I. Mục tiêu: Học xong bài này người học có khả năng:
1- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy hàn điện hồ quang tay.
1.1 Các yêu cầu đối với máy hàn điện
- Khi mồi hồ quang cho que hàn tiếp xúc với vật hàn, tạo thành hiện tượng chập mạch tiếp đó nhấc que hàn lên để mồi hồ quang. Trong quá trình như vậy, điện trở chập mạch bằng 0, khi hồ quang cháy thì điện trở có trị số nhất định.
- Trong quá trình hàn vì thao tác bằng tay, cho nên chiều dài hồ quang luôn thay đổi, hồ quang dài thì điện trở lớn, ngược lại. Do đó muốn cho hồ quang hơi dài đốt cháy ổn định, thì đòi hỏi điện thế hơi cao, ngược lại hồ quang ngắn thì điện trở thấp.
Ngoài ra que hàn nóng chảy nhỏ giọt vào bể hàn. Trong mỗi giây nhỏ trên 20 giọt, khi giọt to rơi xuống tạo hiện tượng chập mạch làm hồ quang bị tắc để mồi lại hồ quang đòi hỏi phải có điện thế tương đối cao ngay lúc đó.
Do đó các đặc điểm trên nếu dùng máy phát điện hay máy biến thế thông thường cung cấp điện cho hồ quang, thì không thể duy trì hồ quang cháy ổn định được. Thậm chí không mồi được hồ quang mà còn có thể cháy máy phát hoặc biến thế.
Để đáp ứng những yêu cầu trong khi hàn máy hàn điện phải đạt những yêu cầu sau:
+Điện thế không tải của máy phải cao hơn điện thế khi hàn, không gây nguy hiểm khi sử dụng Uo < 80V.
- Đối với nguồn điện xoay chiều: Uo = 55 80V,điện thế làm việc Uh=25
45V
- Đối với nguồn điện một chiều: Uo = 30 55V, Uh = 16 35V.
+ Khi hàn thường xảy ra hiện tượng ngắn mạch lúc này cường độ dòng điện rất lớn. Dòng điện lớn làm nóng chảy que hàn và vật hàn nhanh, còn có thể phá hỏng máy. Do đó trong quá trình hàn cho phép dòng điện ngắn mạch Id = (1,3 1,4)Ih.
+ Tuỳ thuộc vào sự thay đổi chiều dài hồ quang điện thế công tác của máy hàn phải có sự thay đổi nhanh chóng và thích ứng.
Khi chiều dài hồ quang tăng điện thế công tác tăng và ngược lại.
+ Quan hệ điện thế và dòng điện của máy hàn gọi là đường đặc tính ngoài của máy. Đường đặc tính ngoài thường dùng để hàn hồ quang tay yêu cầu phải là đường cong dốc liên tục tức là dòng điện trong mạch tăng điện thế của máy giảm xuống và ngược lại.
Đường đặc tính ngoài càng dốc thì càng thoả mãn yêu cầu trên, vì khi chiều dài hồ quang thay đổi thì dòng điện hàn thay đổi.
+Máy hàn phải điều chỉnh được cường độ dòng điện để thích ứng với những yêu cầu khác…
1.2. Máy hàn điện xoay chiều:
1.2.1. Cấu tạo máy hàn xoay chiều có bộ tự cảm riêng.
Máy gồm hai bộ phận riêng biệt là bộ phận biến thế và bộ phận tự cảm, mỗi bộ phận được đặt trên 1 giá khác nhau có vỏ bảo vệ và bánh xe để di chuyển.
- Bộ phận biến thế gồm:
+ Khung từ hình vuông được ghép từ nhiều lá thép có độ thẩm từ cao ghép cách điện với nhau.
+ Cuộn dây sơ cấp 2: Do làm việc ở điện thế cao và dòng điện nhỏ hơn nên tiết diện dây nhỏ và được quấn nhiều vòng, độ cách điện cao.
+ Cuộn dây thứ cấp 4 làm việc ở điện thế thấp hơn nhưng dòng điện lớn hơn nên có tiết diện chữ nhật hoặc hình vuông để tỏa nhiệt tốt, số vòng dây ít hơn.
- Bộ phận tự cảm:
+ Khung thép hình vuông có 1 cạnh tách rời và gắn với trục vít me, có thể di chuyển lên xuống nhờ hệ thống vít me và tay quay 6.
