Báo cáo đồ án môn học điện tử công suất đề tài thiết kế nguồn hàn hồ quang điện một chiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: Thiết kế nguồn hàn hồ quang điện chiều Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Bắc Nam Ninh - 20810410040 Lớp: D15TDH&DKTBCN1 Hà Nội, 2023 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN 1.1 Khái niệm hàn phương pháp hàn 1.2 Ưu nhược điểm ứng dụng công nghệ hàn 1.3 Giới thiệu chung công nghệ hàn hồ quang 1.4 Nguồn điện cho hàn hồ quang II VAN ĐIỀU KHIỂN THYRISTOR 2.1 Cấu tạo, ký hiệu Thyristor 2.2 Đặc tính Volt-Ampere thyristor 2.3 Mở, khóa thyristor 2.4 Các thông số thyristor III LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 3.1 Sơ đồ cấu trúc nguồn hàn hồ quang điện chiều 3.2 Đánh giá ưu nhược điểm sơ đồ lựa chọn phương án thiết kế CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MẠCH LỰC I Sơ đồ mạch lực tổng quát II Tính tốn thơng số mạch lực 2.1 Tính chọn van động lực 2.2 Tính tốn máy biến áp lực III.Tính chọn thiết bị bảo vệ 3.1 Bảo vệ nhiệt 3.2 Bảo vệ dòng 3.3 Bảo vệ q áp IV Tính tốn cuộn kháng san phẳng 4.1 Khái qt lọc 4.2 Tính tốn trị số điện cảm lọc CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I Yêu cầu chung mạch điều khiển II Cấu trúc mạch điều khiển 2.1 Khâu đồng pha 3.2 Khâu tạo điện áp cưa 3.3 Khâu tạo điện áp điều khiển 3.4 Khâu so sánh 3.5 Khâu tạo xung chùm 3.6 Khâu khuếch đại biến áp xung III Đồ thị IV Nguyên tắc hoạt động mạch điều khiển CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG Điện áp sau biến áp đồng pha có điểm nối đất Điện áp sau khâu so sánh tạo xung vuông Điện áp sau khâu tạo điện áp cưa Điện áp sau khâu so sánh Udk Ur Điện áp sau khâu tạo xung chùm Điện áp sau cổng AND KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI NÓI ĐẦU Năm 1802, viện sĩ Nga V.V.Petrop phát minh hồ quang điện thức đánh dấu lịch sử phát triển công nghệ hàn hồ quang Trong số nghành cơng nghiệp đại cơng nghiệp đóng tàu, chế tạo máy cơng nghệ hàn hồ quang chiếm vị trí quan trọng Nó ngày thể nhiều ưu điểm trội so với cơng nghệ khác suất cao, dễ khí hố, tự động hố Việc thiết kế nguồn điện cho hàn hồ quang chiều nhiệm vụ đặt cho kỹ sư muốn sử dụng công nghệ Trong đồ án "Thiết kế nguồn hàn hồ quang điện chiều " em xin phép trình bày cách thiết kế nguồn điện cho hàn hồ quang Trong thời gian vừa qua em ln cố gắng tìm tịi, học hỏi để đồ án đạt xác hiệu Tuy nhiên trình độ thân cịn có hạn, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên đồ án em chắn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận bảo từ phía thầy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN Trong chương tìm hiểu cơng nghệ hàn kim loại, đặc biệt sâu tìm hiểu cơng nghệ hàn hồ quang để làm sở cho việc thiết kế nguồn hàn I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN 1.1 Khái niệm hàn phương pháp hàn 1.1.1 Khái niệm hàn Hàn trình kết nối hai vật kim loại với cách dùng áp lực cách nung nóng chỗ nối đến nóng chảy Sau nối xong khơng thể tách rời kim loại 1.1.2 Các phương pháp hàn Có hai phương pháp hàn hàn áp