2.2.1 Yêu cầu đối với máy hàn
Hồ quang dùng để hàn và điện thường dùng có sự khác nhau rất lớn. Ví dụ, trong khi dùng đèn điện, điện trở của nó hầu như cố định, nhưng sự biến đổi của hồ quang thì lại vô cùng phức tạp.
Khi mồi hồ quang trước tiên là cho que hàn tiếp xúc với vật hàn, để tạo thành hiện tượng chập mạch, tiếp đó nhấc que hàn lên để mồi hồ quang, trong quá trình mồi hồ quang như vậy điện trở chập mạch bằng không, khi hồ quang đốt cháy thì điện trở có một trị số nhất định.
Trong quá trình đốt cháy hồ quang, vì ta thao tác bằng tay cho nên chiều dài hồ quang luôn bị thay đổi, như vậy, hồ quang dài thì điện trở lớn. Ngược lại
29
khi hồ quang ngắn thì điện trở nhỏ. Do đó muốn cho hồ quang hơi dài đốt cháy một cách ổn định, thì đòi hỏi phải có một điện thế hơi cao, ngược lại nếu hồ quang hơi ngắn thì đòi hỏi phải có một hiệu điện thế hơi thấp. Ngoài ra còn do que hàn nóng chảy nhỏ giọt vào bể hàn. trong mỗi giây, que hàn nóng chảy nhỏ giọt trên 20 giọt, khi những giọt to rơi xuống sẽ tạo thành hiện tượng chập mạch, làm cho hồ quang bị tắt, sau đó muốn mồi lại hồ quang, đòi hỏi phải có một điện thế cao ngay sau lúc đó.
Do những đặc điểm trên, nếu dùng máy phát điện hay máy biến thế thông thường để cung cấp điện cho hồ quang, thì sẽ không thể nào duy trì được một cách ổn định, quá trình đốt cháy hồ quang, thậm chí không mồi được hồ quang, đôi khi còn có thể làm cháy máy phát điện hoặc máy biến thế. Để đáp ứng được những yêu cầu trong khi hàn, máy hàn điện phải đạt được mấy yêu cầu sau đây:
- Điện thế không tải của máy phải hơi cao hơn điện thế khi hàn, đồng thời không gây nguy hiểm cho người sử dụng (U0 < 80 V).
Ví dụ:
- Đối với nguồn điện xoay chiều: U0=5580 (V). Uh= 2545(V). - Đối với nguồn một chiều: U0=3055(V) Uh=1635(V).
- Khi hàn thường xảy ra hiện tượng ngắn mạch, lúc này cường độ dòng điện rất lớn. Dòng điện lớn không những làm nóng chảy nhanh que hàn mà còn có thể phá hỏng máy do đó trong qúa trình hàn, không cho phép dòng điện ngắn mạch Iđ quá lớn thường chỉ cho phép Iđ=(1,3 1,4)Ih.
- Tùy thuộc vào sự thay đổi chiều dài hồ quang, điện thế công tác của máy hàn chóng cho sự thích ứng. Khi chiều dài của hồ quang tăng thì điện thế công tác tăng, khi chiều dài hồ quang giảm thì điện thế công tác giảm.
- Quan hệ giữa điện thế và dòng điện của máy hàn gọi là đường đặc tính ngoài của máy. Đường đặc tính ngoài dùng để hàn hồ quang tay yêu cầu phải là đường cong dốc liên tục (hình 2-18).
Tức là dòng điện trong mạch tăng lên thì thì điện thế của máy giảm xuống, và ngược lại. Đường đặc tính ngoài càng dốc thì càng thoả mãn với những yêu cầu ở trên và càng tốt, vì khi chiều dài hồ quang thay đổi thì dòng điện hàn cũng thay đổi (hình 2-18). Phối hợp giữa đường đặc tính tĩnh của hồ quang 2 và đường đặc tính ngoài của máy hàn 1 (hình 2-19) ta thấy chúng cắt nhau tại hai điểm A và B. B là điểm gây hồ quang, ở đây có điện thế lớn để tạo điều kiện gây hồ quang, nhưng vì cường độ dòng điện nhỏ nên không thể duy trì sự cháy ổn định của hồ quang, mà điểm A mới là điểm cháy ổn định.
30
- Máy hàn phải điều chỉnh được cường độ dòng điện để thích ứng với những yêu cầu hàn khác nhau ...
Hình 2-18: Đường đặc tính ngoài của máy.
