Đề tài “ Thiết kế bộ nguồn cho máy hàn tự dộng dùng thyristor đảm bảo được các yêu cầu công nghệ’’ docx

Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
ĐỀ TÀI
“ Thiết kế bộ nguồn cho máy hàn tự
dộng dùng thyristor đảm bảo được các yêu
cầu công nghệ’’
SV:Đinh Trọng Thuận
- 2 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội, các lĩnh
vực khoa học, kỹ thuật ứng dụng vào các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp điện tử
nói riêng, các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng và được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng
dụng vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại
thiết bị này hết sức cần thiết đối với kỹ sư ngành điện
Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng rộng rãi các loại máy hàn
vào công nghiệp là hết sức quan trọng nói một cách cụ thể hơn là đối với các ngành cơ khí chế tạo.
Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và các loại máy hàn trong đó có hàn tự động. Trong
bản đồ án môn học này được sự hướng dẫn của thầy Đỗ Mạnh Cường với đề tài :
“ Thiết kế bộ nguồn cho máy hàn tự dộng dùng thyristor đảm bảo được các yêu cầu công nghệ’’
Em có đưa ra một số phương án trình bày trong bản đồ án thiết kế. Tuy nhiên với sự hiểu biết và
những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót nhất
định.Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên
Đinh Trọng Thuận
- 3 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
Chương 1
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ
1.1.Nguyên lý của hàn một chiều

a. Định nghĩa
Hàn là quá trình nối hai vật liệu bằng kim loại vói nhau bằng cách nung nóng chỗ nối đến nóng chảy hoặc gần nóng chảy
b. Nguyên lý của hàn một chiều
Là một dạng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện lớn (10
2
đến 10
3
A/mm
2
) tạo hiện
tượng hồ quang điện làm nóng chảy kim loại Ở điều kiện bình thường chất khí hầu như không dẫn điện.
Nếu đặt lên hai điện cực trong môi trường không khí một điện trường có cường độ đủ lớn thì có thể phá
vỡ cách điện của chất khí và có khả năng dẫn dòng điện lớn, phụ thuộc vào tính chất chất khí, áp suất của
nó, nhiệt độ môi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn của cường độ điện trường…
Đặc tính V-A, đặc tính tĩnh của hồ quang:
Để giảm được U mồi mà vẫn gây được hồ quang người ta
cho hai điện cực tiếp xúc nhau gây ra I đoãn mạch. Nếu I
đoản mạch đủ lớn sẻ nung kim loại chổ tiếp xúc nóng chảy.
Thường sử dụng đoạn đặc tính CD để hàn
. Hình 1.1 Đặc tính VA
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 những 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
- 4 -
I

h
A
B
C
D
h
U
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
1.2. Cấu trúc máy hàn
Tùy theo nhu cầu sử dụng và tiêu chuẩn của nhà sản xuất nên cấu tạo các loại máy hàn cũng khác biệt nhau.Tuy nhiên
cấu tạo máy hàn có thể chia thành các phần chính sau:
- Nguồn điện có thể là xoay chiều AC hoặc một chiều DC được tạo ra từ bộ biến đổi
- Mỏ hàn và kẹp mass cùng cáp dẫn điện
- Bình khí và van điều áp có thể là khí Argon tinh khiết, Heli tinh khiết, CO2 tinh khiết, Hỗn hợp Argon + heli, Hỗn hợp
Argon + CO2
- Ngoài ra còn các bộ phận khác như vỏ, đồng hồ, làm mát, các nút điều khiển vv
1.3. Phân loại
a. Theo chế độ hàn người ta chia làm 2 loại
-Kiểu thường: dòng điện được khống chế theo dạng hình thang: có điểm tăng dòng, duy trì và giảm dần về không
-Kiểu có xung: cũng như trên nhưng dòng khống chế được điều chế một tần số nào đó. Độ rộng và chu kỳ cũng có thể
thay đổi cho phù hợp với vật
b. Phân loại theo kiểu máy : có 3 loại
-Máy dùng chỉnh lưu diode
-Máy dùng chỉnh lưu bằng thyristor
-Máy inveter
c. Phân loại theo dòng hàn: có 2 loại
-Máy hàn DC
Inveter AC >DC >AC >DC
Thyristor AC >DC
+- Máy hàn AC >DC >AC

