Thiết kế nguồn hàn 1 chiều dùng chỉnh lưu

Thiết kế nguồn hàn 1 chiều dùng chỉnh lưu

Trờng 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 đợc 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 u điểm hơn tất cả và đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu của các nhà sản xuất . Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện đã xuất hiện và đợc 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 phơng pháp nâng cao chất lợng 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 lu 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 đợc giao và rút ra những vấn đề cần thiết về hàn điện với các phơng pháp sử dụng hợp lí và kinh tế . Nội dung của đồ án đợc trình bày theo sáu chơng : - Chơng I : Giới thiệu chung về hàn điện . - Chơng II : Tính chọn phơng án . - Chơng III : Tính toán thiết kế mạch lực . - Chơng IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển . - Chơng V : Thi công lắp ráp mạch điều khiển . - Chơng 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. Nhng 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 hớng 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 đợc chân thành cảm ơn. SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -1- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thiên Huy . Chơng I: giới thiệu chung về hàn đIện I. Một số vấn đề về hàn đIện : Trong tất cả các phơng pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phơng pháp hàn điện có nhiều u việt hơn tất cả. Chính vì vậy mà ngày nay nó đợc 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. Phơng pháp hàn điện có những u điểm nổi bật sau : + Khả năng ghép nối các chi tiết cao với chất lợng mối hàn tốt . + Chi phí sản xuất hạ , cho năng suất lao động cao . + ít tiêu hao nguyên vật liệu . SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -2- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp + Bảo vệ môi trờng vệ sinh công nghiệp . + Công nghệ đơn giản, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao. I.1. Phân loại các phơng pháp hàn điện : Có thể phân loại các phơng pháp hàn điện theo sơ đồ tổng quát sau: Hình I-1 : Phân loại các phơng 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 trng quan trọng của chế độ này là hệ số tiếp điện . Hệ số tiếp điện TĐ% của nguồn hàn hồ quang đợc 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 đợc 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 phơng pháp hàn sử dụng hiện tợng hồ quang điện. Hàn hồ quang đợc dùng với các phơng pháp hàn bằng tay, hàn tự động hoặc bán tự động . SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -3- Hàn điện Hàn hồ quang Hàn tiếp xúc Hàn tay Hàn tự động Hàn đ ờng Hàn điểm Hàn nối D ới lớp trợ dung Trong ga bảo vệ Một điểm hai mặt Hai mặt một điểm Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp 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 nhng phải đáp ứng đợc các yêu cầu sau : * Điện áp không tải phải đủ lớn để mồi đợc hồ quang : +Đối với nguồn hàn một chiều : Khi cực từ là kim loại yêu cầu : U omin =(30ữ40) v Khi cực từ là than yêu cầu : U omin =(40ữ50) v. +Đối với nguồn xoay chiều yêu cầu : U omin =(50ữ60) 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 =(1,2ữ1,4)I đm . * Nguồn hàn phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho máy hàn. * Phải đảm bảo điều chỉnh đợc dòng hàn vì dòng hàn phụ thuộc vào đờng kính que hàn. Dòng hàn đợc tính theo công thức sau : I h =(40ữ60)d. Trong đó: I h : Dòng điện hàn: tính bằng (A). d : Đờng kính que hàn : tính bằng (mm). * Đờng đặc tính vôn_ampe của nguồn hàn phải phù hợp với từng phơng pháp hàn: +Đối với phơng pháp hàn hồ quang bằng tay thì đờng đặc tính ngoài yêu cầu phải dốc (mềm) :đờng 1 +Đối với phơng pháp hàn hồ quang tự động thì đờng đặc tính ngoài yêu cầu phải cứng : đờng 2 SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -4- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp (2) I đm 2 I đm 3 (1) (3) h I h I đm 1 o O U 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 đờng hàn . Đờng đậc tính nguồn hàn nh sau: h I h o U I đm 3 (3) I mồi hq 20 30 40 50 60 70 Hình I- 3 : Đờng đặc tính nguồn hàn . Có hai loại nguồn hàn hồ quang : nguồn hàn hồ quang xoay chiều và nguồn hàn hồ quang một chiều. SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -5- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp II.2.1. Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều: Khi hàn bằng điện xoay chiều ngời ta thờng sử dụng biến áp hàn vì : +Dễ chế tạo, giá thành hạ . +Có thể tạo ra đợc dòng điện hàn lớn khoảng : 500ữ2000 A. Biến áp hàn thờng có hai kiểu : II.2.1.a> Biến áp hàn (BAH) có cuộn kháng ngoài : Thờng là máy biến áp hạ áp một pha, ở mạch thứ cấp có mắc nối tiếp một cuộn phản kháng : a W 1 W 2 W ck Hình I-4: Sơ đồ nguyên lí MBAH có cuộn kháng ngoài Cuộn kháng mắc nối tiếp với mạch thứ cấp của BAH có nhiệm vụ hạ thấp điện thế của BAH đến một trị số cần thiết để phát sinh hồ quang. Khi ngắn mạch ở mạch hàn cuộn kháng thu lấy điện thế thứ cấp của BAH để giảm dòng ngắn mạch xuống. II.2.1.b > Máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp : Máy biến áp hàn có cuộn kháng liên hệ trực tiếp với mạch từ chính: Sơ đồ nguyên lí : SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -6- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp a W2 W1 Hình I-5: Sơ đồ nguyên lí MBAH kiểu hỗn hợp. Với cả hai phơng 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 ngợc 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 đờng đặc tính nh 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 đợc 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 . SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -7- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp +Dùng bộ chỉnh lu 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 đợcyêu cầu là phải tạo ra họ đặc tính ngoài dốc cho phơng pháp hàn bằng tay và mềm cho hàn tự động. có thể sự dụng các loại máy phát hàn một chiều sau: 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 uộn kích từ độc lập. w 2 : Cuộn khử từ nối tiếp . +Cách 1 : Thay đổi số vòng dây của cuộn W 2 bằng chuyển mạch CM. Đây là ph- ơng 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 phơng pháp điều chỉnh tinh dòng điện sẽ thay đổi tuyến tính liên tục : (Hình : I-7b) SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -8- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp w w i 0 0 u i i i i u u u i i i < < Hình :1-7a Hình :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 HìnhI-7 : Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn một chiều. 9a.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: Cuộn kích từ. w2: Cuộn khử từ . Hình vẽ : I-8 Phơng pháp điều chỉnh và họ đặc tính ngoài tơng tự nh 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 đợc cả dòng kích từ trong cuộn kích từ chính W 1 và cuộn phụ W 2 . Tạo ra đờng đặc tính ngoài dốc. Sơ đồ nguyên lí : SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -9- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp F W1 W2 VR A C Z - + a.4> Nhận xét : Mặc dù có một số u điểm nhng khi sử dụng máy phát hàn một chiều để hàn hồ quang thờng gặp những khó khăn sau : + Quá trình điều chỉnh khá phức tạp .Đối với những máy có công suất lớn đôi khi phải sủ dụng những động cơ riêng để khởi động và điều chỉnh. +Gây tiếng ồn lớn khi làm việc , không an toàn khi vận hành . +kích thớc kồng kềnh , cần bảo dỡng 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 đợc 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 lu. II.2.2.b.> Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lu : *Cấu tạo : gồm hai bộ phận chính : Máy biến áp hàn và bộ chỉnh lu. +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 lu : có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lu một pha hoặc ba pha ; đối xứng hoặc không đối xứng .Ta thờng sử dụng các sơ đồ chỉnh lu 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. II. hàn hồ quang tự động . Quá trình hàn gồm có các công việc : +Đốt cháy hồ quang . SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46 -10- [...]... sơ cấp: a12=1cm *Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : = 2,5 + 15 ,1 + 10 = 27,6mm *Chu vi trung bình cuộn thứ cấp : Ctb1 = 2.