Tìm hiểu một số thiết bị điện dân dụng mới và tính toán thiết kế một máy hàn điện công nghiệp và dân dụng

Phần mở đầu 1.Lí chọn đề tài Ngày nay, nhờ ứng dụng thành tựu kĩ thuật điện tử mà thiết bị gia dụng bước hồn thiện đại Các thiết bị khơng ngừng ứng dụng công nghệ ngày đại đáp ứng nhu cầu ngày cao người hệ thống điện chiếu sáng sử dụng số nguồn sáng mới, công nghệ tạo ôzôn, máy lọc nứơc, lị vi sóng nhiều thiết bị khác Những thiết bị đa dạng phong phú , để giúp người sử dụng thuận lợi việc sử dụng khai thác tốt dụng cụ bổ sung hiểu biết số thiết bị ngồi thiết bị chúng em tìm hiểu học phần thiết bị điện dân dụng với giúp đỡ thầy Hoàng Kim Hải em lựa chọn đề tài khố luận cho : “ Tìm hiểu số thiết bị điện dân dụng tính tốn thiết kế máy hàn điện cơng nghiệp dân dụng” Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tìm hiều cấu tạo, ngun lí hoạt động ứng dụng số thiết bị điện dân dụng , thiết kế mơ hình máy hàn nhằm đáp ứng nhu cầu học tầp sinh viên, trang bị sâu rộng kiến thức thực tế q trình dạy học Từ tạo hứng thú học tập để sinh viên tự nghiên cứu, mở rộng kiến thức thiết bị dân dụng đời sống hàng ngày Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu Tìm hiểu cấu tạo , ngun lí, đặc điểm, ứng dụng mốt số thiết bị điện dân dụng thiết kế mơ hình máy hàn điện - Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu số thiết bị điện dân dụng thực tế, thiết kế máy hàn 4.Nhiệm vụ nghiên cứu - Cấu tạo, nguyên lí, đặc điểm, ứng dụng số thiết bị điện dân dụng gia đình công nghiệp - Thiết kế máy hàn điện cụ thể Phương pháp nghiên cứu - Thu thập , tìm hiểu thơng tin cấu tạo, ngun lí làm việc số thiết bị điện dân dụng - Tính tốn thiết kế máy hàn điện Cấu trúc đề tài Ngoài phần mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo Nội dung khoá luận chia làm phần : Phần : Một số thiết bị điện dân dụng Phần : Thiết kế mơ hình máy hàn Phần Một số thiết bị điện dân dụng Các thiết bị điện sử dụng đời sống hàng ngày đa dạng, phong phú ngày đại, phần giới thiệu số thiết bị điện dân dụng : ổn áp, quạt, đèn chiếu sáng, máy lọc nước, máy hút ẩm số thiết bị khác Ổn áp Việc sử dụng máy tăng giảm điện để chạy thiết bị điện, điện tử có nhiều bất tiện phải điều chỉnh tay, tin cậy, khơng kịp thời dù biến áp có tự động cắt điện gây điện q áp Chính vậy, người ta thích dùng máy ổn áp Ổn áp thiết bị tự động ổn định điện áp đầu phạm vi rộng dù điện áp lưới điện xoay chiều đầu vào biến động Ổn áp xoay chiều thơng dụng có loại : ổn áp điện tử, ổn áp sắt từ ổn áp điện tử 1.1 Ổn áp điện tử 1.1.1 Giới thiệu chung Đây máy dùng phổ biến có phần điện tăng,giảm điện vô cấp.Cuộn dây điện từ kiểu tự ngẫu quấn vào lõi sắt “ silic” hình vành khăn Một động ‘servo’ quay trượt tiếp xúc vào lớp dây mài hết cách điện để thay đổi số vòng AX cho phù hợp với điện áp vào U1 nhằm giữ điện áp U2 ln ổn định Như hình vẽ sau: Hình 1-1 : Ngun lí biến áp tự ngẫu quay động Giả sử : - U1 tăng động quay thuận chiều kim đồng hồ đe tăng số vịng W1 - U1 giảm động quay ngược chiều kim đồng hồ giảm số vịng phía điện vào (AX) - Động đứng lại U2 đạt định mức - Phần điện tử điều chỉnh động servo hoạt động để U2 ổn định 220V nhờ mạch ‘trigơ’ dùng IC transitor 1.1.2 Nguyên lí làm việc 1.1.2.1 Nguyên lí làm việc ổn áp dùng transitor Hình1-2 : Sơ đồ ngun lí ổn áp điện tử dùng transitor Trên hình vẽ mạch ổn áp tự động có 12 transitor : transitor Q5-Q6 để khuếch đại tín hiệu dị áp; tầng ‘trigơ’ Q1-Q2 Q3-Q4 ; cuối tín hiệu vào tầng sau để đóng mở điện cho động servo 12V trạng thái: quay thuận, quay ngược ngừng lại, để ổn định điện áp U2 Các transitor Q9,Q10, Q11,Q12 dùng loại 2SC2383, lại 2SC945 Chiết áp : RV = 10K; R20 R21 10 Ω + Giả sử : điện áp nguồn tăng, dịng đưa vào Q5 tăng (UB mạch nên điện áp cực E tăng(UE ) dẫn ) UC giảm : Q1 tắt, Q2 dẫn làm cho UB Q7 tụt xuống mức thấp nên ngưng dẫn Áp cực E Q6 tăng cao, tắt UC cao nên : Q3 dẫn Q4 tắt; Q8 dẫn mạnh Q9 Q12 mở Điện áp chiều 12V sau nắn lọc (không vẽ sơ đồ) cấp vào động DC qua Q9 Q12 (A→ B) quay thuận chiều kim đồng hồ kéo trượt biến áp tự ngẫu cho tăng số vòng cuộn sơ cấp để giảm điện áp xuống mức quy định 220V + Nếu điện áp nguồn giảm, mạch tác động ngược lại Lúc UB vào Q5 giảm, nên áp cực E giảm UC tăng làm cho : Q1 dẫn mạnh, Q2 tắt Q7 dẫn Áp cực E Q6 giảm, dẫn mạnh nên Uc Q6 giảm : Q3 tắt Q4 dẫn nên UB Q8 tụt xuống thấp làm ngừng dẫn Q10 Q11 mở Động cấp điện 1chiều 12V qua Q10 Q11 (B → A) đảo chiều nên quay ngược chiều kim đồng hồ, kéo trượt biến áp tự ngẫu cho giảm số vòng cuộn W1 để tăng điện áp định mức quy định 220V + Khi điện áp ổn định, đạt định mức 220V điện áp RV khơng đủ làm Q1 dẫn khơng đủ làm Q3 bão hồ nên Q7và Q8 trạng thái khóa Động ĐC khơng cấp điện đứng vị trí định( chỉnh RV thay đổi U2 ± vài %) + Trường hợp điện áp nguồn cao thấp mức cho phép ổn áp trượt (nối với rôto) gạt vào công tắc K lắp 2giới hạn biên, nối mát chân B Q8, Q7 : động điện, ổn áp tự động cắt điện 1.1.2.2 Nguyên lí làm việc ổn áp có mạch điện tử dùng IC Sơ đồ ngun lí : Hình1.3 Sơ đồ ngun lí ổn áp điện tử lioa Các loại ổn áp điện tử ngày có mạch điện tử dùng IC thay cho linh kiện rời Trên mạch điện ổn áp điện tử hãng Lioa NL-1000NM có đến 3IC Trong IC1 ký hiệu HA17324 IC điều khiển; IC2 cầu cân để chạy động ĐC dùng ký hiệu IC BA6209, Q1 IC ổn áp DC 12V ; hai transitor T1 T2 ký hiệu 2SC945 định giới hạn (250V) giới hạn (150V) cho phạm vi điều chỉnh thay cho 2cơng tắc hành trình khí K1,K2 Ngun lí làm việc : Tương tự nguyên lí làm việc mạch điện tử dùng transitor 1.2 Ổn áp sắt từ - Loại ổn áp đơn giản, làm việc trạng thái bão hoà từ Cấu tạo thường có phần khác : phần giống biến áp thơng thường, cịn phần tính theo chế độ bão hồ từ Chúng ghép chung vào lõi chữ E khơng đối xứng(một nhánh có tiết diện lớn, cịn nhánh nhỏ để đạt bão hồ)cũng có tách thành 2-3lõi riêng biệt cho dễ bố trí điều chỉnh Sơ đồ nguyên lí ổn áp sắt từ có 3lõi : Hình 1-3 : Sơ đồ nguyên lí ổn áp sắt từ Lõi dẫn từ hình vành khăn, có