thiết kế nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu có : Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “thiết kế nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu có : Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V.” GVHD: Đỗ Trọng Tín SVTH: Nguyễn Thiên Huy MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀN ĐIỆN 5 I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÀN ĐIỆN 5 I.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐIỆN 5 I .2. HỆ SỐ TIẾP ĐIỆN CỦA NGUỒN HÀN 7 II. HÀN HỒ QUANG 7 II.1. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI NGUỒN HÀN HỒ QUANG 7 II.2. CÁC NGUỒN HÀN HỒ QUANG 9 III. hàn tiếp xúc 15 CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN PHƯƠNG ÁN 16 I. nhận xét chung 16 II. phương án 1: dung bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển 17 III. phương án 2: dùng bộ chỉnh lưu cần có điều khiển ba pha không đối xứng 19 IV. phương án 3: dùng bộ chỉnh lưu cầu có điều khiển ba pha đối xứng 21 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC 24 I. sơ đồ mạch lực 24 II. tính toán máy biến áp 26 II.1 các thông số cơ bản của máy biến áp 26 II.2 tính toán các kích thước chủ yếu của MBA lực 27 II.3 tính toán ngắn mạch 35 III. tính chọn van và các thiết bị bảo vệ 36 III.1 tính chọn van 36 III.2 bảo vệ van 37 IV. tính toán cuộn kháng điện 41 CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 44 I. yêu cầu đối với mạch điều khiển 44 II. sơ đồ khối mạch điều khiển 46 III. giới thiệu một số phần tử điều khiển 47 IV. các nguyên tắc điều khiển 49 V. thiết kế mạch điều khiển 51 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -1- LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ gới hóa và tự động hóa trong các quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất công nghiệp hiện đại sự cơ giới hóa và tự động hóa giúp nâng cao năng suất lao động và chất lợng sản phẩm. Một trong những vấn đề đang được các nhà sản xuất rất quan tâm hiện nay là việc ghép nối các chi ti ết với nhau để cấu thành sản phẩm. Trong tất cả các phơng pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phơng pháp hàn điện có nhiều ưu điểm hơn tất cả và đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của các nhà sản xuất . Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện đã xuất hiện và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, chế tạo máy ,vận tải, xây d ựng nông nghiệp và trở thành một phần tất yếu không thể thiếu . Một trong những phương pháp nâng cao chất lượng của các mối hàn là sử dụng máy hàn hồ quang một chiều để hàn. Đề tài tốt nghiệp trong cuốn đồ án này là tìm hiểu, thiết kế nguồn hàn một chiều ding bộ chỉnh lưu có : I hmax = 400 A ; U dmax = 70V. Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thày giáo Đỗ Trọng Tín em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao và rút ra những vấn đề cần thiết về hàn điện với các phương pháp sử dụng hợp lí và kinh tế . Nội dung của đồ án được trình bày theo sáu chương : - Chương I : Giới thiệu chung về hàn điện . - Chương II : Tính chọn phương án . - Chương III : Tính toán thiết kế mạch lự c . - Chương IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển . - Chương V : Thi công lắp ráp mạch điều khiển . - Chương VI : Kết luận . Trong quá trình tìm hiểu ,nghiên cứu và thực hiện đồ án này em đã cố gắng trình bày những vấn đề về hàn điện nói chung và máy hàn một chiều nói riêng. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -2- Nhưng vì thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài có hạn cùng với kinh nghiệm , kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thày giáo hướng dẫn cùng các thày cô giáo trong khoa Điện góp ý , giúp đỡ em củng cố kiến thức của mình và rút ra những bài học kinh nghiệm quí báu để cho những lần sau em thực hiện tốt hơn. Em xin được chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện : Nguyễ n Thiên Huy . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -3- Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀN ĐIỆN I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÀN ĐIỆN : Trong tất cả các phương pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phương pháp hàn điện có nhiều ưu việt hơn tất cả. Chính vì vậy mà ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp , xây dựng , chế tạo máy và hàn điện đã trở thành một phần tất yếu không thể thiếu. Phương pháp hàn điện có nhữ ng ưu điểm nổi bật sau : + Khả năng ghép nối các chi tiết cao với chất lượng mối hàn tốt . + Chi phí sản xuất hạ , cho năng suất lao động cao . + Ít tiêu hao nguyên vật liệu . + Bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp . + Công nghệ đơn giản, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao. I.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐIỆN : Có thể phân loại các phương pháp hàn điện theo sơ đồ tổng quát sau: Hàn điện Hàn hồ Hàn tiếp xúc Hàn tay Hàn tự động Hàn đường Hàn điểm Hàn nối Dưới lớp trợ dung Trong ga bảo vệ Một điểm hai mặt Hai mặt một điểm Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -4- Hình I-1 : Phân loại các phương pháp hàn điện . I .2. HỆ SỐ TIẾP ĐIỆN CỦA NGUỒN HÀN: Máy hàn là loại máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . Đặc trưng quan trọng của chế độ này là hệ số tiếp điện . Hệ số tiếp điện TĐ% của nguồn hàn hồ quang được tính theo công thức TĐ%= minmax max nglv lv tt t + 100% Trong đó : t lvmax : Là thời gian hàn hết một que hàn ( máy hàn tay) hoặc thời gian hàn hết một lô điện cực (máy hàn tự động). Đây là thời gian làm việc max t ngmin : Là thời gian thay xong một que hàn hoặc một lô điện cực và mồi được cho hồ quang cháy lại .Đây là thời gian nghỉ ngắn nhất . Để đảm bảo tuổi thọ cho máy thì khi vận hành phải luôn đảm bảo : I h 2 .TĐ% = I hđm 2 .TĐ đm % =const Trong đó I hđm và TĐ đm % là các thông số có ghi trên nhãn máy. II. HÀN HỒ QUANG : Hàn hồ quang là phương pháp hàn sử dụng hiện tượng hồ quang điện. Hàn hồ quang được dùng với các phương pháp hàn bằng tay, hàn tự động hoặc bán tự động . II. 1. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI NGUỒN HÀN HỒ QUANG : Nguồn hàn hồ quang có thể sử dụng là nguồn một chiều hoặc nguồn xoay chiều nhưng phải đáp ứng được các yêu cầu sau : * Điện áp không tải phả i đủ lớn để mồi được hồ quang : +Đối với nguồn hàn một chiều : Khi cực từ là kim loại yêu cầu : U omin =(30÷40) v Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -5- Khi cực từ là than yêu cầu : U omin =(40÷50) v. +Đối với nguồn xoay chiều yêu cầu : U omin =(50÷60) v . * Đảm bảo an toàn khi vận hành nhất là ở chế độ ngắn mạch .Khi đó dòng ngắn mạch lớn có thể gây cháy dây hàn. Dòng ngắn mạch : I nm =(1,2÷1,4)I đm . * Nguồn hàn phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho máy hàn. * Phải đảm bảo điều chỉnh được dòng hàn vì dòng hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn. Dòng hàn được tính theo công thức sau : I h =(40÷60)d. Trong đó: I h : Dòng điện hàn: tính bằng (A). d : Đường kính que hàn : tính bằng (mm). * Đường đặc tính vôn_ampe của nguồn hàn phải phù hợp với từng phương pháp hàn: +Đối với phương pháp hàn hồ quang bằng tay thì đường đặc tính ngoài yêu cầu phải dốc (mềm) :đường 1 +Đối với phương pháp hàn hồ quang tự động thì đường đặc tính ngoài yêu cầu phải cứng : đường 2 (2) I ®m2 I ®m3 (1) (3) h I h I ®m1 o O U Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -6- Hình I-2 : họ đặc tính ngoài của nguồn hàn hồ quang . *Điện thế của nguồn hàn phải thay đổi nhanh theo chiều dài của hồ quang khi chiều dài hồ quang tăng lên nó phải tăng lên, khi chiều dài hồ quang giảm đi nó phải hạ thấp xuống . II.2. CÁC NGUỒN HÀN HỒ QUANG : Quá trình hàn hồ quang gồm có các công việc : + Đốt cháy hồ quang . + Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tuỳ theo sự nóng chảy vật hàn . + Gi ữ cho hồ quang cháy ổn định với một chiều dài nhất định. + Di chuyển que hàn theo đường hàn . Đường đậc tính nguồn hàn như sau: h I h o U I ®m3 (3) I måi hq 20 30 40 50 60 70 Hình I- 3 : Đường đặc tính nguồn hàn . Có hai loại nguồn hàn hồ quang : nguồn hàn hồ quang xoay chiều và nguồn hàn hồ quang một chiều. II.2.1. Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều: Khi hàn bằng điện xoay chiều người ta thường sử dụng biến áp hàn vì : +Dễ chế tạo, giá thành hạ . +Có thể tạo ra được dòng điện hàn lớn khoảng : 500÷2000 A. Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni n Tt Nghip SVTH: Nguyn Thiờn Huy TH1_K46 -7- Bin ỏp hn thng cú hai kiu : II.2.1.a> Bin ỏp hn (BAH) cú cun khỏng ngoi : Thng l mỏy bin ỏp h ỏp mt pha, mch th cp cú mc ni tip mt cun phn khỏng : a W 1 W 2 W ck Hình I-4: Sơ đồ nguyên lí MBAH có cuộn kháng ngoi Cun khỏng mc ni tip vi mch th cp ca BAH cú nhim v h thp in th ca BAH n mt tr s cn thit phỏt sinh h quang. Khi ngn mch mch hn cun khỏng thu ly in th th cp ca BAH gim dũng ngn mch xung. II.2.1.b > Mỏy bin ỏp hn kiu hn hp : Mỏy bin ỏp hn cú cu n khỏng liờn h trc tip vi mch t chớnh: S nguyờn lớ : a W2 W1 Hình I-5: Sơ đồ nguyên lí MBAH kiểu hỗn hợp. [...]... chn k=6 +Sba: Cụng sut mỏy bin ỏp (VA) : Sba=35000VA +m: S tr : m=3 +f: Tn s dũng xoay chiu : f=50 Hz Thay s : Q = 6 35000 =92 cm 3.50 Vi mỏy bin ỏp cú cụng sut Sba =35 KVA cú th thit k loi tr hỡnh ch nht nh sau : a: Chiu rng tr SVTH: Nguyn Thiờn Huy TH1_K46 -24- Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni n Tt Nghip b: Chiu dy tr h: Chiu cao tr Ta cú : Q = a. b m bo v mt k thut ta chn a/ b = 1,25 Ta c : a= 8,5cm b =... Khoa H Ni II n Tt Nghip tớnh toỏn mỏy bin ỏp : Yờu cu : +in ỏp ra ca chnh lu : Ud = 70 V; : Ihmax= 400 A; +Dũng in hn cc i in ỏp chnh lu khi khụng ti : Udo=Ud + Ud Trong ú : Ud =Uba + Uv + Uck Uv : St ỏp trờn van dn õy gm mt tiristor v mt it : Uv =2 V; Uck : St ỏp trờn in khỏng : Uck =10%Ud =10%.70 = 7V; Uba : St ỏp bờn trong mỏy bin ỏp thng ly : Uba =(5% ữ 10%)Ud ; Chn : Uba =5%Ud= 5%.70 =3,5 V;... thnh va phi IV phng ỏn 3: Dựng b chnh lu cu cú iu khin ba pha i xng: SVTH: Nguyn Thiờn Huy TH1_K46 -18- Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni IV.3 n Tt Nghip Cỏc thụng s ca mch : +Giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ngay sau mch van chnh lu: Ud = 3 6 U 2 Cos ; +Giỏ tr dũng trung bỡnh ra ti : Id = Ud Rd ; +Tr s dũng trung bỡnh qua cỏc tiristor : Iv = Id ; 3 +Tr s dũng trung bỡnh ca cun th cp MBA: I2 = 2 Id ; 3 SVTH: Nguyn... chnh lu: Ud = 1 + Cos U2 ; 2 3 6 +Giỏ tr dũng trung bỡnh ra ti : Id = Ud Rd ; +Tr s dũng trung