Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy hàn inverter một chiều điều khiển kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160A

Bộ Công thơng Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M số: 239.08RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy hànInverter một chiều điều khiển Kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A Cơ quan chủ quản: Bộ Công thơng Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn văn thống 7100 16/2/2009 Hà Nội, 2 2009 1 Bộ Công thơng Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Viện Công nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M số: 239.08.rd/HĐ-KHCN Tên đề tài: nghiên cứu thiết kế chế tạo máy hàn Inverter một chiều điều khiển kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A Hà Nội, 2 2009 Cơ quan chủ trì Viện Công nghệ 2 Nh÷ng ng−êi thùc hiÖn 1. KS. NguyÔn V¨n Thèng. ViÖn C«ng nghÖ 2. KS. TrÇn Thanh TuyÒn ViÖn C«ng nghÖ 3. KS. Lª Sü Lan ViÖn C«ng nghÖ 4. KTV. NguyÔn ViÖt Hµ ViÖn C«ng NghÖ 5. KTV. Tr−¬ng V¨n Thoa ViÖn C«ng NghÖ 1 Mục lục Lời mở đầu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. Khái quát về máy hàn Inverter một chiều điều khiển kĩ thuật số. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.01. Máy hàn Inverter. 1.02. ứng dụng kĩ thuật số vào điều khiển máy hàn. . . . . . . 8 1.03. Sự phát triển của máy hàn Inverter. . . . . . . . . . . 10 2. Thiết kế máy hàn Inverter một chiều điều khiển kĩ thuật số đạt dòng hàn 160 A. . . . . . . . . . . . . 11 2.01. Sơ đồ mạch điện chung - sơ đồ khối. 2.02. Bộ nguồn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.03. Bộ nắn dòng và bộ lọc đầu vào. 2.04. Bộ công suất cao tần. . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.05. Biến áp fe-rit công suất. 2.06. Bộ nắn cao tần và bộ lọc đầu ra. 2.07. Bộ tạo xung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.08. Điều khiển kỹ thuật số. . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.09. Mạch xử lí tín hiệu đo. . . . . . . . . . . . . . . . 30 2.10. Màn hình hiển thị . 2.11. Phần bảo vệ nhiệt. . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.12. Phần giao tiếp máy tính. 2.13. Mạch in. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.14. Phần vỏ máy và khung gá linh kiện. 3. Khảo nghiệm máy hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . 33 3.01. Máy hàn Inverter đợc thiết kế, chế tạo. 3.02. Hớng dẫn sử dụng máy hàn Inverter một chiều điều khiển kĩ thuật số, đạt dòng hàn 160 A. . . . . . . . . . . . 34 3.03. Các thông số cơ bản của máy hàn. . . . . . . . . . . 38 4. Kết luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5. Phụ lục. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.01. ảnh máy hàn và bố trí bên trong máy hàn. 5.02. Các bản vẽ chính. . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 5.03. Đánh giá máy hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.03. Biên bản nghiệm thu sản phẩm đề tài. . . . . . . . . . 48 Tài liệu tham khảo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2 Lời mở đầu Máy hàn đợc sản xuất theo công nghệ truyền thống thờng có trọng lợng lớn, có thể đến vài trăm cân. Phần nặng nhất trong các máy hàn loại này là biến áp hàn, nó chiếm khoảng 2/ 3 trọng lợng máy. Máy hàn to nặng vừa gây tốn kém vật liệu khi chế tạo vừa gây khó khăn cho việc vận chuyển, di chuyển trong lu thông phân phối và trong trong sản xuất. Trong rất nhiều trờng hợp công việc hàn phải di chuyển từ nơi này sang nơi khác thờng xuyên, hay phải đa lên các tầng cao, vì vậy có đợc thiết bị hàn mạnh mà lại gọn, nhẹ là ớc muốn của nhiều nhà sản xuất máy hàn và thợ hàn. Trong những năm gần đây, trên thế giới xuất hiện loại máy hàn mới đợc gọi là máy hàn Inverter. Cùng cho một cờng độ dòng điện hàn nh máy hàn thông thờng thì trọng lợng của máy Inverter có thể nhẹ hơn đến cả chục lần. Máy hàn Inverter là sản phẩm của công nghệ cao. Các bộ phận của máy Inverter từ biến áp hàn đến nhiều linh kiện điện tử, mạch điện đều là sản phẩm của công nghệ cao. Công nghệ Inverter trong chế tạo máy hàn hoạt động trên nguyên lí nâng tần số của dòng điện bình thờng ( 50 hoặc 60 Hz ) lên tần số hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn Hz. Dòng điện tần số cao này đợc đa đến đầu vào của biến áp hàn. Nhờ làm việc với tần số cao nên biến áp này có kích thớc và trọng lợng nhỏ, có thể nhỏ hơn biến áp thông thờng đến vài chục lần. Việc thiết kế mạch điện tần số cao này đòi hỏi nhà thiết kế phải có kinh nghiệm, tính toán chính xác và phải qua nhiều bớc thử nghiệm để cho ra đời một mạch điện làm việc ổn định. Sự ứng dụng công nghệ số vào các thiết bị công nghiệp giúp cho các thiết bị này làm việc chính xác hơn, hiệu quả cao hơn, dễ điều khiển hơn. Theo xu thế chung của thời đại nhiều máy hàn Inverter cũng đã đợc số hoá. Máy hàn Inverter của nhiều n ớc đợc nhập vào nớc ta, đợc sử dụng rộng rãi và đợc a chuộng. Một số công ty của nớc ta cũng công bố đã sản xuất đợc máy hàn Inverter, nhng thực tế cha thấy bán trên thị trờng. Nhóm thực hiện đề tài mong muốn qua đề tài: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy hàn Inverter một chiều điều khiển kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A đóng góp đợc một số kinh nghiệm về việc chế tạo loại máy hàn mới này. 3 1. Khái quát về máy hàn Inverter một chiều điều khiển kĩ thuật số. 1.01. Máy hàn Inverter . Máy hàn đợc chế tạo theo phơng pháp thông thờng nói chung có trọng lợng lớn. Phần nặng nhất của máy hàn là biến áp hàn, biến áp hàn chiếm khoảng 2/ 3 trọng lợng máy. Để hàn đợc dòng điện càng lớn với chu kỳ tải cao ( 100 % ) thì biến áp càng phải lớn. Biến áp càng lớn thì càng nặng, biến áp lớn và nặng làm cho các bộ phận liên quan nh đồ gá, vỏ, thân máy cũng phải to hơn dày hơn nên làm cho máy hàn nặng thêm. Việc chế tạo máy hàn to, nặng tiêu tốn nhiều vật t nh: sắt thép để làm vỏ và đồ gá, tôn silic để làm lõi biến áp, đây đồng để quấn biến áp, mà các vật t này có giá ngày càng tăng. Do máy hàn cồng kềnh và nặng nên việc chuyên chở chúng trong lu thông phân phối cũng tốn kém vì mỗi lần chỉ vận chuyển đợc số lợng ít mà giá xăng dầu ngày càng tăng. Trong sản xuất, công việc hàn nhiều khi phải di chuyển từ nơi này sang nơi khác hoặc chuyển từ tầng cao này sang tầng cao khác, lúc này máy hàn nặng làm cho ngời thợ rất vất vả. Trong máy hàn bộ phận chuyển đổi năng lợng từ điện lới thành dòng điện phù hợp cho công việc hàn là biến áp. Công thức chung đợc dùng trong thiết kế biến áp là: P th = W.A.F.B max [ 10 ] Trong đó: - P th là năng lợng mà biến áp có thể chuyển tải. - W là thông số vòng dây quấn. - A là thông số lõi biến áp. - F là tần số làm việc. - B max là mật độ từ thông bão hoà của lõi. Qua công thức trên ta nhận thấy rằng: năng lợng đợc chuyển tải qua biến áp tỉ lệ thuận với tần số làm việc, mật độ từ thông bão hoà và thông số kích thớc lõi, dây quấn. Trong đấy F.B max đợc coi là hệ số hiệu suất của biến áp; khi tăng tần số làm việc ( F ) hoặc tăng mật độ từ thông bão hoà ( B max ), hoặc cả hai thì khả năng chuyển tải của biến áp tăng lên. Còn nếu nh ta giữ nguyên khả năng chuyển tải của biến áp thì lúc này ta có thể giảm thông số vòng