Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ và những ứngdụng của nó trong công nghiệp nói chung và trong công nghiệp điện tử nói riêng. Nhữngthiết bị điện tử công suất lớn đã ra đời và đang trở nên thông dụng, cần thiết đối với cuộcsống vì vậy việc nắm bắt, am hiểu rõ về thiết bị này đối với các kỹ sư điện là bắt buộc.Sự ra đời, phát triển nhanh chóng và ngày càng hoàn thiện của các linh kiện điện tử, bándẫn công suất lớn như Diode, Thyristor, Triac, Tranzitor và đặc biệt là vi xử lý đã tạo ramột bước đột phá mới làm thay đổi một cách sâu sắc, toàn diện cũng như thúc đẩy mạnhmẽ sự phát triển các thiết bị, hệ thống thiết bị điện điện tử, các hệ thống điều khiển…Đối với sinh viên khoa điện nói chung và đặc biệt là sinh viên ngành tự động hóacủa chúng em thì việc nắm vững lý thuyết môn học Điện Tử Công Suất và biết cách ứngdụng chúng vào thực tế là điều rất quan trọng. Hiện nay hàn điện là một công nghệ đượcsử dụng rộng rãi trong công nghiệp, trong xây dựng và trong công nghiệp chế tạo máy.ở học kỳ này em được giao cho đồ án môn học có đề tài là: “Thiết kế bộ chỉnh lưu cấpnguồn cho máy hàn hồ quang một chiều”Được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong bộ môn và đặc biệt làsự hướng dẫn trực tiếp của cô Nguyễn Thị Điệp, em đã hoàn thành đồ án đúng thời gianquy định.Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong việc tìm hiểu cũng thiết kế đồ án nhưng do trìnhđộ còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến củacác thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT Tên đề tài: THIẾT KẾ BỘ CHỈNH LƯU CẤP NGUỒN HÀN HỒ QUANG MỘT CHIỀU Giảng viên hướng dẫn : Ts Nguyễn Thị Điệp Sinh viên thực : Trần Trung Hiếu Mã sinh viên : 18810430180 Lớp : D13 TDH&DKTBCN2 Hà Nội, năm 2021 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ tên sinh viên: Trần Trung Hiếu Mã số sinh viên: 18810430180 Lớp: D13 TDH&DKTBCN2 Chuyên ngành: Tự động hóa điều khiển thiết bị điện cơng nghiệp Tên đề tài đồ án: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều Các số liệu liệu ban đầu: Thông số yêu cầu: Điện áp khơng tải Ud0 = 100V; Dịng hàn trung bình Id = 300A, theo đặc tính nguồn dịng Độ xác ổn định dịng điện hàn ΔId = 10% điện áp hồ quang dao động khoảng 20 ÷ 60V Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: ………… ………………… Hà Nội, ngày Sinh viên thực tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn TRẦN TRUNG HIẾU SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU I LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, 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 thơng dụng, cần thiết sống việc nắm bắt, am hiểu rõ thiết bị kỹ sư điện bắt 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 lý tạo bước đột phá làm thay đổi cách sâu sắc, toàn diện thúc đẩy 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 lý thuyết môn học Điện Tử Công Suất 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 giao cho đồ án môn học có đề tài là: “Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn cho máy hàn hồ quang chiều” Được hướng dẫn, bảo tận tình thầy cô môn đặc biệt hướng dẫn trực tiếp cô Nguyễn Thị Điệp, em hoàn thành đồ án thời gian quy định Mặc dù cố gắng nhiều việc tìm hiểu thiết kế đồ án trình độ cịn hạn chế nên đồ án tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU II LỜI CẢM ƠN Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn Cơ cung cấp cho chúng em tài liệu đề tài giúp chúng em dễ dàng trình thực đề tài Trong q trình làm đề tài chúng em tận tình gặp khó khăn để hồn thành đề tài Chúng em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa tận tình dạy dỗ chúng em năm học vừa qua giúp chúng em có đủ kiến thức để làm đề tài SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU III MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH v Chương Giới thiệu chung 1.1 Giới thiệu chung nguồn hàn hồ quang chiều 1.1.1 Khái niệm chung hàn điện .1 1.1.2 Nguồn điện cho hàn hồ quang 1.1.3 Yêu cầu nguồn hàn hồ quang 1.1.4 Ứng dụng hàn hồ quang 1.2 Giới thiệu chung chỉnh lưu 1.2.1 Khái niệm, cấu trúc, phân loại mạch chỉnh lưu 1.2.2 Giới thiệu chung van thyristor 1.2.3 Tính chọn sơ sơ đồ chỉnh lưu 11 1.2.4 Phân tích sơ đồ chỉnh lưu chọn 12 Chương Thiết kế mạch lực 15 2.1 Thiết kế sơ đồ mạch lực 15 2.2 Tính chọn van mạch lực 16 2.3 Tính chọn phần tử bảo vệ 18 2.4 Tính tốn cuộn kháng san phẳng 20 Chương Tính tốn thiết kế mạch điều khiển .24 3.1 Nhiệm vụ mạch điều khiển 24 3.2 Cấu trúc mạch điều khiển 25 3.3 Lựa chọn tính tốn khâu mạch điều khiển 27 3.3.1 Khâu đồng pha 27 3.3.2 Khâu tạo điện áp tựa 29 3.3.3 Khâu so sánh .32 3.3.4 Khâu tách xung 32 3.3.5 Khâu tạo dạng xung chùm 35 3.3.6 Khuếch đại xung biến áp xung 37 Chương Mô kiểm chứng mạch thiết kế PSIM 40 4.1 Giới thiệu phần mềm mô điện tử công suất PSIM 40 4.2 Mô mạch lực mạch điều khiển 40 4.2.1 Thiết lập sơ đồ mô 40 4.2.2 Đồ thị kết 41 Kết luận phương hướng phát triển 44 Tài liệu tham khảo 45 SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU IV DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Các đặc tính nguồn điện hàn Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc mạch chỉnh lưu Hình 1.3 a) Cấu trúc bán dẫn; b) Kí hiệu .6 Hình 1.4 Đặc tính vơn-ampe thyristor .7 Hình 1.5 Hiệu ứng 𝑑𝑈/𝑑𝑡 tác dụng dòng điều khiển 10 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý mạch cầu pha điều khiển 12 Hình 1.7 Góc điều khiển dạng xung mở van 13 Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực 15 Hình 2.2 Bộ bảo vệ áp cho van 20 Hình 2.3 Bộ lọc L (lọc điện cảm) 21 Hình 3.1 Nguyên tắc điều khiển thắng đứng tuyến tính .24 Hình 3.2 Cấu trúc tổng quát mạch điều khiển 25 Hình 3.3 Sơ đồ mạch 27 Hình 3.4 Đồ thị điện áp Khâu đồng 28 Hình 3.5 Sơ đồ mạch tạo điện áp cưa 30 Hình 3.6 Đồ thị dạng điện áp khâu tạo điện áp cưa 31 Hình 3.7 Sơ đồ mạch khâu so sánh 33 Hình 3.8 Đồ thị điện áp khâu so sánh 33 Hình 3.11 Sơ đồ mạch khâu tạo xung 36 Hình 3.12 Đồ thị điện áp khâu tạo xung chùm 36 Hình 3.13 Sơ đồ mạch khâu khuếch đại xung .37 Hình 3.14 Đồ thị điện áp khâu khuếch đại xung 38 Hình 4.1 