Cấu tạo : gồm hai bộ phận chính : Máy biến áp hàn và bộ chỉnh lưu

+Máy biến áp hàn : là loại máy biến áp đặc biệt chuyên dụng tạo ra điện áp nhỏ và dòng điện lớn Công suất lớn

+Bộ chỉnh lưu : có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu một pha hoặc ba pha ; đối xứng hoặc không đối xứng Ta thường sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu sau:

+ Cầu một pha có điều khiển

+ Cầu ba pha có điều khiển đối xứng hoặc không đối xứng + Sơ đồ tia ba pha có điều khiển

+ Sơ đồ sáu pha hình tia

+Di chuyển que hàn theo đường hàn

Hàn tự động thì tất các công việc trên đều được thực hiện bằng máy móc Hàn nửa tự động thì một số công việc được thực hiện bằng máy một số được thực hiện bằng tay

Hàn hồ quang tự động được dùng đặc biệt trong các ngành chế tạo tàu biển, máy bay , nồi hơi , với chất lượng mối hàn tốt , ngọn lửa hồ quang cháy ổn định và chống xâm thực của không khí vào mối hàn

*Trong máy hàn có hai hệ thống truyền động riêng biệt :

+Hệ truyền động đẩy điện cực vào vùng hàn:Sử dụng hệ máy phát_ Động cơ hoặc hệ bộ biến đổi tiristor _Động cơ ( T _ Đ )

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

Yêu cầu đối với nguồn hàn :

Phải có máy biến áp đặc biệt với :

+Thứ cấp : (1,8÷36 )v +Dòng hàn : Ih≥ 10 103 A

+Có thể tạo ra bộ nguồn có công suất lớn +Tổn thất điện áp bé : 1,5V

+Độ nhạy của hệ thống cao vì quán tính từ bé.Độ ổn định dòngvà áp cao +Hiệu suất cao, không gây ồn ào, chi phí vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa thấp

+Kích thước bé nên thuận lợi khi làm việc ở những nơi cần di chuyển có chấn động

Tuy nhiên các bộ chỉnh lưu cũng có những hạn chế sau:

+Chi phí đầu tư ban đầu lớn

+Đòi hỏi người sử dụng phải có một trình độ nhất định

Hệ thống chỉnh lưu được chia thành nhiều loại:

+Một pha hoặc ba pha

+Đối xứng hoặc không 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 phương án 1 :Dùng bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển:

II 1 Sơ đồ nguyên lí :

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lưu:

RU ;

+Trị số dòng trung bình qua các tiristor : Iv =

π ;

+Công suất một chiều trên tải :

Pd = 0,9.U2.Id ; +Công suất tính toán của MBA:

Sba = 1,23.Pd ;

+Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các tiristor :

Ungmax =1,41.U2 ;

II.4 Nhận xét :

a>Ưu điểm :

+Sơ đồ mạch lực đơn giản dùng hết ít tiristor;

+MBAlà loại một pha có công suất MBA so với suất một chiều nằm trong giớ hạn cho phép ; giá thành thấp

+Điện áp đặt lên các tiristor là thấp , mạch làm việc ổn định b>Nhược điểm :

+Khả năng điều chỉnh điện áp kém

+Công suất đạt được là thấp do chỉ sử dụng một pha dòng điện nên dễ gây mất đối xứng lưới điện

c>Phạm vi ứng dụng :

Sơ đồ chỉng lưu cầu một pha thường được sử dụng đối với những máy hàn có công suất nhỏ yêu cầu về điều chỉnh dòng điện không cao, yêu cầu chất lượng mối hàn không cao

đối xứng:

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

III.3 Các thông số của mạch :

+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lưu:

⎝⎛ +

Pd = 2,34.U2.Id ;