1.4. Các yêu cầu khi làm việc
- Nguồn hàn phải đảm bảo dòng hồ quang cả ở chế độ mồi và chế độ hồ quang ổn định
- Đảm bảo an toàn khi làm việc ở chế độ làm việc cũng như chế độ ngắn mạch làm việc
- Nguồn hàn phải có công suất lớn
- Nguồn hàn phải có khả năng điều chỉnh được dòng hàn
- Đường đặc tính ngoài của nguồn hàn phải đáp ứng được từng phương pháp hàn cụ thể ở đây
là hàn tự động thì đường đặc tính ngoài phải cứng
- 5 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
CHƯƠNG 2:
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Để cấp nguồn cho tải một chiều, chúng ta cần thiết kế các bộ chỉnh lưu với mục đích biến đổi năng lượng điện xoay
chiều thành năng lượng điện một chiều. Các loại bộ biến đổi này có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu sau đây:
- Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển
- Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
- Chỉnh lưu cầu ba phan có điều khiển.
2.1. Nhận xét các sơ đồ
a. Ưu và nhược điểm của chỉnh lưu tia 3 pha
-ưu điểm : so với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp
đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc điều khiển các van tương đối đơn giản
-nhược điểm : sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp ra tải chưa thật tốt lắm, khi cần chất lượng điện áp ra
tốt hơn thì dùng sơ đồ nhiều pha hơn.
b.Ưu nhược điểm của sơ đồ cầu ba pha không đối xứng
- Ưu điểm:sơ đồ có ít kênh điều khiển hơn so với sơ đồ cầu 3 pha đối xứng nên điều khiển dễ dàng hơn,đầu tư ít hơn
- nhược điểm: điện áp ra không được tốt như sơ đồ cầu 3 pha đối xứng,dải điều chỉnh điện áp không lớn lắm
c. Ưu và nhược điểm của chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng
- ưu điểm : chất lượng điện áp tốt nhất, hệ số đập mạch thấp, thành phần sóng hài nhỏ, hiệu suất
sử dụng biến áp tốt nhất
- nhược điểm : cần phải mở đồng thời hai van theo đúng thứ tự pha nên rất phức tạp, nó gây khó khăn khi chế tạo vận
hành và sửa chữa

Với đề bài cho : thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều có các thông số :

U
vào
(v) U
d0
(v) I
đm
( A )
3x380 75 200
Sơ bộ ta có công suất một chiều P
d
= U
d
. I
d
=75 . 200=15000w
Theo các tài liệu cho thấy :
- Công suất > 5 KW ta dùng sơ đồ chỉnh lưu ba pha
- Đện áp một chiều ra tải cao > 30V nên dùng sơ đồ hình cầu
- 6 -
3
T
T
1
2
4
T
6
T

T
5
T
11
RRLR
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
- Điện áp chỉnh lưu nhỏ hơn nhiều so với lưới nên phải sử dụng BA nguồn
==> Vì vậy ta chọn sơ đồ cầu ba pha có điều khiển là thích hợp nhất
2.2. SƠ ĐỒ CẦU 3 PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN:
a. Sơ đồ và đồ thị



Hình 2.1 Sơ đồ
b.Công thức tính toán:
( áp dụng giáo trình điện tử công suất của thầy
Trần Trọng Minh – Võ Minh Chính - Phạm Quốc Hải )
0
654321
30=======
ααααααα
Nếu
0
60≤
α
αα
α
cos 34,2cos.
20
UUU

dd
==
3
d
TBV
I
I =
2max
.6UU
ng
=
max
.05,1
dba
PS =
( khi góc mở = 0 )


Hình 2.2 Đồ thị điện áp
- 7 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
2.3. Tính toán các tham số của sơ đồ
2.3.1 Phía nguồn:MBA ( chọn MBA ba pha ba trụ )
- Điện áp sơ cấp MBA: U
1
=3 X 380 (V)
- Công suất một chiều:

15000200.75.
0

===
ddd
IUP
W
- Công suất MBA:
1575015000.05,1.05,1
max
===
dba
PS
VA
- Ta có phương trình cân bằng điện áp:
∑
+∆=
dd
UUU
0

Với
BALV
UUUU ∆+∆+∆=∆
∑

VU
L
5,3=∆
,
VU
V
2,36,1.2 ==∆

VUU
dBA
75,375.05,0%5
0
===∆
∑
++−=∆−=→ )75,35,32,3(75
0
UUU
dd
=64,5 (V)
Với sơ đồ 3 pha có điều khiển ta có công thức sau: mà
α
cos 34,2
20
UU
d
=
0
.
arccoscos
d
d
dod
U
U
UU
α
α
αα

