ĐATN này là tâm huyết của mình trong 4 năm đại học, nó đã giúp mình đạt điểm 9. File này mình đã ghi chi tiết đầy đủ cách đấu nối, lắp ráp và code. các bạn tải về và làm theo thôi nhé. Chúc các bạn thành công.
LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta đường cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước ,là nước phát triển, dần tiếp cận với khoa học kỹ thuật đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng người Cùng với phát triển , Điện – Tự động hóa đóng vai trị quan trọng Ngày công nghiệp, mạch điều khiển người ta thường sử dụng kỹ thuật số với chương trình phần mềm đơn giản, linh hoạt dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số luật điều khiển Nó làm tăng tốc độ tác động tính xác cao cho hệ thống Như làm chuẩn hóa hệ thống truyền động điện điều khiển tự động đại có đặc tính làm việc khác Trong ứng dụng việc áp dụng vào may han sử dụng rộng rãi có đặc tính ưu việt Đồ án điện tử công suất không tập tổng hợp bắt buộc sinh viên tự động hóa phải trải qua, mà cịn hội để sinh viên tìm tịi, nghiên cứu ứng dụng với thiết bị thực tế, bên cạnh giúp sinh viên củng cố kiến thức, làm quen nâng cao tính độc lập thiết kế sáng tạo sản phẩm thực tế Em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn , bạn lớp giảng viên hướng dẫn thầy : Vũ Minh Quang , giúp đỡ em nhiều trình làm đồ án, em nỗ lực cố gắng nhiên lần em làm đồ án, trình độ hiểu biết cịn nhiều hạn chế, nên khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận đóng góp thầy cô môn để giúp em hiểu rõ vấn đề để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Nhiệm Vụ - Nhiệm vụ : thiết kế chỉnh lưu dùng cho máy hàn điện chiều Các thông số : Điện áp nguồn (VAC) : 220V Tần số : 50Hz Điện áp chiều : 36 V Dòng điện chiều : 100 (A) Chỉnh lưu : cầu pha điều khiển hồn tồn góc điều khiển tính tốn : 20° Điện áp rang cưa max : 8V Điện áp đồng pha max : 10V Sđđ mạch điều khiển E = 15V MỤC LỤC Chương 1:Giới thiệu chung máy hàn điện chiều .4 Chương 2: Mạch chỉnh lưu Chương 3:Thiết kế mạch lực 12 Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển 18 Chương 1:Giới thiệu chung máy hang điện chiều 1.Tổng quan công nghệ hàn 1.1 Khái niệm hàn điện: ❖ Hàn điện công nghệ phổ biến kỹ thuật đại ngành đóng tàu, xây dựng, ngành chế tạo máy móc khơng thể thiếu máy hàn điện Hàn điện áp dụng nhũng đơn vị sản xuất nhỏ công ty lớn ngành công nghiệp khác 1.2 Định nghĩa hàn ❖ han trình công nghệ để nối chi tiết với thành