7. Một số thiết bị điện dân dụng khác 1 Máy sấy tóc
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MÁY HÀN
Với trình độ khoa học ngày càng hiện đại, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật vào trong sản xuất ngày càng mở rộng. Trong đó cỏc mỏy hàn điện dựng cỏc bộ chỉnh lưu được ưu tiên sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và đã đáp ứng được các sản xuất và đổi mới công nghệ. Việc dựng cỏc bộ chỉnh lưu cú các ưu điểm nổi bật sau:
+ Có thể tạo ra bộ nguồn có công suất lớn. + Tổn thất điện áp bé:
+ Độ nhạy của hệ thống cao vì quán tính từ bé. Độ ổn định dòng và áp cao
+ Hiệu suất cao, khụng gõy ồn ào, chi phí vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa thấp.
+ Kích thước bộ nờn thuận lợi khi làm viờc ở những nơi có di chuyển
Trong phạm vi đề tài này em tính toán thiết kế máy hàn hồ quang một chiều dùng chỉnh lưu một pha hai nửa chu kì có điểm giữa.
Với các thông số: Điện áp xoay chiều U=380V, f= 50Hz, Điện áp hở mạch: Uho=60V
Dòng điện cực đại bằng 200(A)
I. Thiết kế mạch lực
Để cung cấp nguồn điện cho hàn hồ quang ta sử dụng sơ đồ chỉnh lưu một pha 2 nửa chu kì.
2. Tính toán các thông số cơ bản của mạch
a) Điện áp:
- Điện áp chỉnh lưu không tải (hở mạch) là: Ud = Udo. Cosαo= Uho+ ∆Uba + ∆Uv+ ∆Ud
Trong đó: ∆Uv là sụt ỏp trờn van = 1,5V ∆Ud: là sụt ỏp trờn dây dẫn = 0
∆Uba =∆Ur+ ∆Ux:sụt ỏp trờn điện trở và điện áp của máy biến áp. = 4%+ 1,5% = 5,5%
Và α0 là góc mở của thyristor khi hở mạch, chọn α =60o
Thay các thông số ta được:
Udo. cos αo = 60. 1,055 + 1,5 = 64,8 V → Udo = 2. 64,8 = 129,6 (V)
o Điện áp thứ cõp mỏy biến áp: U2 = = 144 V
o Tỉ số máy biến áp: K= = = 0,38
o Điện áp ngược lớn nhất mà mỗi Thysistor phải chịu: Um =2.U2 = 407,3 V
b) Dòng điện
o Trị trung bình cực đại dòng điện chạy trong mỗi thyristor: Itbmax = = =100 (A)
o Trị hiệu dụng cực đại chảy qua thứ cấp MBA: I2max = = = 141 (A)
o Trị hiệu dụng sơ cấp chạy qua MBA: I1max= m.I2max = 0,38. 141 =54 A
3. Chọn Thyristor
Tính toán trờn cú: Ungmax = 407,3 V Itbmax =100 A
o Chọn điều kiện làm việc của van là tốt nhất với cánh toả nhiệt và quạt đối lưu không khí. Trong điều kiện đú cú:
Hệ số dự trữ điện áp ku = 1,6 Hệ số dự trữ về dòng điện ki = 1,2 o Do vậy phải chọn Thyristor ít nhất chịu được
Ung = 1,6. 407,3 = 652 V Itb = 1,2. 150 = 180 A
o Ta chọn Thyristor SC 150C80 với các thông số sau: Điện áp ngược cực đại của van: Ungmax = 800 V Dòng điện định mức của van: = 150 A Điện áp xung điều khiển : Ug = 3 V Dòng điện của xung điều khiển: Ig = 0,1 A Dòng điện rò: Irò = 15 mA Sụt ỏp trờn Thyristor: ∆UT = 1,6 V Tốc độ biến thiên điện áp: = 200V/s Tốc độ biến thiên dòng điện: = 180 A/s Thời gian chuyển mạch: tcm = 80s 4. Thiết kế máy biến áp
U1 = 380 (V) I1 = 54 (A) U2 = 144(V) I2 = 141(A) o Công suất biểu kiến máy biến áp phía thứ cấp:
S2 = U2. I2 = 144.141 = 20304 (VA) o Công suất biểu kiến máy biến áp phía sơ cấp:
S1 = U1. I1 = 380.54= 20520 (VA) → Công suất biểu kiến máy biến áp: S = = = 20412 (VA)
Ta chọn MBA 1pha, 1trụ dạng I, làm mát bằng không khí. Đây là máy biến áp có điểm giữa do vậy có 1 cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp. a) Tiết diện trụ của lừi thộp MBA:
Tiết diện trụ được tính theo công thức kinh nghiệm: QFe = k. (cm2)
Trong đó:
+) k là hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy k =6 +)c: số trụ của MBA (3 pha: c=3 ; 1pha: c=1)
QFe = 6. = 121 cm2
b) Tính toán dây quấn
o Chọn vật liệu là cỏc lỏ tụn Silic dày 0,5 mm, tổn thất 1,3 W/kg, trọng lượng riêng 7,5 kg/dm3.