Giao diện phần mềm PSIM 39 Hình 4.2 Đồ thị điện áp khâu ứng với góc α=28° 41 Hình 4.3 Đồ thị dạng điện áp tải ứng với góc α=28° 41 Hình 4.4 Đồ thị điện áp khâu ứng với góc α=54° 42 Hình 4.5 Đồ thị dạng điện áp tải ứng với góc α=54° 42 Hình 4.8 Đồ thị dạng xung mở van 43 SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU V Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung nguồn hàn hồ quang chiều 1.1.1 Khái niệm chung hàn điện Hàn phương pháp công nghệ nối chi tiết máy kim loại phi kim loại với cách nung nóng chỗ nối đến trạng thái hàn (chảy dẻo) Sau kim loại lỏng hóa rắn kim loại dẻo thơng qua có lực ép, chỗ nối tạo thành mối liên kết bền vững gọi mối hàn Cụ thể hàn điện phương pháp sử dụng điện biến thành nhiệt cung cấp cho q trình nung nóng Ví dụ: hàn hồ quang, hàn tiếp xúc… 1.1.2 Nguồn điện cho hàn hồ quang Để có mối hàn đẹp, chắn chắn, chất lượng cao, yếu tố vật liệu hàn, tay nghề thợ hàn, vị trí mối hàn, nguồn điện hàn đóng vai trị vơ quan trọng Trong phần xem xét dạng nguồn điện cho hàn hồ quang, đánh giá ưu nhược điểm chúng cuối dựa vào đặc điểm hàn hồ quang để đưa u cầu cho nguồn điện hàn Đó tảng cho việc thiết kế sau Hiện có ba dạng nguồn điện dùng cho hàn hồ quang, là: a Các biến áp hàn Trước đây, máy biến áp hàn sử dụng phổ biến hàn hồ quang xoay chiều Khác với máy biến áp điện lực thông thường, biến áp hàn vừa máy biến áp vừa trở kháng điều chỉnh để tăng cường độ ổn định cho hồ quang Tuy nhiên, dòng điện hàn dịng xoay chiều nên chất lượng hàn hồ quang khơng cao, mối hàn thường xuất lỗ khí Vì vậy, phương pháp sử dụng máy biến áp hàn thích hợp cho nơi khơng có u cầu q cao chất lượng mối hàn b Các máy phát điện hàn chiều Loại nguồn điện dùng cho hàn hồ quang chiều Nó gồm động không đồng ba pha máy phát hàn chiều Trong thiết bị này, lượng điện xoay chiều động không đồng ba pha biến thành làm quay máy phát hàn chiều Máy phát hàn chiều phát dòng điện chiều sử SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều dụng cho q trình hàn Có thể thấy hiệu suất thiết bị khơng cao lượng bị chuyển hóa nhiều lần gây nên tổn hao lớn bình thường, Hơn thiết bị lại cồng kềnh, đắt tiền, ngày người ta không sử dụng loại thiết bị c Các chỉnh lưu hàn Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn, lưu hàn dần trở thành nguồn điện chủ đạo công nghệ hàn điện Các chỉnh lưu hàn có nhiều ưu điểm trội đơn giản, gọn nhẹ, dễ chế tạo, giá thành hạ, chất lượng điện áp dòng điện cao,… dễ thay toàn biến áp hàn máy phát hàn tương lai không xa Các chỉnh lưu hàn gồm biến áp, van chỉnh lưu, lọc mạch điều khiển máy biến áp thường dùng máy biến áp nhiều pha lưới điện phân phối cách cân Van chỉnh lưu Thyristor công suất 1.1.3 Yêu cầu nguồn hàn hồ quang Nguồn điện cung cấp cho hàn hồ quang xoay chiều chiều Trong nguồn hàn hồ quang chiều có hai loại là: - 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 đây: - Chỉ tiêu lượng cao - Khơng có phần quay - Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bảo dưỡng sửa chữa thấp Tuy nhiên chúng có yêu cầu chung sau: Điện áp không tải đủ lớn để mồi mối hồ quang Khi nguồn hàn chiều điện cực là: + Kim loại: U o (30 40)V + Điện cực than: U o (45 55)V Khi nguồn hàn xoay chiều: U o (50 60)V SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều Đảm bảo an toàn lúc làm việc chế độ làm việc chế độ ngắn mạch làm việc Bội số dòng điện ngắn mạch không lớn 𝜆𝐼 = 𝐼𝑛𝑚 = 1,2 ÷ 1,4 𝐼𝑑𝑚 Trong đó: 𝜆𝐼 – bội số dịng điện ngắn mạch 𝐼𝑛𝑚 – dòng điện ngắn mạch [A] 𝐼𝑑𝑚 – dòng điện hàn định mức [A] Nguồn hàn phải có cơng suất lớn Nguồn hàn phải có khả điều chỉnh dịng hàn: ta biết dòng hàn điện phụ thuộc vào đường kính que hàn Dịng điện hàn tính theo biểu thức sau: 𝐼ℎ = (40 ÷ 60)𝑑 Trong đó: 𝐼ℎ – dịng điện hàn [A] 𝑑 – đường kính que hàn [mm] Đường đặc tính ngồi hay cịn gọi đặc tính Vơn- Ampe (hình 1.1) nguồn hàn phải đáp ứng theo loại phương pháp hàn Đặc tính dốc Đặc tính thoải Đặc tính cứng Đặc tính tăng Hình 1.1 Các đặc tính nguồn điện hàn SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều 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 1.1.4 Ứng dụng hàn hồ quang Ngày phát triển khoa học cơng nghệ hàn hồ quang trở nên phổ biến ứng dụng nhiều ngành công nghiệp đại như: đóng tàu, xây dựng, khí …Ngồi qua hàn hồ quang ứng dụng nhiều hoạt động lao động sản xuất người Do thiết bị hàn thiết kế đơn giản linh hoạt nên hàn hồ quang phương pháp hàn phổ biến giới có ứng dụng rộng rãi đời sống sản xuất, kể như: - Phù hợp để hàn vật hàn có độ dày tương đối nhỏ trung bình với nhiều tư khác không gian Chiếm nhiều ưu so với phương pháp hàn khác ngành công nghiệp sửa chữa phục hồi Hàn hồ quang sử dụng rộng rãi xây dựng kết cấu thép, chế tạo công nghiệp Thường dùng để hàn thép carbon, thép hợp kim cao thấp, số thép không gỉ, gang dẻo gang xám (ít dùng hàn với kim loại màu như: niken, đồng, nhôm hợp kim chúng) Nhìn chung, tính linh hoạt, đơn giản vốn có máy hàn hồ quang tay mà người thợ hàn sử dụng thiết bị động xây dựng, khí giúp cho thiết bị máy hàn hồ quang điện tin dùng rộng rãi 1.2 Giới thiệu chung chỉnh lưu 1.2.1 Khái niệm, cấu trúc, phân loại mạch chỉnh lưu a Khái niệm Chỉnh lưu trình biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện chiều cách sử dụng phần tử bán dẫn công suất b Cấu trúc SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều Điện trở R7 thường có giá trị xấp xỉ R6 Tính tốn chọn linh kiện: Chọn Transistor : Dòng qua Transistor Ic = 1.5 mA Chọn Transistor loại BC107 có Icmax = 100mA, Ucmax =45V ; β= 110 Chọn tụ C = 220 nF; Tính R3; theo (3.10) với thời gian tạo cưa tn = 9,4 ms, 𝑈𝑅𝐶𝑚𝑎𝑥 = 5𝑉 ta có: R6 = 𝑈𝑏ℎ 𝐶𝑈𝑅𝐶𝑚𝑎𝑥 tn = 12−1,5 220.10−9 9,4.10-3 = 22.5 kΩ Vậy chọn điện trở R6 = 25kΩ Điện trở R4 cần đảm bảo mở bão hịa bóng thời gian ngắn cho tụ C xả hết lượng, thời gian (T/2 – tn) = 10ms – 9,4ms = 0,6ms, nên chọn đơn giản R4 ≈ R3; chọn R7 = 15kΩ Bảng 3.2 Các linh kiện khâu đồng pha TT Các phần tử TRANSISTOR BC107 Tụ Điện trở OP_AMP2 TL084 Điện trở SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU Thông số 45V ; 100mA Số lượng C= 220 nF 25 kΩ 3 Vcc= ± 12V, t=-25 ÷ 