+ Trên 2 cạnh đối diện nhau được cuốn một số vòng dây tự cảm. - Sơ đồ đấu điện như sau:
1.2.3. Nguyên lý hoạt động.
Máy hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ như một máy biến thế. Khi cho dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp sinh từ thông chạy trong lõi thép. Từ thông này cảm ứng lên cuộn sơ cấp tạo ra suất điện động cảm ứng, nếu nối với tải tạo thành mạch kín thì trên cuộn thứ cấp xuất hiện dòng điện cảm ứng.
* Máy chạy không tải (khi đóng điện nhưng chưa hàn):
- Ih = 0 Utc = 0 U2 = Uh *Máy chạy có tải (máy làm việc):
Ih ≠ 0 U2 = Uh + Utc = const mà Utc = Ih. Rtc + Ih. Xt
Rtc - Điện trở thuần của bộ tự cảm (), Xtc - Trở kháng của bộ tự cảm ()
U2 = Uh + Utc = Uh + Ih (Rtc + Xt) mà Xtc = 2ð.L
U2 = Uh + Ih (Rtc + 2ð.L) = const Utc
là tần số dòng dòng điện , L là số tự cảm của bộ tự cảm
Khi hàn, chiều dài hồ quang luôn luôn thay đổi dẫn tới dòng điện thay đổi mà U2 = const theo nguyên tắc của máy biến thế. Vì vậy khi Ih thay đổi thì Uh phải thay đổi theo tỷ lệ nghịch, tức là khi dòng điện Ih tăng lên thì Uh phải giảm và ngược lại. Đây chính là đặc tính dốc của quan hệ dòng điện và hiệu điện thế để đảm bảo nguồn nhiệt do dòng điện tạo ra tại đầu que luôn là một hằng số, có như vậy người thợ mới thực hiện được quá trình hàn.
Như vậy bộ phận tự cảm đã tạo ra đặc tính dốc cho quan hệ giữa dòng điện và điện thế trong máy hàn.
*Khi ngắn mạch:
Khi giọt kim loại lớn bằng khoảng cách hồ quang sẽ gây hiện tượng ngắn mạch làm cho Uh = 0, do trong mạch có điện trở thuần lên dòng điện trong mạch Ih =
Iđ (dòng điện định mức). Iđ tính theo công thức:
Iđ = U2 x Rt 0,8ð2 10-3 W2tc Rt là từ trở của bộ tự cảm, Wtc là số vòng dây bộ tự cảm. 1.2.4. Điều chỉnh dòng điện:
- Căn cứ vào công thức tính dòng điện định mức, thay đổi dòng điện chính là thay đổi dòng điện định mức. Vì vậy ta có 2 cách thực hiện sau:
+ Điều chỉnh thô bằng cách thay đổi số vòng dây tự cảm Wtc, vì Wtc ở mẫu số của phân thức nên Wtc tăng lên thì Id giảm đi và ngược lại. Thay đổi này thực hiện trên cầu đổi nối ở bảng điện đầu ra của máy hàn.
+ Điều chỉnh tinh bằng cách thay đổi trở từ Rt, muốn Rt tăng lên thì vặn vít me làm cho khung từ di động đi lên dòng điện sẽ tăng lên và ngược lại.
Các máy hàn thế hệ sau hiện đại hơn hoặc có thể tích hợp 2 bộ phận thành một nhưng đều hoạt động dựa trên nguyên tắc như máy hàn xoay chiều đã trình bày ở trên.
Các máy hàn một chiều cũng hoạt động như máy hàn xoay chiều nhưng có thêm bộ phận chỉnh lưu dòng điện để biến đổi dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều.
1.3. Máy hàn điện một chiều:
1.3.1. Cấu tạo:
Máy hàn điện một chiều gồm 2 phần:
- Phần biến thế giống như máy hàn điện xoay chiều, có tác biến đổi từ điện lưới ra điện áp hàn có đặc tính dốc.
- Phần chỉnh lưu gồm 4 điốt biến đổi dòng điện từ dòng xoay chiều thành dòng điện một chiều.
Hình dạng bên ngoài của máy hàn một chiều
Sơ đồ chỉnh lưu bằng 4 điốt:
Dòng điện khi chưa chỉnh lưu
Dòng điện sau khi khi chỉnh lưu
1.3. Máy hàn điện một chiều chỉnh lưu dòng điện 3 pha có biến trở (MHD 1000). 1000).