+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 tương đối tốt; b>Nhược điểm : +Khả năng điều chỉnh điện áp không cao ; +Sử dụng máy biến áp ba pha nên giá thành tương 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 không đối xứng thường được sử dụng đối với những máy hàn có công suất trung bình, lớn, có chất lượng khá tốt, giá thành vừa phải IV phương án 3: Dùng bộ chỉnh lưu cầu có điều khiển ba pha đối xứng:

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

IV.3 Các thông số của mạch :

+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lưu:

π U2Cos63

; +Giá trị dòng trung bình ra tải :

Id =

RU

+Công suất một chiều trên tải :

Pd = 2,34.U2.Id ; +Công suất tính toán của MBA:

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 hàn cực đại : Ihmax =400 A ;

Qua quá trình phân tích ba phương án chỉnh lưu ở trên Để đảm bảo các yêu cầu về 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

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

Trong sơ đồ có sử dụng :

+AT:(Aptômát) Dùng để đóng cắt ngồn, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn

mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA

+CK : (Cuộn kháng điện ) là cuộn kháng có lõi thép dùng để hạn chế dòng ngắn mạch

bảo vệ quá tải

+BAH :(Biến áp hàn) Là máy biến áp ba pha có sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí

+Bộ chỉnh lưu : Dùng chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

II.tính toán máy biến áp : Yêu cầu :

+Điện áp ra của chỉnh lưu : Ud = 70 V;

Điện áp chỉnh lưu khi không tải :

Udo=Ud + ΔUd

Trong đó :

ΔUd =ΔUba + ΔUv + ΔUck

⎝⎛ +

* Điện áp thứ cấp : U2 =

0+

* Công suất tải : Pd =Udo.Id =82,7.400 = 33KVA

* Hệ số biến áp : Kba =U2/U1 = 39/380 =0,103

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 :

Q = k.

. Trong đó :

+k: Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát Thường k=5÷6 Ta chọn k=6

35000 =92 cm

nhật như sau :

a: Chiều rộng trụ

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

b: Chiều dày trụ h: Chiều cao trụ

;

Trong đó :

Q: Tiết diện hiệu quả của trụ

β : hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của MBA Thường lấy β=1,15÷ 1,35 Ta chọn β=1,35

Vậy :

h =

14,38,91.4.14,3

+Bề dày lá thép : 0,35 mm

+ Tỉ trọng thép : γFe =7,65 Kg/dm3 * Trọng lượng trụ :

GT = m Q γFe h 10-3 (Kg) = 3 91,8 7,65 25 10-3 = 52,7 Kg Các lá thép được dập hình chữ I và ghép theo sơ đồ :

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp

= 17 vòng

*Tiết diện dây quấn thứ cấp :

S2= ==5,2

130,56 (mm2)

Chọn dây quấn MBA co tiết diện hình chữ nhật có bọc sợi thủy tinh để cách điện Mã hiệu dây ΠC do nga sản xuất

Tra theo bảng 22- tài liệu thiết kế MBA điện lực Phan tử Thụ ta được :

+Tiết diện dây : 3,15 x 20 x 2 (mm)

Kể cả cách điện : 3,56 x 20,5 x 2 (mm)

+Tỷ trọng đồng :γcu=8,9 Kg/dm3

*Số vòng dây một lớp cuộn thứ cấp :

W21 = 0,951005

W 1,7

→ cuộn thứ cấp có hai lớp : 10vòng +7vòng *Bề dày cuộn thứ cấp :

+Cách điện giữa hai lớp dây:0,5mm

+Bề dày khuân quấn dây: 1mm

Do sai số khi dập lá thép nên khuân quấn cần rông hơn mạch từ Chiều rộng

về cả hai bên:1+1=2mm

Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp :=1+1+0,5 =2,5mm = 0,25cm

*Chu vi trung bình cuộn thứ cấp :

=47,64 cm

*Chiều dài dâyquấn cuộn thứ cấp:

l2 = W2 Ctb2 2 = 17 47,64 2 = 1619,76cm =16,2m