850 C P=680 mW, Rin=106 M Ω, Ira=30pA 15 kΩ 31 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều 3.3.3.Khâu so sánh Hiện nay, cần so sánh hai điện áp người ta thường hay sử dụng mạch khuếch đại thuật tốn Đó mạch so với cổng, hai cổng… Trong đồ án ta sử dụng mạch so sánh hai cổng hình 3.7 Nhiệm vụ: So sánh điện áp tựa (dạng cưa hình 3.7) điện áp điều khiển để định thời điểm phát xung điều khiển Khi hai điện áp (Utua=Udk) tiến hành phát xung điều khiển vào để mở van Nguyên lý hoạt động: Trong kiểu hai điện áp cần so sánh đưa tới hai cực khác OA Điện áp tuân theo quy luật: Ura = K0.u = K0 (u+-u-), K0 hệ số khuếch đại OA Tùy vào điện áp tựa điện áp điều khiển đưa vào cửa mà điện áp xuất sườn xung âm dương thời điểm cân giá trị chúng (u tựa = u đk) Hình 3.7 Sơ đồ mạch khâu so sánh Ở ta đưa điện áp điều khiển vào cửa (-), điện áp tựa đưa vào cửa (+), nên u+ urăng cưa u- u đặt điện áp tuân theo quy luật: Ura = K0 (u+ - u-) = K0.(u cưa – u đặt) Do Uđặt > Urăng cưa Ura = -Ubh (Mức thấp); Uđặt làm UOA= +Ubh, diơt khóa dẫn tới Utx1> cịn Utx2< Ở chu kì âm Udp 0.Sau Utx1 đưa đến khâu tạo xung cho van làm việc nửa chu kì dương (Thyristor 1,3 5) Utx2 tạo xung cho van làm việc chu kì âm ( Thyristor 4,6 2) Hình 3.10 Đồ thị điện áp Khâu tách xung Chọn linh kiện : Diot D1, D2,D3 ta chọn loại diot chỉnh lưu 1N4002: Ungmax =100 (V), I= 1(A) Chọn R11= R12=1kΩ SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 34 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều Bảng 3.3 Các linh kiện khâu tách xung TT Các phần tử Diode Điện trở OP_AMP TL084 Thông số Ungmax =100 (V), I= 1(A) 1kΩ Vcc= ± 12V , t=-25 ÷ 850 C Số lượng P=680 mW, Rin=106 M Ω, Ira=30pA 3.3.5.Khâu tạo dạng xung chùm Mạch tạo xung chùm có mạch tạo dao động sử dụng IC logic Sơ đồ mạch dạng đồ thị điện áp thể hình 3.9 3.10 Nhiệm vụ: Khâu tạo dạng xung tạo dạng xung phù hợp để đảm bảo chắn cho việc mở van Cụ thể tạo xung chùm (nhiệm vụ chủ yếu thiết kế dao động tính tốn mạch Logic) Nguyên lý hoạt động: Dạng xung chùm dạng thông dụng cho phép mở tốt van lực trường hợp Xung chùm thực chất chùm xung có tần số cao gấp nhiều lần lưới điện (fxc = ÷12 kHz) Độ rộng chùm xung hạn chế khoảng (100 ÷ 130) độ điện, ngun tắc phải kết thúc điện áp van lực mà điều khiển đổi dấu sang âm Nguyên tắc Khâu tạo xung chùm lấy tín hiệu Khâu so sánh Khâu tách xung phép không cho phép Khâu khuếch đại nhận xung tần số cao từ dao động xung (Udd) tới Ở xét trường hợp tạo xung chùm có độ rộng phụ thuộc vào góc điều khiển α Do tín hiệu Khâu so sánh Khâu tách xung nối vào logic AND nên Uss Utx “mức cao” xung từ dao động xung qua mạch AND đến Khâu khuếch đại xung được.Bản thân “ mức cao” Uss phụ thuộc vào góc nên động rộng xung chùm 180α SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 35 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều Hình 3.11 Sơ đồ mạch khâu tạo xung Hình 3.12 Đồ thị điện áp khâu tạo xung chùm Chọn tần số dao động 10 kHz, chu kỳ tương ứng là: 1 𝑓 10.103 𝑇= = = 0,1 10−3 (𝑠) = 100 (μs) (3.11) Chọn tụ C = 10nF Dùng IC logic CD4584 để thực dao động Ta có chu kỳ dao động: T=1,4 R9.C1 Ta suy ra: 𝑅8 = 𝑇 0,4.