thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu cho máy hàn một chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA: ĐIỆN_ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề bài: Đề số 09: Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu cho máy hàn một chiều Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết kế bộ chỉnh lưu có điều khiển _U vào =380V _I đm =250V _U max =60V Giáo viên hướng dẫn: ĐOÀN VĂN TUÂN Sinh viên: NGUYỄN HỮU CHIẾN Hải phòng 10/2012 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MỘT CHIỀU. 1.1: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. 1.2:Định nghĩa hàn. 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. 1.3: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… 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 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. 2 I h A B C D h U 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 chổ vật hàn tiếp xúc với que hàn bị nung nóng. Khi nhấc que hàn lên khỏi vật hàn que hàn bắn ra điện tử, các điện tử bắn nhanh đập vào vật hàn biến động năng thành nhiệt năng dẫn đến vật hàn bị chảy. Môi trường giữa que hàn và vật hàn chịu tác dụng của điện trường bị ion hóa, các ion dười đi lên rất nhanh biến động năng thành nhiệt năng dẫn đến que hàn nóng chảy và nhỏ giọt xuống vật hàn. 1.4: 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 sữa chữa thấp. 3 Tuy nhiên chúng đều có những yêu cầu chung sau: - Điện áp không tải đủ lớn và lớn hơn áp khi có tải để mồi được hồ quang và hàn được dễ dàng: Nguồn hàn một chiều với 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 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 pháp hàn. 4 Đặc tính ngoài là đường biểu diễn quan hệ giữa áp trên hai đưa ra của máy với dòng tải. 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 hồ quang tự động phải có đường đặc tính ngoài cứng. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT. Có rất nhiều phương án lựa chọn để thiết kế bộ chỉnh lưu cho nguồn hàn 3 pha.ở đây ta xét các phương án sau: - Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển. 5 1 2 3 4 U I - Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng. - Chỉnh lưu cầu 3 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: . Công thức tính toán: - Điện áp chỉnh lưu nhận được ααθθ α α CosUCosUdSinUU dd 02 6 5 6 2 2 63 2 2 3 = Π = Π = ∫ + Π + Π 6 với 220 17,1 2 63 UUU d = Π = - Điện áp ngược đặt lên van: 22max 45,26 UUU ng == - Dòng điện tải trung bình: d d d R U I = - Dòng điện trung bình qua van: 3 d v I I = - Dòng điện thứ cấp máy biến áp : d d d I I dIdiI 58,0 3 2 1 2 1 6 5 6 2 6 5 6 2 22 == Π = Π = ∫∫ + Π + Π + Π + Π α α α α θθ - Công suất máy biến áp : d P IUIU S 35,1 2 33 2211 = + = 7 2.1.2: Chỉnh lưu cầu bap ha có điều khiển không đối xưng. . Sơ đồ và đồ thị: . Công thức tính toán. - Điện áp chỉnh lưu nhận được: 8 )1(17,1)1( 2 63 22 αα CosUCosUU d +=+ Π = - Điện áp ngược đặt lên van: 22max 45,26 UUU ng == - Dòng điện tải trung bình: d d d R U I = - Dòng điện trung bình qua van: 3 d v I I = - Dòng điện thứ cấp máy biến áp: d IidiI 816,0 3 2 2 3 6 5 2 2 2 2 6 2 22 = Π + Π = ∫∫ + Π Π Π + Π α α θ - Công suất máy biến áp: d P IUIU S 05,1 2 33 2211 = + = - Điện áp chỉnh lưu nhận được: )1(17,1)1( 2 63 22 αα CosUCosUU d +=+ Π = - Điện áp ngược đặt lên van: 22max 45,26 UUU ng == 9 - Dòng điện tải trung bình: d d d R U I = - Dòng điện trung bình qua van: 3 d v I I = - Dòng điện thứ cấp máy biến áp: d IidiI 816,0 3 2 2 3 6 5 2 2 2 2 6 2 22 = Π + Π = ∫∫ + Π Π Π + Π α α θ - Công suất máy biến áp : 2.1.3: Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển. . Sơ đồ và đồ thị: 10 [...]