Hình 2-19: Đường đặc tính của hồ quang và đường đặc tính ngoài của máy
2.2.2 Máy hàn điện xoay chiều
2.2.2.1. Nguyên lý chung
a. Khái niệm cơ bản
Là thiết bị chuyền tải năng lượng dòng điện xoay chiều từ áp này sang áp khác không phảI là thiết bị biến đổi năng lượng. Đối với dòng điện ba pha: cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn có công suất là
P = 3U.I.cos() Q = f(R.I) = R.I2.t
Nếu P = const U tăng lên 2 lần thì I giảm đi 2 lần dẫn đến tổn hao nhiệt giảm đi 4 lần.
b. Cấu tạo nguyên lý làm việc của máy biến thế * Cấu tạo
31
B
§Çu vµo §Çu ra
Hình2-20: Cấu tạo biến áp hàn
Gồm hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Cuộn sơ cấp có số vòng dây là W1. Cuộn thứ cấp có số vòng dây là W2.
* Nguyên lý làm việc
Nếu cho cường độ dòng điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp. Từ trường H =
1 . 1
l W I
W1: số vòng dây cuộn sơ cấp l1 : độ dài toàn bộ dây sơ cấp
I: cường độ donmgf điện qua cuộn dây sơ cấp
Giá trị cảm ứng điện từ B = .H (: độ từ thẩm)
Từ thông sinh ra trong lõi thép: = B.S (S: tiết diện của lõi thép) Cường độ dòng điện (I) biến thiên dẫn đến biến thiên.
Giả sử = const, I = Io.sin(w.t) cũng biến đổi tức thời là t = max.sin(w.t) max : từ thông cục đại; w = 2..f.
Từ thông biến đổi sinh ra suất điện động E1 max= max .w.W1.sin(w.t), với sin(w.t) = 1 thì ta có E1 max= max .w.W1 = E1 max= max W1. 2..f
Cuộn thứ cấp E2 max= max .w.W2 = E2 max= max W2. 2..f E1 max= max .w.W1 = E1 max= max W1. 2..f
E2 max= max .w.W2 = E2 max= max W2. 2..f Xét tỉ số: 2 1 2 1 2 1 . 2. . . max . 2. . . max max E max E W W f W f W
Tỉ số đó được ký hiệu là: (vêta)
Bởi vì năng lượng mất đi một cách vô ích khoảng 2- 3% trong ký thuật người ta tính công suất U1.I1 U2.I2
32 2 2 2 1 2 1 2 1 I I W W U U E E
Tỷ số giữa dòng điện chạy trong các cuộn dây thứ cấp và vô cấp bằng tỷ số giữa các vòng dây sơ cấp và thứ cấp, cường độ dòng điện tỷ lệ với số vòng dây.
2.2.2.2. Máy hàn xoay chiều có lõi từ di động
a. Cấu tạo
A
B
§Çu vµo §Çu ra
Hình 2-21: Cấu tạo máy hàn xoay chiều có lõi từ di động
b. Nguyên lý
- Khi không tải: Dòng điện qua cuộn day sơ cấp W1 sinh ra từ thông o phân nhánh thành hai nhánh qua sun từ Avà qua B. Từ thông 2 gây ra điện áp U2 phụ thuộc vào khe hở của (a) của sun từ A và B. Néu khe hở (a) mà lớn thì từ thông 1 qua sun từ A nhỏ, từ thông qua B tăng lên dẫn đến điện áp U2 tăng và ngược lại. U2 = U1 K W W . 2 1 (K: hệ số liên quan từ) K : = 0 2 : o = 2 - 1
- Khi có tải: Cường độ dòng điện I qua cuôn dây thứ cấp gây từ thông tải và tạo suất điện động E2 = - 4,44f.W. 2, khi thay đổi khe hở (a) thay đổi từ thông đi qua sun từ A làm cho điện cảm kháng 2 thay đổi dẫn đến cường độ dòng điện I2 tăng và từ thông 2 tăng, làm cho áp ở cuộn dây thứ cấp giảm rõ rệt.
33
- Khi gắn mạch: Dòng điện tăng lên rất lớn dẫn đến E2 tăng và điện áp hàn giảm xuống bằng không (Uhq = 0) và khi đó U2 = |E2|
Đây là loại máy hàn có từ thông tản cao. Đặc điểm của máy hàn có lõi từ di đông cho phép điều chỉnh được vô cấp dòng điện hàn và có khả năng điều chỉnh được rất chính xác (hay còn gọi là điều chỉnh kỹ). Bằng cách thay đổi khe hở (a) giữa sun từ Avà B, nếu khe hở (a) mà lớn thì từ thông 1 qua sun từ A nhỏ dẫn đến từ thông 2 qua B tăng khi đó điện áp U2 tăng và cường độ dòng điện hàn giảm và ngược lại.