[(8,5 + 2.2,76 + 1, 75 ) + (11 ,3 +2.2,76 +1, 75)] =68,68 cm *Chiều dài dây quấn cuộn thứ cấp: l1 = W1 Ctb1 = 15 8 68,68 = 10 851cm = 10 9 m +Khoảng cách cách điện ngoài cùng của các cuộn dây của các pha là : a22 = 1, 5 cm *chiều rộng cửa sổ : c = (2,76 + 1, 75 ).2 + 1, 5 = 10 ,5 cm (3)... Gg2 = 1 x (L2 x a x b) x Fe x 10 -3 =29,5 8,5 10 ,8 7,65 10 -3=20,7 Kg *Trọng lợng khối lá thép 3 : Gg3= 2x(L3x a x b) x Fe x 10 -3 = 2 19 ,85 8,5 10 ,8.7,65 10 -3=26,7 Kg *Trọng dây quấn cuộn sơ cấp : Gd1 = 3 x (l1 x 0,2 x 0, 71) x Cu x 10 -3 = 3 ( 10 900 0,2 0, 71 ) 8,9 10 -3 = 41, 3 Kg * Trọng lợng dây quấn cuộn thứ cấp : Gd1 = 3 x (l2 x 0, 315 x 2,05) x Cu x 10 -3 = 3 ( 16 20 0, 315 2,05 ) 8,9 10 -3 =... dính kết giữa hai tấm kim loại Có ba cách hàn tiếp xúc điển hình : + Hàn điểm : để hàn các tấm kim loại mỏng + Hàn nối : để hàn ống hoặc thanh + Hàn đờng : để hàn các thùng chứa Yêu cầu đối với nguồn hàn : Phải có máy biến áp đặc biệt với : +Nguồn sơ cấp : 380 v ; 50 Hz ; S= (25 ữ50)KVA +Thứ cấp : (1, 8ữ36 )v +Dòng hàn : Ih 10 10 3 A + Phạm vi điều chỉnh dòng hàn rộng : D =10 1 Có hai cách điều chỉnh. .. từ 1, 01 đến 1, 05 II.3 b.) Điện áp ngắn mạch : *Thành phần ngắn mạch tác dụng : Unr = n % = 10 .S 11 01, 8 % = 3 ,15 % 10 .35 *Thành phần ngắn mạch phản kháng : Unx = 7,9 f S t a R K R 10 3 % 2 UV Trong đó : +St :Dung lợng trên một trụ St= Sba = 35/3 (KVA) +KR : Hệ số Ragowski : KR = 0,93 0,98 Ta chọn KR = 0,95 + = 1, 35 +aR : Chiều rộng qui đổi từ trờng tản : aR= a12 + Bd 1 + Bd 2 3 =10 + Thay số : 15 ,1. .. khe hở không khí : = 10 .400 .1, 1 Wck I ck K ' = =0,7 cm = 7mm 4 0,8.0,7 .10 4 0,8.BT 10 trong đó hệ số K =1, 1 ữ 1, 2 xét đến từ thông rò khe hở không khí (Ta chọn K = 1, 1) tđh1_k46 SVTH: Nguyễn Thiên Huy -33- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp Chơng III: tính toán thiết kế điều khiển Trên đây chúng ta mới thiết kế mạch lực cho máy hàn hồ quang một chiều dùng bộ chỉnh lu Để điều khiển... pha cuộn sơ cấp : W1 = U 1 380 = = 15 8 vòng U v 2,4 *Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp : S1 = I 1 33.5 = = 13 ,4mm 2 J 2,5 Chọn dây quấn sơ cấp : 2 x 7 ,1 (cm) Kể cả cách điện : 2,5 x 7,6 (cm) *Số vòng dây một lớp cuộn sơ cấp : W 11 = 25 2 .1 0,95 =28 vòng 0,76 *Số lớp : n1 =15 8/28 =5,6 phải có 6 lớp :(5x28vòng)+(1x18vòng) *Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = 6.2,5 + 5.0,5 =17 ,5mm =1, 75cm tđh1_k46 SVTH: Nguyễn Thiên... 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 : Ctb2 = 2.[(8,5 + 2.0,25 + 1, 51 ) + (11 ,3 +2.0,25 +1, 51) ] =47,64 cm *Chiều dài dâyquấn cuộn thứ cấp: l2 = W2 Ctb2 2 = 17 47,64 2 = 16 19,76cm =16 ,2m (2) Dây quấn sơ cấp : *Số... = PCu1 + PCu2= 620 + 426 = 10 46 (W) tđh1_k46 SVTH: Nguyễn Thiên Huy -26- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp *Các tổn hao phụ : Theo công thức kinh nghiệm: 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 : Pn = PCu1 Kf1 + PCu2 Kf2 + Pt = 620 1, 05 + 426 1, 05 + 3,5 = 11 01, 8 (w) Trong đó : Kf1 = Kf2 = 1, 05 là... bộ chỉnh lu cũng có những hạn chế sau: +Chi phí đầu t ban đầu lớn +Đòi hỏi ngời sử dụng phải có một trình độ nhất định Hệ thống chỉnh lu đợc 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 phơng án dùng bộ chỉnh lu có thể dùng khi thiết kế nguồn hàn một chiều sau: +Dùng sơ đồ chỉnh. .. lớp cuộn thứ cấp : W 21 = h 2.ha 25 2 .1 k c = x 0,95 = 10 vòng b2 2,05 Trong đó : +ha=1cm: Cách điện với gông +b2 = 2,05cm: kích thớc dây +kc =0,95 : hệ số ép chặt *Số lớp : n2= W2 17 = = 1, 7 Ư W 21 10 cuộn thứ cấp có hai lớp : 10 vòng +7vòng tđh1_k46 SVTH: Nguyễn Thiên Huy -23- Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp *Bề dày cuộn thứ cấp : Bd2= 2.(2.3,65)+0,5 =15 ,1mm =1, 51cm +Cách điện giữa . Các nguồn hàn hồ quang một chiều : Nguồn hàn hồ quang một chiều đợc 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. :1- 7a Hình :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 HìnhI-7 : Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn một chiều. . ba phơng án dùng bộ chỉnh lu có thể dùng khi thiết kế nguồn hàn một chiều sau: +Dùng sơ đồ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển . +Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển không đối xứng . +Dùng sơ đồ