liên kết khơng tháo rời mang tính liên tục phạm vi nguyên tử phân tử, cách đưa chỗ nối tới trạng thái nóng chảy, thơng qua việc sử dụng hai yếu tố nhiệt áp lực, kết hợp hai yếu tố Khi hàn, sử dụng khơng sử dụng vật liệu phụ bổ sung 1.3các phương pháp hàn ❖ Hàn gió đá (cịn gọi Hàn khí): Hàn gió (Oxy) đá (Acetylen hay gas)(gas welding) Phương pháp sử dụng khí để gia nhiệt cho chi tiết hàn đạt tới trạng thái nóng chảy liên kết với Khi hàn dùng vật liệu để điền thêm (filler rod) vào vị trí hàn không ❖ Hàn hồ quang điện (arc welding), gọi tắt Hàn điện hay Hàn que Phương pháp dùng hồ quang điện tao que hàn để làm nóng chảy kim loại hàn que hàn để điền vào vị trí hàn ❖ Hàn hồ quang khí bảo vệ T.I.G: Tungsten inert gas Phương pháp dùng hồ quang tạo điện cực Tungsten dùng khí trơ (khí Argon) để bảo vệ mối hàn ❖ Hàn hồ quang khí bảo vệ M.I.G: metal inert gas Thay dùng que hàn, người ta dùng 01 cuộn dây kim loại có kích thước từ 0.6 mm - 1.6 mm lớn làm điện cực hàn điện cực dạng điện cực nóng chảy cung cấp cách liên tục người thợ hàn điều khiển nên gọi hàn bán tự động Trong phương pháp này, người ta dùng khí hoạt tính (CO2) hay khí trơ (Argon) để làm khí bảo vệ mối hàn ❖ Hàn Plasma, dạng biến thể hàn hồ quang ❖ Han Laser công nghệ hàn cao cấp sử dụng lượng nguồn laser ❖ Hàn tia điện tử ❖ Các trình hàn đặc biệt khác: hàn nổ, hàn TIG điện cực nén Máy hàn điện chiều: 2.1Cấu tạo bản: ❖ Máy hàn que điện tử: nguồn, biến áp sung, dios sung, chỉnh lưu ❖ Máy hàn hồ quang( hàn cơ): nguồn, biến áp, chỉnh lưu, chỉnh dòng 2.2 Nguyên lý hoạt động: Máy hàn điện tử dùng điện chiều loại máy phát điện chiều tính khơng hồn tồn giống máy phát điện Vì hàn thường xảy tượng ngắn mạch, phải có phận ngăn ngừa cường độ ngắn mạch lớn Muốn dễ tạo tia hồ quang điện áp gây tia hồ quang phải đủ lớn (80V), sau có hồ quang xuất điện áp giảm xuống điện áp hàn (15 45V) Mặt khác, tính chất điều kiện hàn khác (nguyên liệu, chiều dày vật hàn, que hàn to hay nhỏ) nên điện áp hàn lại cần có cường độ dịng điện hàn khác nhau, cường độ hàn nên điều chỉnh phạm vi thích hợp Ưu điểm dùng máy hàn điện chiều so với phương pháp trực tiếp dùng điện chiều điện hàn cung cấp độc lập, không bị hạn chế ngừng trệ nguyên nhân khác, đồng thời thường xuyên phối hợp với nhu cầu cơng tác hàn Có thể thiết bị loại máy hàn có điện áp thấp cường độ cao, sẻ phí tổn sử dụng, máy móc lại gọn nhẹ, vận chuyển dể dàng Máy hàn hồ quang điện: ❖ Hồ quang tượng chuyển động khơng ngừng