lực hàn nóng chảy: a Phương pháp hàn áp lực hay phương pháp hàn biến dạng dẻo Khi hàn biến dạng dẻo phần mối hàn vị trí tiếp xúc bị co ngoại lực tác dụng lên Ở phần kim loại ép đồng thời lớp oxit bề mặt kim loại bị phá huỷ tạo khả cho bề mặt tiếp xúc đồng hơn, nguyên tử dịch lại gần khiến cho liên kết kim loại vững Đa số trường hợp hàn áp lực kim loại trạng thái rắn Khi hàn áp lực người ta khơng nung nóng sơ có nung nóng Do tính kim loại thay đổi khơng đáng kể Ví dụ : hàn nguội hàn siêu âm, hàn nổ Ngoài hàn cịn có nung nóng trước Nung nóng trước làm cho kim loại giảm tính chống biến dạng tăng tính linh động nguyên tử lúc bề mặt tiếp xúc tạo thành hệ thống mạng tinh thể chung b Phương pháp hàn nóng chảy Khi hàn nóng chảy kim loại que hàn vật hàn bị nóng chảy tạo thành vùng hàn không cần tác dụng ngoại lực vào mối hàn, hàn nóng chảy dễ làm cho nguyên tử vật chất lại gần đến khoảng cách liên kết kim loại tạo thành lưới mạng tinh thể chung Khi nguội vùng hàn kết tinh tạo thành mối hàn làm cho chi tiết trở thành thể thống Nguồn nhiệt để sử dụng hàn hồ quang nóng chảy phải có nhiệt độ lớn 2000 độ C.Tuỳ theo tính chất nguồn nhiệt mà người ta chia hàn nóng chảy số phương pháp sau: + Hàn hồ quang + Hàn đúc + Hàn xỉ điện Trong số hàn hồ quang sử dụng phổ biến 1.2 Ưu nhược điểm ứng dụng công nghệ hàn 1.2.1 Ưu điểm So với cơng nghệ đúc, tán hàn có nhiều ưu điểm trội : - Năng suất cao, thiết bị đơn giản, dễ sử dụng, giá thành hạ loại Tiết kiệm kim loại : So với tán rivê hàn tiết kiệm 15-20% kim So với đúc hàn giảm 40-60% khối lượng vật Dễ khí hố, tự động hố nên tiết kiệm thời gian, sức lao động cho chất lượng sản phẩm cao 1.2.2 Nhược điểm Hàn có ứng suất nên làm cho kim loại bị biến dạng, có lỗ khí (ở cơng nghệ hàn xoay chiều ), tạp chất, tổ chức nội kim loại thay đổi làm giảm tính chất lý hố kim loại 1.2.3 Ứng dụng Ngày nay, hàn trở thành công nghệ thiếu nghành cơng nghiệp đóng tàu, chế tạo máy cơng cụ, cần trục Ngoài lĩnh vực xây dựng hàn đóng vai trị đáng kể 1.3 Giới thiệu chung công nghệ hàn hồ quang Từ công nghệ hàn đưa vào ứng dụng cơng nghiệp, đến có nhiều phương pháp hàn khác Tuy nhiên, phổ biến có ứng dụng rộng rãi công nghệ hàn hồ quang điện Dưới đây, tìm hiểu kỹ công nghệ 1.3.1 Các khái niệm chung Hổ quang : phóng điện qua mơi trường khơng khí hai điện cực đồng thời phát sinh ánh sáng nhiệt lượng cao Một điện cực que hàn (nóng chảy hay khơng nóng chảy ) điện cực vật hàn Hàn hồ quang : công nghệ dùng nhiệt lượng hổ quang nung nóng chỗ hàn đến nóng chảy, làm cho kim loại vật hàn kim loại nóng bổ xung chảy vào chỗ hàn để hai vật hàn Kỹ thuật hàn hồ quang : bao gồm mồi hồ quang, trì hồ quang ngắn ổn định, thực chuyển động điện cực hàn theo yêu cầu với tốc độ hành trình hồ quang xác Hồ quang mổi cách gõ đầu điện cực bề mặt ghép Điện cực giữ với góc thích hợp theo bề mặt mối ghép vị trí hàn Ở cuối đường hàn, hồ quang trì Recommandé pour toi Suite du document cidessous A Handbook OF Present-DAY English 27 Lingua Inglese (Lingua E Fonologia)(A) 100% (9) CH - The Pronunciation of English - A Handbook