=→=
=
0
30
75
5,64
arccos =→
α

)(33
3034,2
5.64
0
2
V
Cos
U ==⇒
- Điện áp pha thứ cấp MBA là :33 (V )
Dòng hiệu dụng thứ cấp là:

)(2.163816,0.200816,0
2
AII
d
===
- Dòng sơ cấp MBA:
A
B C
R
c

T
4
R
c
T
6
R
c
2
T
l
R
c
T
1
R
T
3
R
c
T
5
Vât han
R
s
u
phd
CD
AT
C

Hình 2.3 : Sơ đồ mạch lực
- 8 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
- 9 -
Lời nói đầu
I
1
= I
2
.K
ba
=
2
1
2
.I
U
U
=
2,163.
380
33
= 14,1(A)
- Số vòng / vôn:
36,110.48,61.50.1.44,4 BT 44,4
4
==
−
BQf
( vòng/ vôn )

- Số vòng dây sơ cấp:
280
36,1
380
36,1
1
1
===
U
W
( vòng / vôn )
- Số vòng dây thứ cấp:
28
36,1
34
36,1
2
2
===
U
W
( vòng / vôn )
2.3.2.Phía mạch lực: tính toán chọn van
- Điện áp chỉnh lưu không tải :
)(75
0
VU
d
=
-Điện áp ngược đặt lên van là: U

ngmax
=
6
U
2
=
6
.33 =80.5 ( v)
- Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu:

⇒
uk
LVdtU
Ungv .=
=1,6 . 80.5 = 129 (V) với k
dtU
: hệ số dự trữ điện áp chọn k
dtU
= 1,6
- Dòng điện làm việc của van: : I
TBVAN

==
3
200
3
d
I
66,6 (A)
Chọn chế độ làm mát cho van là quạt thông gió và cánh tản nhiệt, chọn hệ số dự trữ dòng điện: K

DTI
= 2 vậy van phải
chịu được dòng điện là: : I
V
= K
DTI
. I
TBVAN
= 2.66,6 = 133,2 (A)
chọn thyristor T10-80 do nga chế tạo ( phụ lục 2trang 432 sách hướng dẫn thiết kế điện tử công suất của
thầy Phạm Quốc Hải ) với các thông số sau:
- U
max
= 1200V
- I
max
= 1200A
- ∆U

=2.7V
- I
gm
= 150 mA
- U
gm
=4 V
- dU/dt = 50 – 1000 V/µs
- di/dt = 40 - 200 A/µs
- T
off

=150 - 70µs
a. Tính toán bảo vệ:
* Bảo vệ dòng điện di/dt = 40 - 200 A/µs cho van:
- 10 -
Lời nói đầu
+Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắt mạch Thyristor, ngắn mạch
đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp,
+ Chọn Aptomat có: I
đm
= 1,1.I
1
= 1,1.14,1 = 15,51 (A)
+ Chỉnh định dòng ngắn mạch: I
nm
= 2,5.I
1
= 2,5.14,1 = 35,25(A)
+ Dòng quá tải: I
qt
= 1,5.I
1
= 1,5.14,1 = 21,15 (A)
* Bảo vệ quá điện áp cho van: Người ta chia làm 2 loại nguyên nhân gây ra quá điện áp
+Nguyên nhân bên trong: sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn. Khi khoá thyristor bằng điện áp ngược, các
điện tích nói trên đổi ngược lại tạo ra dòng điện trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng
điện ngược gây ra sức điện động cảm ứng rất lớn trong các điện cảm. Do vậy giữa anot và catot của thyristor xuất hiện
quá điện áp.
+Nguyên nhân bên ngoài: Những nguyên nhân này thường xảy ra ngẫu nhiên như khi cắt không tải một máy
biến áp trên đường dây, khi có sấm sét
Để bảo vệ quá điện áp , người ta thường dùng mạch RC đấu song song với Thyristor nhằm bảo vệ quá điện áp do tích tụ

điện tích khi chuyển mạch gây nên. Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp MBA là để bảo vệ quá điện áp do cắt không tải
MBA gây nên. Trong mạch bảo vệ quá điện áp ta chọn R=80Ω , C=0,25µF
2.4.Tính toán cuộn kháng lọc:
Với yêu cầu của điện áp hàn có K
đmv
=
23,0
30cos
1
.
*
=
dm
K
, hệ số san bằng của mạch lọc : K
sb
=
dmr
dmv
K
K
, với sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta có: K
đmr
= 0,057
⇒
K
sb
=
03,4
057,0