dây quấn ( W ) và thông số lõi biến áp ( A ), có nghĩa là giảm bớt vòng dây quấn và thu nhỏ lõi biến áp, cũng có nghĩa là kích thớc của biến áp đợc thu lại nhỏ hơn. Tuy nhiên đầu vào của biến áp thông thờng là điện lới có tần số 50 Hz, nên biến áp cũng hoạt động với tần số 50 Hz. Lõi biến áp thờng đợc làm bằng tôn si- lic nên mật độ từ thông bão hoà của nó bị hạn chế ở giới hạn nhất định ít đợc cải thiện. Vì vậy biến áp đợc chế tạo theo phơng pháp truyền thống từ lâu đã không thể thu nhỏ kích thớc hơn đợc nữa. 4 Nh vậy để có đợc loại biến áp mới có kích thớc nhỏ ta phải nâng đợc tần số dòng điện đầu vào của biến áp lên, đồng thời tìm ra loại vật liệu mới có thể làm ra lõi biến áp có đợc mật độ từ thông bão hoà cao. Công nghệ Inverter áp dụng vào việc chế tạo máy hàn giúp giải quyết việc nâng tần số dòng điện cho đầu vào của biến áp lên hàng trăm, hàng chục nghìn Hz, thậm chí đến cả trăm nghìn Hz. Trong bài Inverter Technology trên trang Web của công ty Damien và bài Compact Frequency Inverters trên trang Web của công ty T. J. Snow cho ta biết công nghệ Inverter đợc áp dụng vào việc chế tạo máy hàn nh thế nào. Qua sơ đồ nguyên lí máy hàn Inverter ( hình 1 ) ta thấy đầu vào của máy hàn vẫn là điện lới bình thờng có thể có điện áp 220 V hoặc 380 V xoay chiều, với tần số 50 Hz. Dòng điện xoay chiều này đợc bộ nắn dòng biến đổi thành dòng 1 chiều. Dòng 1 chiều này là đầu vào của bộ Inverter, thực chất bộ Inverter là một cơ cấu gồm 1 cụm đóng ngắt nhanh kết hợp với một biến áp. Cụm đóng ngắt nhanh đợc mô tả cho dễ hiểu bằng 2 cặp tiếp điểm S 1 và S 2 . Hai cặp tiếp điểm này hoạt động liên hoàn với nhau: khi cặp tiếp điểm S 1 đóng thì cặp S 2 mở và ngợc lại. Sự đóng ngắt liên hoàn này biến dòng điện 1 chiều trớc đây, sau khi qua đấy trở thành dòng xoay chiều, nhng dòng xoay chiều này có tần số khác với dòng xoay chiều của đầu vào máy hàn. Tốc độ đóng ngắt của 2 cặp tiếp điểm tạo nên tần số cho dòng điện xoay chiều mới, tốc độ đóng ngắt càng cao thì tần số dòng điện càng cao. Dòng điện xoay chiều mới này là đầu vào của biến áp. Đầu ra của biến áp vẫn là dòng xoay chiều có tần số tơng tự nh đầu vào với điện áp thấp hơn. Dòng điện xoay chiều tần số cao, điện áp thấp này đợc nắn dòng trở thành dòng 1 chiều phục vụ cho công việc hàn. dc 80V s 1 s 1 s 2 s 2 ac 220V Hình 1. Sơ đồ nguyên lí máy hàn Inverter. [...]... máy bằng cách xách tay 32 3 Khảo nghiệm máy hàn 3.01 Máy hàn Inverter đợc thiết kế, chế tạo Máy hàn đợc chế tạo theo thiết kế riêng của nhóm đề tài, dựa vào các nghiên cứu trên lí thuyết cũng nh khảo sát các máy hàn Inverter đang đợc sử dụng ở nớc ta Máy đợc chế tạo dùng để thực hiện công nghệ hàn que Dòng hàn đợc thiết kế theo chế độ hàn liên tục ( chu kì tải 100 % ) là 160 A, trong khi các loại máy. .. nhẹ hơn 10 2 Thiết kế máy hàn Inverter một chiều điều khiển kĩ thuật số, đạt dòng hàn 160 A 2.01 Sơ đồ mạch điện chung - sơ đồ khối Dựa vào sơ đồ nguyên lí chung của máy hàn Inveter ( hình 1 ), qua tham khảo các máy hàn có ở nớc ta kết hợp với các tính toán về các giải pháp kỹ thuật thích hợp để tạo ra đợc dòng điện hàn một chiều ổn định nhất, nhóm đề tài đã lập ra sơ đồ khối cho máy hàn của đề tài... xoay chiều tần số cao ở đầu ra của biến áp fe-rit thành dòng 1 chiều để hàn Ta biết rằng máy hàn 1 chiều rất tốt trong công nghệ hàn que, hàn MIG, MAG và cả trong hàn TIG Nhng để có thể hàn nhôm bằng công nghệ hàn TIG thì dòng một chiều không phù hợp mà phải là dòng xoay chiều Vì công nghệ hàn TIG rất tốt cho việc hàn nhôm và do những đặc tính tốt của máy hàn Inverter nên ngời ta đã