quấn cuộn dây L3 kiểu biến áp tự ngẫu Tụ C chọn nối theo mạch cộng hưởng song song để giữ U thật ổn định Điện áp U2 bù trừ nhờ cuộn kháng L1 cuộn bù L2(lọc) - Hoạt động : Giả sử U vào tăng q 220V dịng điện I(có tính điện cảm) gây sụt áp tăng lên cuộn kháng L1, để giữ U2 mức 220V, dòng điện I giảm xuống nhờ tụ C (có tính điện dung) L2 bù lại phần sụt áp Chính điện áp U2 ln giữ ổn định - Nhận xét : Ổn áp cộng hưởng sắt từ phải làm việc chế độ bão hồ từ nên nóng, tổn hao điện nhiều, độ ổn định không ổn áp điện tử tác động nhanh, nhạy ổn áp điện tử, độ bền cao, công suất phù hợp với dụng cụ điện gia đình nên ưa chuộng 1.3 Ổn áp xoay chiều điện tử Ở nơi mà điện nguồn khơng ổn định, dao động từ UV=190V đến 250V tự lắp lấy ổn áp để có Ura=220V dùng cố định cho thiết bị Dựa vào phương pháp điều khiển khống chế xung- pha mạch tạo dao động dùng transitor biến áp xung B2 tạo xung đồng với số nguồn điện mạng(50-60Hz) Thysistor đóng vai trị phần tử điều chỉnh điện áp qua biến áp B1 10 5) Tính tốn mạch điều khiển Việc tính tốn mạch điều khiển tiến hành từ tầng khuếch đại ngược lên Các thông số tính mạch điều khiển : +) Điện áp điều khiển Thyristor : Ug = V +) Dòng điều khiển : Ig = 0,3 A +) Thời gian mở : tm = 80 s +) Độ rộng xung điều khiển : tx = 167 s +) Tần số xung điều khiển : fg = 3kHz 73 +) Điện áp nuôi mạch điều khiển : E = 12V 5.1) Tính biến áp xung - Chọn vật liệu làm lõi Ferit, lõi có hình xuyến, làm việc phần đặc tính từ hố : B = 0,3T ; ∆H = 30A/m ; khơng có khe hở khơng khí - Tỉ số biến áp xung : m = 3; chọn m=3 - Điện áp thứ cấp : U2 = = 3V - Điện áp cuộn sơ cấp : U1 = 3.3 = V - Dòng thứ cấp : I2 = = 0,3 A - Độ từ thẩm tương đối lõi sắt = = Trong : = 8.10-3 = 1,25.10-6 (H/m) : độ từ thẩm tương đối o Thể tích lõi thép cần dùng : = 2,505 cm2 V= → chọn mạch từ có kích thước V = cm2 Với thể tích ta có kích thước sau : a = mm b = mm D = 25 mm d = 15 mm c = 7,5 mm Q = 40 mm2 o Số vòng dây sơ cấp biến áp xung : 74 W1 = = = 125 vòng o Số vòng cuộn dây thứ cấp : W2 = = = 42 vòng o Tiết diện dây sơ cấp : S1 = = 0,016 mm2 = ta chọn j1 = A/mm2 → đường kính dây quấn sơ cấp : d1 = = 0,14 mm → chọn d1 = 0,15 mm o Tiết diện dây quấn thứ cấp : S2 = = 0,075 mm2 ; chọn j2 = mA = → đường kính dây quấn thứ cấp : d2 = = 0,14 mm → chọn d2 = 0,15 mm 5.2) Tính tầng khuếch đại cuối : Chọn transitor công suất loại 2SC9111 làm việc chế độ xung có thơng số sau : o Transistor loại npn, vật liệu Si + Điện áp Ucbo = 40 V , Uebo= V + Dòng cực đại T chịu : Icmax = 500 A + Công suất tiêu tán C : PC = 1,7 W + tomax lớp tiếp giáp : ttg = 175oC + Hệ số khuếch đại : = 40 75 + Dòng làm việc colector : Ic = I1 = 0,1A =100 mA + Dòng làm việc Bazo : IB = Ic/ = 2,5 mA o Với loại transitor chọn có cơng suất nhỏ : = V; = 0,3A Dòng làm việc bé nên ta không cần T4 mà đủ công suất điều khỉên Transistor o Chọn nguồn cung cấp cho biến áp xung E = ±12V Khi điện trở R5 có giá trị : R5 = = = 30 Ω o Các điôt mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số: + Dịng điện định mức : = 10 mA + Điện áp ngược max : Ung = 25 V + Điện áp để điôt thông : Um = 1V 5.3) Chọn cổng AND Chọn họ IC 4081 thuộc họ CMOS Mỗi IC 4081 có cổng AND có thơng số sau : o Nguồn ni IC : Vcc = 3÷15V , ta chọn Vcc = 12 V o Nhiệt độ làm việc : -40÷80oC o Điện áp mức logic1 : 2÷4,5 V o Dịng điện : I < 1A o Cơng st tiêu thụ P= 2,5 nW/cổng o Sơ đồ chân : 76 5.4) Chọn C2 R4 - Điện trở R4 dùng để hạn chế dòng điện đưa vào Bazơ T4 - R4 chọn phải thoả mãn điều kiện R4 > = = 1,8 KΩ → ta chọn R4 = kΩ o Chọn C2.R4 = tx → C2 = = = 0,0835 → Chọn C2 = 0,8 5.5) Chọn thông số cho tạo xung chùm - Thông số Timer 555 o Điện áp nguồn nuôi : Vcc = 5÷18 V o Điện áp đầu : Vra = Vcc – 0,5 V o Tần số xung :f= o Chọn nguồn nuôi : Vcc = V o Chọn R = R1 = R2 ; C5 = 0,1 ; C4 = 0,01 o L úc đ ó : R= = 24,05 kΩ 77 F → chọn R1 = R2 = 25 kΩ 5.6) Tính chọn tầng so sánh - KĐTT A1 chọn loại TL 084 - Chọn Rp = RN = = = 12 kΩ Trong : nguồn Vcc = 12 V điện áp vào 12 V, dòng vào hạn chế Iv < mA Ta chọn Rp = RN = 15 kΩ lúc Iv = 0,8 mA 5.7) Tính chọn khâu tạo điện áp tựa - Điện áp tựa hình thành nạp điện tụ C1 - Ta chọn thời gian nạp tụ : t1= R3.C1 = 0,005s - Chọn C1 = 20 → R3 = 250 Ω - Để thuận tiện cho việc điều chỉnh cho việc lắp ráp, chọn R3 biến trở - Chọn T2 transitor loại A564 có thống số : o Ucbo = 25V o Uebo = V o ICmax = 100 mA o totiếpgiáp = 150oC o = 250 78 → = 100/250 = 0,4 mA o Chọn T1 loại C828 o Điện trở R2 hạn chế dòng vào T2 , chọn cho R2 = = 15 kΩ → chọn R2 = 15 kΩ o Chọn điện áp xoay chiều đồng pha UA = V o Chọn R1 để hạn chế dòng vào Bazo T1 cho Iv < Ivmax Iv = Ivmax → R1 = = 22,5 kΩ chọn R1= 25 kΩ 5.8) Chọn khâu tạo điện áp điều khiển - Chọn Ra = Rf để = - Khi hở mạch I = → điện áp =0→ = Như vậy, điều khiển hở mạch có Uho = 60 V thời điểm phát xung = Tại thời điểm phát xung có = = o Dựa vào phương trình ta tìm biên độ 79 : Ta có : = Tại = = Ic t = t = =1200t /3 → Utựa = V Chọn Ra= Rf = 10kΩ 5.9 Chọn khâu phản hồi Ta có : Uph = I Rs Chọn Rs thoả mãn Uph < Udk → Rs = = = 0,02 Ω Chọn Rs = 10 mΩ 5.10) Chọn nguồn nuôi - Ta chọn nguồn nuôi 12V để cấp cho IC - Sơ đồ nguyên lí : hình vẽ - Dùng cầu lưu pha điốt, có điện áp thứ cấp nguồn ni : U2 = = 13,3V → chọn U2 = 15 V -Để ổn áp nguồn nuôi ta chọn vi mạch ổn áp LM7812 LM7912 có thơng số : o Uv = 7÷15 V 80 o LM7812 Ura = 12 V o LM7912 Ura = -12 V o Ira = 0÷1 A -Tụ C4,C5 lọc sóng hài bậc cao Chọn C4=C5= C6=C7=470 ; Uvào = 35 V 5.11) Tính MBA nguồn nuôi đồng pha Ta cần nguồn nuôi 12 V để cung cấp cho máy biến áp xung, IC KĐTT Sơ đồ : -Chọn MBA pha kiểu lõi, có cuộn dây : 1cuộn sơ cấp , 2cuộn thứ cấp -Điện áp lấy thứ cấp MBA làm điện áp đồng pha nguồn nuôi U2 = U2dp = UN = V -Dòng thứ cấp BA đồng pha : I2dp = mA -Công suất nguồn nuôi cấp cho biến áp xung : 81 Pdp = 2.Udp I2dp = 2.9 = 18 mW -Công suất tiêu thụ 2KĐTT TL 084 để tạo hai cổng AND PKĐTT = 0,68 = 1,36 W -Công suất biến áp xung cấp cho cực điều khiển Thyristor Px = = 2.3.0,3 = 1,8 W -Công suất cho việc tạo nguồn nuôi : PN = Pdp+PKĐTT + Px = 3,71 W -Cơng suất MBA có kể tới 5% tổn hao : S = 1,05.