dịng điện tử mơi trường ion hóa hai điện cực, hồ quang tạo nguồn nhiệt lớn (đạt 600 độ C ánh sáng với tia hồng ngoại, tử ngoại) ❖ Hàn hồ quang (hay gọi hàn que) dùng nhiệt lượng để nung cho vật hàn nóng chảy, q trình hàn điện cực nóng chảy (que hàn) sử dụng điện cực dạng que hàn (thường có vỏ bọc) ❖ Khi hàn: Cho que hàn chạm vào vật hàn 0.1s xong đưa lên cao 3-4mm Khi đầu que hàn tiếp xúc với bề mặt vật hàn sinh tượng ngắn mạch vị trí tiếp xúc có nhiệt độ cao Sau đó, nhấc que hàn khỏi vật hàn khoảng cách định khoảng khơng khí trở thành chất dẫn điện phát sinh dòng điện, sinh nhiệt ánh sáng mạnh 3.1 Điều kiện để có hồ quang xuất hiện: ❖ Giữa hai đầu điện cực (que hàn vật hàn) cần phải có điện áp Điện áp tối thiểu để trì hồ quang cháy mức 40÷80V ❖ Giữa hai điện cực phải có khoảng hở để xuất điện tử trung hịa ❖ Q trình xuất hồ quang xảy thời gian ngắn 3.2các yêu cầu nguồn hàn hồ quang: ❖ Khi hàn hồ quang dùng dịng điện chiều xoay chiều ❖ Ưu điểm dòng chiều hồ quang có tính ổn định cao đổi cực để điều chỉnh mức độ đốt nóng vật hàn ❖ Tuy nhiên thực tế, người ta thường hàn hồ quang với dòng điện xoay chiều Ưu điểm dòng xoay chiều thiết bị rẻ hơn, nhỏ, gọn nhẹ, động hơn, vận hành đơn giản, hiệu suất cao, tiêu hao điện so với thiết bị dòng điện chiều - Nguồn điện hàn máy hàn phải thỏa mãn yêu cầu sau: ❖ Điện áp không tải Uo phải đủ lớn để gây hồ quang không gây nguy hiểm sử dụng Với dòng xoay chiều : Uo = 50 – 80V Với dòng chiều : Uo = 35 – 55V Với giá trị điện áp khơng tải trên, có tải (hồ quang cháy) điện áp hạ xuống tương ứng 25 – 40V với dòng xoay chiều 15 – 25V với dòng chiều Điểm a điểm gây hồ quang b điểm hồ quang cháy ổn định ❖ Cường độ dòng ngắn mạch phải nhỏ nhằm nâng cao tuổi bền cho máy hàn: Inm = (1,3 – 1,4)Ih Ở Ih cường độ dòng điện hàn (A) ❖ Điện áp nguồn hàn phải thay đổi nhanh phù hợp với thay đổi điện trở hồ quang nhằm ổn định cháy hồ quang Thông thường nguồn hàn quang hệ U I (đặc tính ngồi) ngược Nghĩa quan hệ có dạng đường cong dốc liên tục ❖ Cường độ dòng điện hàn thay đổi hai kiểu: vô cấp phân cấp ❖ Nguồn xoay chiều U I phải lệch pha (Hình 11.5) tránh hai giá trị lúc không để ổn định hồ quang ❖ Thiết bị hàn bảo đảm gọn nhẹ, cấu tạo đơn giản, dể sử dụng, giá thành rẻ Chương II:Mạch Chỉnh Lưu Cầu Một Pha Điều khiển Hoàn Toàn Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha điều khiển sử dụng Thyristor nguyên lý hoạt động sơ đồ thyristor điề khiển xung dòng tương ứng i1,i2,i3,i4.Mạch