bỡnh qua cỏc tiristor : Iv = Id ; 3 +Tr s dũng trung bỡnh ca cun th cp MBA: I2 = 2 Id ; 3 +Cụng sut mt chiu trờn ti : Pd = 2,34.U2.Id ; SVTH: Nguyn Thiờn Huy TH1_K46 -17- Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni n Tt Nghip +Cụng sut tớnh toỏn ca MBA: Sba = 1,05.Pd ; +in ỏp ngc ln nht t lờn cỏc tiristor, iụt : Ungmax =... ti : Pd =Udo.Id =82,7 .400 = 33KVA * Cụng sut mỏy bin ỏp :Sba=1,05 Pd = 1,05 33 =35KVA * in ỏp s cp mỏy bin ỏp :U1=380 V * H s bin ỏp : Kba =U2/U1 = 39/380 =0,103 * Dũng s cp bin ỏp :I1 = Kba.I =326,4 0,103 =33,5 (A) II.2) Tớnh toỏn cỏc kớch thc ch yu ca MBA lc : II.2 .a) Tớnh toỏn mch t: *Tit din tr : c tớnh theo cụng thc : S ba m f Q = k Trong ú : +k: H s ph thuc vo phng thc lm mỏt Thng k=5ữ6 Ta chn... Bỏch Khoa H Ni n Tt Nghip +Cụng sut mt chiu trờn ti : Pd = 2,34.U2.Id ; +Cụng sut tớnh toỏn ca MBA: Sba = 1,05.Pd ; +in ỏp ngc ln nht t lờn cỏc tiristor : Ungmax = 6 U2 ; III.4 Nhn xột : a> u im : +S mch lc dựng ht nhiu tiristor nht trong ba phng ỏn nờn vic thit k mch iu khin s phc tp nht ; +in ỏp ra ớt p mch, kh nng iu chnh dũng tt cht lng in ỏp ra cao ; b>Nhc im : +S dng mỏy bin ỏp ba pha nờn giỏ... li : Q =a. b = 8,5.10,8 = 91,8cm *Chiu cao tr : Tớnh theo cụng thc kinh nghim : 4.Q h= ; Trong ú : Q: Tit din hiu qu ca tr : h s quan h gia chiu cao v chiu rng ca MBA Thng ly =1,15ữ 1,35 Ta chn =1,35 Vy : h= 3,14 4.91,8 3,14 1,35 = 25cm Mch t ca mỏy bin ỏp gm cỏc lỏ thộp k thut in ghộp li Ta chn loi thộp cỏn ngui mó hiu 3404 do nga sn xut cú hm lng silic cao Tra theo bng 45- ti liu thit k MBA... lớ : SVTH: Nguyn Thiờn Huy TH1_K46 -14- Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni II n Tt Nghip 3 Cỏc thụng s ca mch : +Giỏ tr trung bỡnh ca in ỏp ngay sau mch van chnh lu: 1 Ud = + 2U 2 Sintdt = 2 2 U 2 Cos ; +Giỏ tr dũng trung bỡnh ra ti : Id = Ud Rd ; +Tr s dũng trung bỡnh qua cỏc tiristor : Iv = Id ; 2 +Tr s dũng trung bỡnh ca cun th cp MBA: I2 = 2 2 Id ; +Cụng sut mt chiu trờn ti : Pd = 0,9.U2.Id ; +Cụng... cỏc tiristor, iụt : Ungmax = 6 U2 ; III.4 Nhn xột : a> u im : +S mch lc n gin dựng c iụt v tiristor; +Dựng ba tiristor nờn mch iu chnh n gin ; +in ỏp ra ớt p mch cht lng in ỏp tng i tt; b>Nhc im : +Kh nng iu chnh in ỏp khụng cao ; +S dng mỏy bin ỏp ba pha nờn giỏ thnh tng i cao ; +in ỏp ngc t lờn cỏc van ln nờn phi cú mch bo v ; c>Phm vi ng dng : S chng lu cu ba pha khụng i xng thng c s dng i vi nhng... Bỏch Khoa H Ni n Tt Nghip Vi c hai phng phỏp trờn iu chnh dũng hn ta thay i khe h (a) khi khe h (a) tng thỡ t tr ca mch t tng, t thụng gim i, in t cm v tr khỏng ca nú gim i dũng in hn tng lờn v ngc li : U2=Uhq +Uck +Trong khi lm vic dũng I2 tng thỡ Uck cng tng lm Uhq gim +Khi ngn mch : I2=Inm ;Uhq=0 Kt qu khi iu chnh (a) cho ta h ng c tớnh nh sau : u a1 < a 2 < a 3 U0 U01 U02 U03 a 1< a 2 < a 3 (1) .  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: “thiết kế nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu có : Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V. ” GVHD: Đỗ Trọng Tín SVTH: Nguyễn Thiên Huy MỤC LỤC LỜI. cuốn đồ án này là tìm hiểu, thiết kế nguồn hàn một chiều ding bộ chỉnh lưu có : I hmax = 400 A ; U dmax = 70V. Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thày giáo Đỗ Trọng Tín em đã hoàn thành nhiệm. III. hàn tiếp xúc 15 CHƯƠNG II: TÍNH CHỌN PHƯƠNG ÁN 16 I. nhận xét chung 16 II. phương án 1: dung bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển 17 III. phương án 2: dùng bộ chỉnh lưu cần có điều