(Pdp+PN) = 3,356 W -Dòng thứ cấp MBA : I2 = -Dòng sơ cấp : I1 = = = 0,186→ = 0,0088 A -Tiết diện trụ MBA : QT = kq = Trong : kq =6 hệ số phụ thuộc cách làm mát m = số trụ MBA f= 50 tần số lưới → chuẩn hoá ta chọn QT = 1,63 cm2 -Số vòng dây sơ cấp, chọn mật độ từ cảm B =1 T 82 = 1,55 cm2 W1 = =10502 vòng -Số vòng dây thứ cấp : W2 = W1 = 249 vòng -Chọn mật độ dòng điện j1 = j2 = 2,75 A/mm2 -Tiết diện dây quấn sơ cấp : = 0,0032 mm2 S1 = →đường kính dây quấn sơ cấp : d1 = =0,064 mm → chọn d1 = 0,1 mm -Tiết diện dây quấn thứ cấp S2 = = 0,0678 mm2 →đường kính dây quấn thứ cấp : d2 = = 0,294 mm →chọn d2 = 0,3 mm 5.12) Tính chọn điốt cho mạch chỉnh lưu - Dòng điện qua điốt : ID = = = 0,131 A - Điện áp ngược max mà điôt phải chịu 83 Ungmax = Chọn điốt có : =9 = 12,7 V = ki.ID = 10.0,131 = 1,31 A = ku.Ung = 2.12,7 = 25,4 V Chọn điơt loại có Idm = 1,4 A ; Ung=26 V 84 Kết Luận Các thiết bị điện dân dụng thực tế ngày đa dạng phong phú ứng dụng thành tựu khoa học Nhưng thời gian đào tạo mà sinh viên chúng em chưa tìm hiểu sâu thiết bị Trong thời gian nghiên cứu đề tài em thấy lĩnh vực thật bổ ích cho sinh viên kỹ thuật nói chung sinh viên khoa sư phạm kỹ thuật nói riêng Đề tài nhằm mục đích tìm hiểu số thiết bị dân dụng, em tính tốn thiết kế máy hàn điện dân dụng công nghiệp Qua mà sinh viên thấy tính thực tế ứng dụng đề tài Để hoàn thành khoá luận này,dù cố gắng hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo kiến thức Chính khố luận em khơng tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong đóng góp ý kiến thầy bạn sinh viên để khố luận em hồn thiện Cho em gửi lời cảm ơn chân thành đến khoa SPKT, đặc biệt với giúp đỡ thầy hướng dẫn Th.S Hồng Kim Hải, với gia đình, bạn bè giúp đỡ em hồn thành khố luận Hà Nội, ngày tháng năm 2011 Sinh viên Vũ Thị Oanh 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Văn Doanh,Đặng Văn Đào, Lê Hải Hưng, Ngô Xuân Thành, Nguyễn Anh Tuấn- Kỹ thuật chiếu sáng – Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2008 KS.Bùi Văn Yên - Sử dụng sửa chữa đồ điện dân dụng- Nhà xuất giao thông vận tải2009 Thiết kế máy biến áp điện lực – Phan Tử Thụ Các tài liệu tham khảo khác - Luận văn, khoá luận tốt nghiệp - Internet 86 Lời cảm ơn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến ThS Hoàng Kim Hải - người thầy tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn em suốt trình thực khoá luận tốt nghiệp… Em xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo tổ kĩ thuật điện, Khoa Sư phạm kỹ thuật, Trường Đại học sư phạm Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi, hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình học tập làm khoá luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ln động viên, khích, giúp đỡ em thời gian học tập hồn thành khố luận tốt nghiệp Hà Nội, tháng năm 2011 Sinh viên Vũ Thị Oanh 87