𝐶1 SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU = 100.10−6 1,4 10.10−9 = 10000 (Ω) (3.12) 36 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều Ta chọn 𝑅8 = 10 (kΩ) Bảng 3.4 Các linh kiện khâu tạo xung TT Các phần tử Thông số Số lượng Điện trở 10 kΩ Tụ điện 10 nF 3 IC logic IC có mạch đảo dạng schmitt 3.3.6.Khuếch đại xung biến áp xung Nhiệm vụ: Nhiệm vụ khâu cách ly mạch điều khiển mạch lực (hình 3.10) đồng thời tăng cơng suất xung khâu tạo dạng xung hình thành đến mức đủ mạnh để van lực Đa số Thyristor mở chắn xung điều khiển có Ugk = (5÷10V) IG= (0,3÷1A) thời gian cỡ 100ms Nguyên lý hoạt động: Hai Transistor T2 T3 đấu Darlington có nhiệm vụ khuếch đại dịng điện lên nhiều lần R10 làm nhiệm vụ tiêu tán lượng tích lũy cuộn dây Biến áp xung giai đoạn khóa Transistor.Nhưng R10 làm giảm điện áp đặt vào Biến áp xung nên đưa thêm tụ C2, lúc giai đoạn T2 khóa tụ nạp đến trị số nguồn SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 37 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều Hình 3.13 Sơ đồ mạch Khâu khuếch đại xung Lấy điện áp điều khiển Ug =7V, dòng điều khiển Ig= 0,4A Tính tốn chọn link kiện: Chọn biến áp xung tỉ số k=2, tham số điện áp dòng điện sơ cấp cần đạt là: U1 > Ug.k = 7.2 = 14V I1 > Ig/k = 0.4/ 2= 0.2A Nguồn E phải có giá trị lớn U1 để bù sụt áp điện trở R10 chọn E=18V Chọn Transistor dùng cho T2 C828 Transistor loại NPN làm vật liệu bán dẫn Silic Chọn Transistor dùng cho T3 H1061 Transistor loại NPN làm vật liệu bán dẫn Silic Chọn R10 = 15Ω, sụt áp R10 là: UR10=I1.R10= 0,2.15 =3V => U1= E - UR10= 18 - 3= 15V >14V nên đạt yêu cầu Tần số xung chùm khâu 10kHz => Txc=10−4 s =>Khoảng thời gian nghỉ xung tn = Txc/2 = 10−5 s Giá trị tụ điện: SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 38 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều C= tn R10 = 5.10−5 15 = 1,1µF Chọn tụ C2= µF Chọn R9= 1kΩ Các Diode mạch chọn loại 1N4009 Hình 3.14 Đồ thị điện áp sau khuếch đại xung Bảng 3.5 Các linh kiện khâu khuếch đại xung TT Các phần tử Diode 1N4009 Điện trở Tụ điện Transistor C282 Transistor H1061 NPN; UEC=35V; IEC= 2V; β = 120 Điện trở SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU Thông số Số lượng U=25 (V), I= 10m(A) 15Ω 12 µF NPN; UEC= 35V; IEC= 35V; β = 120 1k Ω 6 39 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều CHƯƠNG : MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG MẠCH THIẾT KẾ TRÊN PSIM 4.1.Giới thiệu phần mềm mô điện tử công suất PSIM Phần mềm sử dụng để mô phần mềm PSIM (hình 4.1) PSIM phần mềm mô thiết kế đặc biệt để mô mạch điện tử công suất, hệ truyền động điện Thư viện PSIM phong phú đa dạng với khả mô nhanh, giao diện thân thiện, dễ sử dụng phân tích dạng sóng tốt, PSIM cơng cụ mơ mạnh mẽ cho việc phân tích biến đổi điện tử cơng suất, thiết kế vịng điều khiển kín, nghiên cứu hệ thống truyền động điện 4.2 Mơ mạch lực mạch điều khiển Hình 4.1 Giao diện phần mềm PSIM 4.2.1.Thiết lập sơ đồ mô Sơ đồ mạch điều khiển khổ giấy A3 SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 40 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều 4.2.2.