of Present-Day English 29 Lingua Inglese 100% (7) A handbook of present-day english 10 Lingua Inglese 100% (7) Prokaryote vs Eukaryote Worksheeet Intro to Speech 89% (28) khoảng thời gian ngắn để bù cho vết lõm cuối đường hàn, sau phải lấy điện cực nhanh dẫn tắt hồ quang 1.3.2 Sự hình thành hồ quang Sơ đồ mơ hình hàn mơ tả hình vẽ sau : Hình 1.1: Sơ đồ mơ hình hàn Trong : - vật hàn que hàn Khi hàn ta đầu âm vào que hàn, đầu dương vào vật hàn Cho que hàn chạm vào vật hàn khoảng 1/10s, sau đưa que hàn lên độ cao 3– 4mm Do tác dụng điện trở que hàn vật hàn nên vị trí đầu rút que hàn chỗ vật hàn tiếp xúc với que hàn bị nung nóng Khi nhấc que hàn khỏi vật hàn, que hàn bắn điện tử Các điện tử bắn xuống nhanh, đập vào vật hàn biến động thành nhiệt làm cho vật hàn bị chảy tỏa hai bên Ngược lại, môi trường vật hàn que hàn chịu tác dụng điện trường nên bị ion hoá Các ion lên nhanh, biển động thành nhiệt làm cho que hàn nóng chảy nhỏ giọt xuống khe hàn bù vào chỗ lõm hình thành lên hàn 1.3.3 Phân loại Hàn hồ quang phân loại thành dạng sau : Hình 1.2: Sơ đồ phân loại hàn hồ quang Hàn hồ quang tự động thích hợp cho nơi cần hàn đẹp chất lượng cao, tốc độ nhanh Hàn hồ quang tay dùng nơi sản xuất nhỏ nơi khó đặt que hàn cho hẳn tự động (ví dụ mối hàn trần ) 1.4 Nguồn điện cho hàn hồ quang Để có mối hàn đẹp, 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 hổ quang, đánh giá ưu nhược điểm chúng cuối dựa vào đặc điểm hàn hồ quang để đưa yêu cầu cho nguồn điện hàn Đó tảng cho việc thiết kế sau 1.4.1 Các dạng nguồn điện hàn a Các biến áp hàn Trước máy biến áp hàn dùng 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 dòng xoay chiều nên chất lượng mối hàn không cao hàn thường xuất lỗ khí Vì phương pháp sử dụng máy biến áp hàn thích hợp cho nơi khơng có u cầu q cao chất lượng mối hẳn b Các máy phát điện hàn chiều Loại nguồn điện dùng cho hàn hồ quang chiều Nó gồm động khơng đồng ba pha máy phát hàn chiều Trong thiết bị lượng điện xoay chiều động không đồng ba pha biến thành làm quay máy phát hàn chiều Máy phát hàn chiều phát dòng điện chiếu sử dụng cho q trình hàn Có thể thấy hiệu suất thiết bị không cao lượng bị chuyển hố nhiều lần gây nên tổn hao lớn bình thường Hơn nữa, thiết bị lại cổng kéng, đắt tiền ngày người ta không sử dụng loại thiết bị c Các chỉnh lưu hàn Ngày với phát triển mạnh mẽ công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn, chỉnh lưu hàn dần trở thành nguồn điện chủ đạo cho 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 thay toàn biến áp hàn máy phát hàn tương lai khơng xa Các 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 tải cách cân Van chỉnh lưu Thyristor diode công suất 1.4.2 Các dạng đặc tính ngồi nguồn điẹn hàn Đặc tính ngồi đường biểu diễn quan hệ điện áp hai đầu đưa máy với dòng điện tải Hình 1.3: Các dạng đặc tính dịng-áp nguồn điện Hình vẽ biểu diễn dạng đặc tính dịng-áp nguồn điện Có bốn dạng đặc tính - Đặc tính 1: Đặc tính dốc có máy hàn hồ quang tay Đây đường đặc tính hay dùng cơng nghệ hàn - Đặc tính 2: Đặc tính thoải có máy hàn hồ quang tự động