tiếp tục nghiên cứu. .. chất lợng máy hàn Inverter có sự tiến bộ rất nhiều nên ít có hỏng hóc, vì vậy các cơ sở sản xuất của ta cũng bắt đầu a chuộng các chủng loại máy hàn Inverter Máy hàn que Inverter nói chung còn ít đợc áp dụng kỹ thuật số, cũng nhờ thế mà kết cấu máy nhỏ gọn hơn, nhng phần nào hạn chế đến sự điều khiển, khống chế dòng hàn Vỏ máy hàn loại nhỏ đợc chuyển từ vỏ thép thành vỏ nhựa nên góp phần làm cho máy nhẹ... nghiên cứu để có thể sử dụng vào việc hàn nhôm Gần đây ngời ta đã cho ra đời máy hàn TIG Inverter xoay chiều để có thể hàn nhôm Đây là một bớc tiến lớn trong kĩ thuật chế tạo máy hàn, điều này cũng nói lên công nghệ Inverter có ý nghĩa to lớn thế nào đối với kỹ thuật hàn Theo thống kê thì trong 5 năm gần đây số lợng máy hàn Inverter đợc chế tạo ở các nớc tiên tiến hàng năm tăng lên khoảng 30% ở nớc ta... nh hàn các đờng ống chịu áp lực lớn, các nồi hơi áp lực Các công trình quan trọng nh nhà máy điện, nhà máy hoá dầu, nhà máy đóng tàu cũng a chuộng máy hàn Inverter Công nghệ Inverter còn đợc phát triển trong lĩnh vực chế tạo các máy hàn khác ngoài hàn que nh: hàn MIG, MAG Inverter, hàn TIG Inverter, hàn điểm Inverter Do đặc tính của tần số cao không hàn trực tiếp đợc, nên các máy hàn đều phải nắn dòng. .. áp xung T1, T2 nội trở < 0,2 cho phép truyền tải xung dòng rất cao, đầu ra đợc lọc nhiễu bởi R47, R48 và hạn dòng bởi R46 tuyệt đối an toàn cho IGBT 2.08 Điều khiển kỹ thuật số Trung tâm của phần điều khiển kỹ thuật số là con chip vi điều khiển và phần mềm của con chip này 2.08.01 Chức năng thiết kế của các chân vi điều khiển Số tt chân thiết kế Số tt chân trên chip 1 2 3 4 5 37 38 39 40 36 Chân vào... 100 % ) là 160 A, trong khi các loại máy hàn que nói chung thờng đợc thiết kế với chế độ làm việc 40 60 %, nh vậy nếu theo chế độ làm việc thông thờng này, máy hàn đợc thiết kế có thể hàn với dòng lớn hơn 160 Am-pe đến 1,3 lần, tức là có thể hàn với que hàn lớn hơn so với yêu cầu Máy hàn sau khi đợc chế tạo và hiệu chỉnh đã đợc khảo nghiệm ở Trung Tâm Đào Tạo Viện Công Nghệ và Công ty TNHH Cơ khí... cài đặt và 4 chế độ hiển thị sự cảnh báo - Chế độ hiển thị dòng hàn đặt: Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ nhấp nháy và cho phép thay đổi bằng các phím (+) hoặc (-) trong khoảng từ 000 đến 255 Hình 6 Màn hình dòng hàn đặt - Chế độ nhiển thị dòng hàn thực: Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này, nếu dòng hàn đo đợc > 0 thì máy tự động hiển thị dòng hàn thực Tại chế độ này 3... tính năng của máy mà không cần thay đổi các linh kiện, nhờ thế việc cải tiến tính năng các thiết bị sau này tơng đối đơn giản, ít tốn kém 9 1.03 Sự phát triển của máy hàn Inverter Ngoài tính chất nhỏ, nhẹ dễ di chuyển, máy hàn Inverter còn dễ tạo nên mối hàn chất lợng cao, tiết kiệm năng lợng vì vậy ngày nay máy hàn Inverter đợc sử dụng nhiều để hàn thép cac-bon, thép hợp kim, hàn các mối hàn đòi hỏi . muốn qua đề tài: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy hàn Inverter một chiều điều khiển kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A đóng góp đợc một số kinh nghiệm về việc chế tạo loại máy hàn mới này Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M số: 239.08.rd/HĐ-KHCN Tên đề tài: nghiên cứu thiết kế chế tạo máy hàn Inverter một chiều điều khiển kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A . nghệ Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN M số: 239.08RD/HĐ-KHCN Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy hànInverter một chiều điều khiển Kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A