Đồ thị kết a Ứng với tải định mức, góc α=28° => Udat= 0,78V thể hình 4.2 Hình 4.2 Đồ thị khâu ứng với α=28° Hình 4.3 Đồ thị dịng điện điện áp tải ứng với α=28° Nhận xét: Nhìn vào đồ thị điện áp dịng điện tải hình 4.3 nhận thấy kết mô đáp ứng với yêu cầu đề với thông số điện áp dịng điện tải trung bình Simview Ud = 94,9 (V) Id= 286,4 (A) sai số khoảng 10% thỏa mãn với thông số đề tài cho SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 41 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều b Ứng với trường hợp Ud = 60V(Rd=0,2 Ω), để ổn định dòng Idm = 300A góc α=54°; Udat= 1,5 V thể hình 4.4 hình 4.5 Hình 4 Đồ thị điện áp khâu ứng với góc α=54° Hình Đồ thị điện áp dòng điện tải ứng với góc α=54° Nhận xét: Nhìn vào đồ thị điện áp dịng điện tải hình 4.5 nhận thấy kết mô đáp ứng với yêu cầu đề với thông số điện áp dịng điện tải trung bình Simview Ud = 64,3 (V) Id = 319,6 (A) sai số khoảng 10% thỏa mãn với thông số đề tài cho SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 42 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều c Đồ thị van thể hình Hình Đồ dạng dạng xung mở van Nhận xét: xung điều phát theo thứ tự Th1 đến Th6 cách 60 điện; cịn nhóm xung phát cách 120o, mô kiểm chứng với lý thuyết đồ thị làm việc chỉnh lưu cầu pha o SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 43 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau gần tháng tìm tịi nghiên cứu đề tài “Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều”, em đúc kết số kết sau: Hiểu tổng quan hàn điện: khái niệm hàn, nguồn hàn cho hàn hồ quang, yêu cầu nguồn hàn hồ quang Nắm phần chỉnh lưu: - Biết khái niệm, cấu trúc chỉnh lưu - Nhận biết số dạng sơ đồ chỉnh lưu - Hiểu đặc tính; mở, khóa; thơng số thyristor Thiết kế tính tốn sơ phần mạch lực Về phần mạch điều khiển, hiểu thiết kế cho phù hợp với đề tài van chọn Tiếp cận với phần mềm mô PSIM sử dụng thành thạo để mơ q trình thiết kế Từ mô thực hiện, điều khiển dòng diện tải dựa vào việc tăng giảm góc mở α Phương hướng phát triển Trong phạm vi đồ án thực điều khiển vịng hở, hồn tồn khơng có tín hiệu phả hồi mà có tín hiệu đặt, khâu tạo điện áp điều khiển không phức tạp Phương hướng phát triển thiết kế thực hệ thống điều khiển vịng kín có tín hiệu phản hồi mức độ phức tạp hơn, tùy theo lượng tín hiệu phản hồi luật xử lý chúng với điện áp đặt Có thể kể đến tự động điều chỉnh điển hình như: điều chỉnh kiểu tỉ lệ P, PI, PID SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 44 Đề tài: Thiết kế chỉnh lưu cấp nguồn hàn hồ quang chiều TÀI LIỆU THAM KHẢO 1, Phân tích giải mạch điện tử cơng suất: Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 1997 2, Điện tử công suất lý thuyết, thiết kế, ứng dụng: Lê Văn Doanh Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 3, Điện tử cơng suất: Nguyễn Bính Nhà xuất Giáo dục, 2000 SVTH : TRẦN TRUNG HIẾU 45