Chọn mật độ từ cảm trong tụ B = 1,1 T o Số vòng dây mỗi cuộn tính theo công thức:
o Tiết diện dây: SCu = (mm)
Trong đó: I- dòng điện chạy qua cuộn dây
J- mật độ dòng điện 2-3A/mm2, tuỳ theo chất lượng dây lấy J =3
→ Tiết diện dây sơ cấp: SCu1 = = =18 mm2
Tiết diện dây thứ cấp: SCu2 = = = 47 mm2
c) Tớnh kích thước mạch từ o Chọn trụ từ có hình chữ nhật:
QFe = a.b
o Diện tích cửa sổ của mạch từ:
Qcs = t.h =kld. (W1.SCu1 + W2.SCu2)
Trong đó kld là hệ số lấp đầy = 2 hoặc 3)
→ Qcs = 2.(125. 18 + 96. 47) = 9764 mm2 98 cm2 o Các hệ số phụ: Chọn: = 2,3 ; = 0,5 = 1,5 →QFe = 1,5. a2 → a = 10 (cm) b = 15(cm), c = 5(cm), h = 27(cm), t = 6 (cm) d) Kết cấu dây quấn:
o Dây quấn được bố trí theo chiều dọc trụ với mỗi cuộn dây được quấn thành nhiều lớp, mỗi lớp cách nhau bằng bìa cách điện.
o Tiết diện dây rất lớn, ta chọn tiết diện dây hình chữ nhật o Số vòng dây trên mỗi lớp:
WL =
Trong đó: là khoảng cách cách điện, lấy = 4 mm là bề rộng của bỏnh dõy
→ WL1 = 52 với br = 5 mm, bề dày cuộn dây = 15mm→Quấn 3 lớp →WL2 = 133 với br = 2mm, bề dày cuộn dây = 10 mm→Quấn 1 lớp 5. Lọc
a) Tính toán lọc L,C:
o Điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu được triển khai ở dang fourier. Cỏc súng hài bậc cao có biên độ rất nhỏ nên ta có thể dừng lại ở 2 số hạng đầu. Với chính lưu 1pha cả chu kì có điểm giữa:
ud = +
Khi đó LC sẽ được tính theo công thức: LC = Trong đó: A = 0,425 ; n = 2 kLC là tỉ số nhấp nhô kLC = = 0,01 LC = = 107,8. Chọn C = 10000 nF L = 10,76 mH b) Thiết kế cuộn L:
Cuộn kháng cho dòng điện lớn đi qua nên tiết diện dây dẫn lớn, vì vậy điện trở thuần của cuộn kháng nhỏ nên có thể bỏ qua.
ZCK = XCK = 2fmL = 314.2.10,76. = 6,78 Ω
Biên độ sóng hài dòng điện bậc 1 qua cuộn kháng: Im = = = 13,56 A
Điện áp xoay chiều rơi trên cuộn kháng lọc: UCK = ZCK. = 65 V
Công suất của cuộn kháng lọc: SCK = UCK. = 623 VA
o Chọn lừi thộp hình chữ I, tiết diện trụ: Q = k. = 5. = 12,5 cm2
o Chọn mật độ từ cảm trong trụ là B = 1T. Số vòng dây trên cuộn kháng: W = = = 117 vòng
o Dòng điện chạy qua cuộn kháng: Ik = = 200
Chọn mật độ dòng điện J = 3 A/mm2
→ Tiết diện dây: SCK = 67 mm2 →chọn dây d =10 mm 6. Thiết kế các thiết bị bảo vệ
bán dẫn chỉ được phép làm việc ở nhiệt độ cho phép nào đó tuỳ thuộc vào loại van. Đối với bán dẫn Ge: Tcp = 80ữ100.
o Việc làm mỏt cú ảnh hưởng tới dòng điện làm việc cho phép của van. Với dòng khá lớn:
Không có toả nhiệt: Ilv 10%Idm
Toả nhiệt bằng cánh toả nhiệt đồng, nhôm: Ilv 40%Idm
Toả nhiệt bằng cánh quạt và quạt thổi gió: Ilv 70%Idm
Làm mát bằng nước Ilv 90%Idm
o Do vậy để mua bán dẫn làm việc an toàn, hiệu suất cao, không bị chọc thủng về nhiệt ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lí.
o Tổn thất công suất trên một Thyristor là: = .Iv = 1,5. 141 = 211,5 W
Công suất toả nhiệt này khá lớn do vậy cần làm mát bằng cánh toả nhiệt và quạt gió.
b) Bảo vệ quá điện áp cho van:
Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt Thyristor được thực hiện bằng mạch RC mắc song song với Thyristor tạo thành mạch vòng phóng điện tích trong quá trình chuyển mạch.
Chọn R = 5 Ω, C = 25
II. Thiết kế mạch điều khiển