... nh nờn ta cho qua b khuch i c in ỏp thớch hp Tip theo in ỏp phn hi c a vo b cng (o) vi in ỏp m ta t cho ngun hn lm vic Sau ú in ỏp phn hi c a qua khõu pi loi b cỏc súng nhiu cú tn s cao lm cho mch tng tớnh n nh Chn in ỏp trờn in tr shunt URS = 2,5 v Ta cú: RS = 2,51747 = 0,0014 PRS = 1747 2.0,0014 = 4272 w Chn: RS = 0,0015 v PRS = 10 Kw 3.3.7:Khi ngun: 28 Tớnh toỏn bin ỏp Cụng sut cp cho cỏc khi... so vi bin ỏp ngun cp ( trỏnh gõy mt i xng cho ngun li) v ti khụng cú yờu cu quỏ cao v cht lng in ỏp mt chiu Loi ny cn cú bin ỏp ngun cú im trung tớnh a ra ti Cụng sut mỏy bin ỏp ln hn cụng sut mt chiu 1,35 ln nhng st ỏp trờn van nh nờn thớch hp vi phm vi in ỏp thp Vỡ s dng ngun 3 pha nờn cho 11 phộp nõng cụng sut ti lờn nhiu, p mch in ỏp sau chnh lu gim cho nờn gim kớch thc cun khỏng lc S cu 3... ln nht m van phi chu: u LV = k NV u 2 = 6 48,66 = 119,2 (v) U ng max = k dtU u LV =1,6 119,2 = 191 (v); (chn h s d tr kdtu = 1,6.) Dũng in lm vic ca van: itbvan = I d 3 = 250/3 =83 (A) Chn ch lm mỏt cho van l lm mỏt bng qut giú Chn h s d tr dũng in : KDTI = 2 Van phi chu c : iv = kdti ITBVAN = 2.83 = 166 (A) Chn van: - Tiristor: N520CH04GOO (trang 219 sỏch Tớnh toỏn v thit k thit b in t cụng sut... H ) = 1,27 (mH ) mdm w 3.2..50 Vy : in cm yờu cu ca cun khỏng lc : L = 1,27 (mH ) Dũng nh mc chy qua cun khỏng: Idm=250 (a) Biờn dũng xoay chiu bc 1: I1m=10%Idm=25 (a) Do dũng in cun khỏng ln v in tr bộ do ú ta cú th coi tng tr cun khỏng xp x in khỏng: zl xl = wL = 2 f.1,27.10-3 = 398,98.10-3 () 18 in ỏp ri trờn cun khỏng lc: U L = Z L I 1m 2 = 398,98.10-3 25 2 = 42,3(v) CHNG III:THIT K MCH IU KHIN... E2 3 2 ta cú: I p = VR + R VR2 + R4 = I = 1,9.10 4 = 63,15.10 ( ) p 2 4 Chn R4 = 20 k, VR2 = 50 k cú th iu chnh c 3.3.3: Khõu so sỏnh +E U 4 2 3 U đk - R 7 1 1 U rc 8 R 5 + 24 D 4 14 4 R 6 -E m bo cho dũng in i vo cỏc ca ca khuych i thut toỏn nh hn 1mA ta chn R5=R6=15 k 3.3.4: Khõu phỏt xung chựm: U 6 R 8 8 + E 2 R 1 1 - 1 + D 6 4 3 R 1 0 -E R 9 C 3 Tớnh toỏn: Chu k dao ng: T = 2 R8C3 ln 1 + 2... 2.10.10 ln 1 + 5 ữ R10 Chn tr s ca R8 l: 2,5 k cú sn xung dc ng ta nờn s dng loi OA cú tham s v tc tng ỏp ln (nh lf351) hoc dựng comparator (nh lm301, lm339), cỏc loi OA thụng dng nh lm324, àa741 cho xung khụng tht dc vi khu vc tn s trờn 10 (khz) 3.3.5: Khõu trn xung: Khõu trn xung s dng IC cỏc cng AND cú 3 u vo vi cỏc thụng s: ngun nuụi IC : VCC = 3ữ15 (v), ta chn: VCC = 12 (v) Nhit lm vic :... khụng Vỡ vy ta chn mch chnh lu cu ba pha cú iu khin l thớch hp nht 12 13 2.2:Thit k mch lc: 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 Sơ đồ mạch lực 2.3: Thit k mỏy bin ỏp 14 2.3.1: Cỏc thụng s c bn ca mỏy bin ỏp - in ỏp s cp: u1 =3 x 380 (V) - in ỏp pha th cp: Phng trỡnh cõn bng in ỏp khi cú ti: U d 0 = U d + U Trong ú : U = U... 5 1 4 1 4 R 1 2 3 2 8 1 4 D 8 T R F 2 T R 1 1 3 2 T R 2 1 R 1 3 Bin ỏp xung: Theo phn tớnh toỏn mch lc ta chn van thyristor N520CH04GOO Giỏ tr ny l giỏ tr dũng v ỏp th cp ca BAX Tham kho cỏc ti liu cho thy t s bin ỏp xung thng ỏp dng m=1ữ3 l tt nht õy ta chn m = 2 Vy giỏ tr dũng s cp ca BAX I1 = I 2 300 = = 150 (mA) m 2 Giỏ tr in ỏp s cp ca BAX: U1 = U 2 m = 2,5.2 = 5 (V ) 33 Cụng sut ca BAX: S . HÀNG HẢI KHOA: ĐIỆN_ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN THIẾT KẾ MÔN HỌC MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề bài: Đề số 09: Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu cho máy hàn một chiều Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế Thiết. sau: - Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển. 5 1 2 3 4 U I - Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng. - Chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển. 2.1: Các phương án thiết kế. 2.1.1: Chỉnh lưu ti. 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