chỉnh lưu cng cấp điện áp xoay chiều qua máy biến áp với điện áp U2=U2m.sin𝜔t (v) Các xung điều khiển có chu kì với U2 xuất sau U2 Các xung i1 i3 xuất sau U2 góc 𝛼 Các xung i2 i4 xuất sau U2 góc 𝛼 + 𝜋 Các thyristor tự khóa U2=0 Phụ tải biểu diễn suất điện động E,điện trở R điện cảm L Ta xét mạch L lớn E nhỏ giá trị trung bình điện áp chỉnh lưu.Trong trường hợp ,mạch làm việc chế độ cung cấp liên tục,dịng qua phụ thuộc tải khơng đổi giá trị trung bình Id Tương ứng với góc mở ta có chế độ làm việc mạch chỉnh lưu Khi 𝛼< 𝜋/2 E 𝜋/2 E>0 mạch làm việc nghịch lưu Ta xét mạch làm việc chế độ chỉnh lưu Hoạt động Trong nửa chu kì đầu 0< 𝜔𝑡< 𝜋 U2>0 T1 T3 phân cực thuận ,ở trạng thái sẵn sàng mở Tại thời điểm 𝛼=𝜃1= 𝜔𝑡1 cho xung điều khiển mở T1,T3: Ud=U2 Dòng điện A qua T1 đến tải qua T3 B Diện áp chỉnh lưu Ud=U2=U2m sin𝜔t (v) Khi T1,T3 mở cho dòng qua ta có phương trình xác định dịng qua tải Ldi/dt+R.id+E=U2 Tại lúc góc pha 𝜋 U2=0 T1 T3 chưa khóa dịng qa chúng lớn Trong nửa sau 𝜋 < 𝜔𝑡< 2𝜋 U2 Kdm ra=0,7 Ctt=1/(mdm.𝜔.Rd.kdm ra)=1/(2.2𝜋.50.0,7)=2,27.10-3(F) Chọn tụ : Tính tốn RC bảo vệ: Sơ đồ mạch bảo vệ van điện áp: Q R C Mạch R - C đấu song song với Tiristor nhằm bảo vệ điện áp tích tụ điện tích chuyển mạch gây nên 14 Mạch R - C đấu pha thứ cấp máy biến áp bảo vệ điện áp đóng cắt tải ( dịng điện từ hóa ) máy biến áp gây nên Thông số R - C phụ thuộc mức độ điện áp xảy ra, tốc độ biến thiên dòng điện chuyển mạch, điện cảm đường dây, dịng điện từ hố máy biến áp Tính tốn : Hệ số q điện áp: K=Ungược max van/Ungược van =300/141=2,12 k=2,12 tra bảng ta di :C*min(k)=0.28; R*max(k)=2;R*min=0.99 Xác định dt trùng dẫn ta có 2U sin(t + ) = Lc di dt 15 xảy max 𝑑𝑖 𝑑𝑡 max= √2𝑈2 𝐿𝑐 = √2.50 103= 0,035 A/µs Xác đinh Q sử dụng đường cong Q = f ( I , Ta có Id=100A Xác đinh R,C :C= 𝑑𝑖 𝑑𝑡 di ) dt = 0,035 tra đồ thị ta có Q=10µs 2𝑄 𝑈𝑛𝑔𝑢𝑜𝑐 C*min =2*10*0,28/(141)=0,04 𝜇𝐹 R*min√ 𝐿.𝑈𝑛𝑔𝑢𝑜𝑐 = 0.99√ 2𝑄 < R < R*max√ 2.10−3 141 10.10^−6 < R < 2√ 2𝑄 2.10−3 141 10 10^−6 = 117,5 < R < 237 Chon R= 170 , C = 0.04 𝜇𝐹 16 𝐿.𝑈𝑛𝑔𝑢𝑜𝑐 Chương IV:Thiết Kế Mạch Điều Khiển I -Nguyên tắc điều khiển: Hình sơ đồ cấu trúc đồ thị minh họa, Ở khâu UT tạo điện áp tựa có dạng cố định( thường có dạng cưa, đơi hình sin) theo chu kỳ nhịp đồng UĐB Khâu so sánh SS xác định thời điểm cân điện áp UT UĐK để phát động khâu tạo xung TX Như nguyên tắc thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi thay đổi trị số UĐK đồ thị đố di chuyển theo chiều dọc trục biên độ Đa số mạch điều khiển thực tế sử dụng nguyên tắc 17 Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo điện áp tựa Urc (thường gặp điện áp dạng cưa tuyến tính) trùng pha với điện áp anod Thyristor Khâu so sánh nhận tín hiệu điện áp cưa điện áp điều khiển, có nhiệm vụ so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển tìm thời điểm hai điện áp (Udk = Urc) Tại thời điểm hai điện áp nhau, phát xung đầu để gửi sang tầng khuếch đại Khâu tạo xung có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Tiristor Xung để mở Thyristor có yêu cầu: sườn trước dốc thẳng đứng , để đảm bảo yêu cầu Thyristor mở tức thời có xung điều khiển (thưòng gặp loại xung xung kim xung chữ nhật); đủ độ rộng (với độ rộng xung lớn thời gian mở Tiristor); đủ công suất; cách ly mạch điều khiển với mạch động lực (nếu điện áp động lực lớn) II Mạch điều khiển: Khâu đồng pha 18 Khi cấp nguồn vào sơ cấp máy biến áp đồng pha ,phí thứ cấp máy biến áp hạ áp Sau qua mạch chỉnh lưu điện áp chiều nửa hình sin Điện áp chiều nửa hình sin V10 đưa vào cực âm OA1 so sánh với điện áp phẳng U0 đặt vào cực dương OA1 E=15v ,R3,R4 tạo Kết tín hiệu V9 có dạng xung vng đơng V8 phía thứ cấp =12v , 𝛼=20 U0 điện áp cửa âm so sánh U0=√2V8Sin (180-𝛼)= =√2.12.Sin 160=5,8v U0/R4=E/(R3+R4) =>R3/R4=1,6 Chọn R3=15k Ω , R4=24k Ω R1 R2 điện trở lớn nên chọn R2=15k Ω 19 Khâu tạo điện áp cưa Điện áp dòng điện tụ điện quan hệ theo cơng thức: Vì dịng nạp cho tụ lấy từ nguồn dòng, tức là: i=I 0=const; điện áp tụ biến đổi tuyến tính theo thời gian Mạch hình 5-22 tranzito T1 hoạt động khố điện tử Bình thường chưa có xung vào cấp dịng IB1 đủ lớn nên T1 bão hồ, điện áp gần khơng Tranzito T2 đóng vai trị nguồn dịng Nhờ có điốt ổn áp DZ nên điện áp cực gốc T2 ln ổn định Vì dịng qua T2, IE2 IC2 có giá trị ổn định 20 Trong T1 bão hồ, dịng IC2 dịng IC1 Khi có xung âm vào T1 ngắt, tụ C nạp điện dòng IC2 điện áp tụ tăng tuyến tính theo thời gian: Khi hết xung kích thích T1 lại thơng bão hồ, tụ C phóng điện nhanh qua T1 làm cho Ur giảm xuống nhanh chóng điện áp gần khơng • Tính chọn phần tạo Urc : +E=15 V + Chọn biên độ điện áp cưa𝑈𝑟𝑐𝑚𝑎𝑥 =8 V Chọn diode ổn áp Dz : +Điện áp Dz: 𝑈𝐷𝑧 < 𝐸 − 𝑈𝑟𝑐𝑚𝑎𝑥 − = 15 − − = 6𝑉 → Vậy chọn loại với điện áp 5V, dịng làm việc 1÷20mA Tính điện trở 𝑅𝑜𝑎 ≥ 𝐸−𝑈𝑜𝑎 𝐼𝑜𝑎𝑚𝑎𝑥 = 500Ω, mặt khác 𝑅𝑜𝑎 ≤ 𝐸−𝑈𝑜𝑎 𝐼𝑜𝑎𝑚𝑖𝑛 Vậy chọn 𝑅𝑜𝑎 = 5kΩ Chọn tụ C2= 0,45 µF Tính 𝑅𝐸 : RE = U oa − 0, 2, − 0, = 0, 45.10−3 = 250 −6 C2 U c max 0.45.10 RE=(Uoa-0,7)/C2.Ucmax=(5-0,7)/0,45.10-6.8 Chọn 𝑅𝐸 gồm điện trở 250Ω nối tiếp biến trở 100Ω Tính điện trở 𝑅𝑏 Chọn thời điểm bóng mở bão hịa ,ta có : 21 =10k Ω 𝑅𝑏 ≤ 𝛽 𝑈𝑓𝑥𝑚𝑎𝑥 −0,7 𝑠.