Để mở rộng điều chỉnh dòng điện hàn, người ta phân chia cuộn thứ cấp ra làm nhiều phần riêng (hình2-21). Phương pháp này là tổ hợp của hai phương pháp điều chỉnh phân cấp và điều chỉnh vô cấp.
Đưa điện vào 2 đầu A – X. Lấy điện ra 2 đàu a -x
Hình 2-22:Sơ đồ nguyên lý của máy hàn xoay chiều kiểu 1HX - 230
Trong từng phần riêng của cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy đều có khả năng điều chỉnh phân cấp và vô cấp được. Do điều chỉnh tổ hợp dòng điện hàn như vậy nên có thể thay đổi được đồng thời điện thế không tải trong một khoảng nhất định thích ứng với dòng điện hàn, bảo đảm gây được hồ quang dễ dàng và cháy ổn định.
2.2.2.3. Máy hàn xoay chiều có các cuộn dây chuyển động
Đại diện cho nhóm máy này có kiểu TD và TD -500
* Cấu tạo:
Kiểu TĐ gồm những lá thép dạng thanh (1) làm bằng những lá thép kỹ thuật điện kẹp với nhau bằng vít cấy và được cách điện với lõi thép và êcu. Tại
34
lõi thép đặt hai cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp (3) làm bằng nhôm, còn ở đầu ra có hàn thêm tấm đồng. Cuộn sơ cấp bắt cố định ở giàn dưới, cuộn thứ cấp là cuộn di động. Nó được bắt với êcu vào thanh dưới và thanh trên, nó có thể thay đổi hành trình bằng vít răng (4) kẹp (5) gắn cuộn sơ cấp vào ổ chẹn để cho hành
Hình 2-23: Biến áp hàn kiểu TD
trình của vít đi qua lỗ trong giàn và bố trí ở cửa của biến áp. Trên trục vít có bắt bánh răng chuyển động khi quay tay quay (6) dẫn đến trục vít và ê cu chuyển động lên trên hay xuống dưới phụ thuộc vào hướng quay của tay và đồng thời làm chuyển động cuộn dây thứ cấp.
* Nguyên lý làm việc:
- Khi thay đổi khoảng cách (l) giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp dẫn đến thay đổi điện kháng (L): L = W12.0. g. (l - l0) + L0
Tromg đó:
W1: là số vòng dây của cuộn sơ cấp.
0
: là hệ số từ.
G: là tính dẫn từ của thanh giữa và cuối khung (tính dẫn từ trên một dơn vị chiều dài của thanh).
L0: khoảng cách nhỏ nhất giữa các cuộn dây khi biến áp có điên camr L0.
Xba là trở kháng của biến áp: Xba = w.L = 2f.L .
Trở kháng của biến áp (Xba) phụ thuộc vào điện kháng (L), điện kháng (L) phụ thuộc vào khoảng cách giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp (l) dẫn đến trở kháng (Xba) phụ thuộc vào khoảng cách (l)
- Khi có tải: Điện áp hàn Uhq = (U22 (Ihq.Xba)2) Từ đó ta có Ihq=
ba hq X U U ) ( 22 2
35
- Khi gắn mạch: Điện áp hàn giảm xuống bằng không (Uhq=0) dẫn đến Ih = ba X U2
Khi thay đổi khoảng cach (l) dẫn đến trở kháng thay đổi khi đó cường độ dong điện (Ihq) thay đổi. Nếu khoảng cách (l) mà nhỏ thì cường độ dòng điện phụ thuộc nhiều vào (l). Ngược lại, nếu khoảng cách (l) mà lớn thì cường độ dòng điện it phụ thuộc vào (l).
2.2.3 Máy hàn điện một chiều
Máy một chiều được chia làm 4 kiểu chính:
- Máy hàn một chiều có cuộn kích thích từ độc lập.
- Máy hàn điện một chiều có cuộn kích thích mấc song song và cuộn khử từ mắc nối tiếp.
- Máy hàn điện một chiều có các cực từ lắp rời. - Máy hàn điện một chiều với từ trường ngang.
2.2.3.1. Nguyên lý chung của các máy điện một chiều
Khi dây dẫn chuyển động trong từ trường cắt các đường sức từ lập tức dây dẫn xuất hiện sức điện động cảm ứng.
E = B.l.V.10 -8(V) (1)
Trong đó: B là cảm ứng điện từ.
l: độ dài dây dẫn trong điện trường tính bằng (m). V: tốc độ cắt các đường sức từ.
Trong máy điện một chiều các dây dẫn được quấn trong kẽ hở của rôto và hai đầu dây dẫn được nối ra ngoài bằng hai vành bán khuyên (vành góp) được cách điện với nhau và được đưa ra chổi điện than.