𝐸 𝑅𝐸 = 100 12,5−0,7 1,4.13 Vậy chọn Rb=10k (Ω) 22 103 = 65𝑘Ω khâu so sánh KĐTT có hệ số khuếch đại vơ lớn, cần tín hiệu nhỏ (cỡ 𝜇V) đầu vào, đầu có điện áp nguồn nuôi, việc ứng dụng KĐTT làm khâu so sánh hợp lí Các sơ đồ so sánh dùng KĐTT hình 1.24b,c thường gặp sơ đồ mạch ưu điểm hẳn sơ đồ KĐTT phát xung điều khiển xác Udk = Urc Điện áp tuân theo quy luật: 𝑈𝑟𝑎 = 𝐾0 ∙ (𝑈 + − 𝑈 − ) Với 𝐾0 hệ số khuếch đại OA Điểm lật trạng thái ứng với 𝑈𝑡ự𝑎 = 𝑈đ𝑘 +Khi 𝑈𝑡ự𝑎 > 𝑈đ𝑘 ∆𝑈 = 𝑈𝑡ự𝑎 − 𝑈đ𝑘 > → 𝑈𝑠𝑜 𝑠á𝑛ℎ = +𝑈𝑟𝑎𝑚𝑎𝑥 +Khi 𝑈𝑡ự𝑎 < 𝑈đ𝑘 ∆𝑈 < → 𝑈𝑠𝑜𝑠á𝑛ℎ = −𝑈𝑟𝑎𝑚𝑎𝑥 23 Như điện áp đưa vào so sánh phải dấu có tượng thay đổi trạng thái đầu Và độ chênh lệch tối đa cửa trạng thái làm việc không vượt qua giới hạn cho phép loại OA chọn điện trở hạn chế đầu vào tính: R1 = R2 > Uv/Iv Uv ,Iv - điện áp vào lấy từ khâu đồng pha (va điều khiển), dòng điện vào theo thông số KĐTT, thông thường thông số dịng điện vào IC khó tra, nên người ta thường chọn điện trở vào khoảns (10-50) kΩ Chọn R1=R2=20 kΩ 24 khâu khuếch đại Với nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Thyristor nêu trên, tầng khuếch đại cuối thường thiết kế Tranzitor công suất, Để có xung dạng kim gửi tới Thyristor, ta dùng biến áp xung (BAX), điốt D bảo vệ Tr cuộn dây sơ cấp biến áp xung Tr khoá đột ngột Trong thực tế xung điều khiển cần có độ rộng bé (cỡ khoảng (10 - 200) µs),mà thời gian mở tranzitor công suất dài (tối đa tới nửa chu kì - Is), làm cho công suất toả nhiệt dư Tr lớn kích thưởc dây quấn sơ cấp biến áp xung dư lớn Để giảm nhỏ công suất toả nhiệt Tr kích thước dây sơ cấp BAX thêm tụ Theo sơ đồ này, Tr mở cho dòng điện chạy qua khoảng thời gian nạp tụ, nên dòng hiệu dụng chúng bé nhiều lần 25 26 sơ đồ mạch điều khiển 27 28 ...Nhiệm Vụ - Nhiệm vụ : thiết kế chỉnh lưu dùng cho máy hàn điện chiều Các thông số : Điện áp nguồn (VAC) : 220V Tần số : 50Hz Điện áp chiều : 36 V Dòng điện chiều : 100 (A) Chỉnh lưu : cầu pha điều... nên điện áp hàn lại cần có cường độ dịng điện hàn khác nhau, cường độ hàn nên điều chỉnh phạm vi thích hợp Ưu điểm dùng máy hàn điện chiều so với phương pháp trực tiếp dùng điện chiều điện hàn. .. hàn điện chiều: 2.1Cấu tạo bản: ❖ Máy hàn que điện tử: nguồn, biến áp sung, dios sung, chỉnh lưu ❖ Máy hàn hồ quang( hàn cơ): nguồn, biến áp, chỉnh lưu, chỉnh dòng 2.2 Nguyên lý hoạt động: Máy hàn