Giá trị của sức điện động tỉ lệ thuận với chiều dài của dây dẫn với cảm ứng từ B của từ trường ở các khoảng trống giữa các cực N, S và tỷ lệ thuận với tốc độ cắt các đường sức (V).
Trong thực tế phải tính đến giá trị trung bình của B. Tính B trung bình: B = l . Trong đó : Là từ thông. : Độ lớn cửa cực.
l: Độ dài dây dẫn nằn trong từ trường tỷ lệ thuận với đường kính của rôto và tỷ lệ nghịch đến số đối cực P. = P D 2 .
36 P là số đối cực
Nếu số vòng quay của rôto trong từ trường là l thì tốc độ (V) sẽ là:
V = (2) 30 . . 60 . . . 2 . 60 . .Dn Pn Pn
Thay (2) vào (1) ta lấy được E trung bình. Etb= Btb.l.V = 30 . . . . . n P l l Etb = 30 . .Pn Nếu gọik = 30 P thì Etb= k..n và etb = k..n.10-8(V)
2.2.3.2. Máy phát điện hàn có các cực từ lắp rời.
* Cấu tạo:
Hình 2-24: Cấu tạo máy phát điện một chiều có các cực từ lắp rời
Máy phát điện một chiều kiểu các cực từ lắp rời dùng để hàn gồm có 4 cực từ, hai cực từ cùng tên được nối song song với nhau. Trên cực điện có lắp 3 tổ chổi điện than hai tổ chổi điện than chính a và B cung cấp điện cho hồ quang, ở giữa lại có lắp chổi điện than phụ c, chổi điện than phụ a và C cung cấp điện cho cộn dây kích từ cửa máy phát điện,ta có thể điều chỉnh điều chỉnh dòng điện của cuộn dây kích từ bằng bộ biến trở lắp ở trên máy hàn, có thẻ dùng tay nắm để di chuyển vị trí của chổi điện than (hình2-24).
37
* Nguyên lý làm việc:
Phản ứng rôto là gì? Theo nguyên lý điện từ khi có dòng điện thông qua rôto của máy phát điện sẽ sinh ra từ thông. Từ thông sinh ra có tác dụng làm yếu từ trường sẵn có trong máy hiện tượng này gọi là phản ứng rôto.
- Khi không tải: Trong rôto của máy phát điện không có dòng điện hàn thông qua, không sinh ra phản ứng rôto, do đó điện thế không tải của máy phát điện hơi cao, rất dễ mồi hồ quang.
- Khi có tải: Trong rôto của máy phát điện có dòng điện hàn thông qua, làm từ thông của máy phát điện sẽ giảm xuống tới mức tương đương với điện thế dùng để đốt cháy hồ quang một cách ổn định. Tùy thuộc vào sự thay đổi chiều dài hồ quang, phản ứng rô to cũng thay đổi làm ảnh hưởng tới điện thế công tác của máy phát điện. Do đó lúc chiều dài của hồ quang tăng, thì điện thế công tác của máy phát điện cũng sẽ tăng theo, như vậy đáp ứng được nhu cầu khi hàn.
- Khi gắn mạch: Phản ứng rôto rất lớn, khiến cho điện thế của máy phát giảm xuống xấp xỉ trị số không, như vậy hạn chế được dòng điện chập mạch.
* Điều chỉnh dòng điện hàn:
Có hai phương pháp điều chỉnh dòng điện hàn, điều chỉnh sơ và điều chỉnh kỹ.
- Điều chỉnh sơ: Cho phép dòng điện hàn thay đổi rất lớn. Thông qua việc di chuyển chổi điện than để thực hiện việc điều chỉnh, lúc di chuyển chổi điện than theo chiều quay của rôto thì phản ứng rôto sẽ tăng, điện thế của máy hàn giảm xuống dòng điện hàn cũng sẽ giảm xuống. Ngược lại, nếu di chuyển chổi điện than theo chiều quay của rô to thì dòng điện hàn sẽ tăng lên.
- Điệu chỉnh kỹ: Cho phép dòng điện hàn thay đổi ít (sau khi điều chỉnh sơ thì tiến hành điều chỉnh kỹ): Bằng cách thay đổi bộ biến trở để thay đổi dòng điện của cuộn dây kích từ, làm tăng giảm từ thông của máy phát điện, khi đó sẽ thay đổi được cường độ dòng điện hàn.
Trên máy hàn một chiều có các cực đấu dây. Căn cứ theo nhu cầu ta có thể thay đổi cách đấu dây, để thay đổi cực tính hàn. Nhà máy chế tạo biến thế của ta đã sản xuất được máy hàn một chiều kiểu máy 2HM-300 là loại máy hàn