23,0
==
dmr
dmv
K
K
tải có điện trở tương đương:
)(32,0
200
5,64
Ω===
d
d
d
I
U
R

⇒
ta có giá trị điện cảm:

)(51,0)(10.12,5103,4.
50 2.6
32,0
.
.
4
mHHK
wm
R

L
sb
ldm
d
==−
Π
==
−
vậy : điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc :
)(51,0 mHL =
dòng định mức chạy qua cuộn kháng: I
dm
=200 (A)
biên độ dòng xoay chiều bậc 1: I
1m
=10%I
dm
=20 (A)
do dòng điện cuộn kháng lớn và điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xĩ điện kháng:
Z
l

≈
X
l
= wl = 2.
π
.f.5,12.10
-4
= 0,16

)(Ω
điện áp rơi trên cuộn kháng lọc:
2
.
1m
LL
I
ZU =∆
= 0,16.
2
20
= 2,2 (v )
- 11 -
Lời nói đầu
Chương 3:
Tính toán mạch điều khiển
3.1-Nguyên tắc điều khiển:
Hình dưới là sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh hoạ. ở đây khâu U
t
tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thường có dạng
răng cưa, đôi khi hènh sin) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của u
đb
. khâu so sánh ss xác định thời điểm cân bằng của 2 điện
áp U
t
và U
đk
để phát động khâu tạo xung tx. như vậy trong nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều
khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của u
đk

, trấn đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều dọc của trục biên độ. đa số mạch
điều khiển thực tế sử dụng nguyên tắc này

Hình 3.1 Sơ đồ khối

Hình 3.2 Sơ đồ điện áp
3.2. Thiết kế mạch điều khiển:
3.2.1. Tính toán các khâu trong mạch điều khiển:
a.Tính toán khâu đồng bộ:
- 12 -
U 2
.
U ~
- E
+ E
+ E 1
R 1
+
-
3
2
1
84
T R F
1 5
4 8
D 1
1 4 1
D 2
1 4 1

R
V R 1
1 3
2
R 2
U 1
Lời nói đầu
Tính toán:
Chọn góc duy trì và thoát năng lượng θ =5
o
thì điện áp U
1
đặt vào cửa (+) của bộ so sánh là: U
θ
=
2
U
max
sin 5
o
=
2
.12.sin 5
o
= 1,48(v)
ta có:
122
2
VRR
E

R
U
I
R
+
==
Hình 3.3 Sơ đồ mạch
→
1112
52,1048,11248,148,1
VRVRVR
E
R
=
−
=
−
=
→
21
7RVR ≈
chọn R
2
= 5 (k
Ω
) , VR
1
= 50 (k
Ω
)

để điện trở đầu vào của OA
1
là lớn ta chọn điện trở R có giá trị là
100(k
Ω
)

Hình 3.4
Sơ đồ điện áp b.Khâu tạo điện áp răng cưa:
Tính toán: Chu kì của điện áp lưới là:
)(20)(02,0
50
11
mss
f
T ====
tương ứng với 360
0

Hình: 3.5 Sơđồmạch
Hình: 3.6 Sơ đồ điện áp
 Chu kì của điện áp răng cưa là :
)(10
2
ms
T
T
RC
==
tương ứng với 180

0
mặt khác T
rc
= T
p
+ T
n
- 13 -
+ E
+ E 2
U 2
U 3
-
+
1
2
3
4 8
R 3
V R 2
1 3
2
D 3
1 41
R 4
C 1
D Z
- E
Lời nói đầu
trong đó : t

p
- thời gian phóng của tụ c
1
T
n
- thời gian nạp của tụ c
1
như trên ta đã chọn θ = 5
0
tức là T
n
= 10
0
 T
p
= 180
0
- 10
0
= 170
0
tương ứng với thời gian là: T
p
=
ms
x
4,9
180
10170
0

''0
=
T
n
=
ms
x
6,0
180
1010
0
''0
=

chọn giá trị của tụ c
1
= 0,2
µ
f
gọi dòng địên trong quá trình nạp là I
n
. sau khoảng thời gian t = t
n
= 0,6 (ms) thì điện áp trên tụ đạt giá trị U
co
vậy ta có:
9
.
1
3

6,0
0
0
===
∫
t
RC
U
dti
C
U
bh
cC
( )
Ω===→
−
−
33,3333
10.2,0.9
10.6,0.10
.9
6
3
3
t
C
U
R
bh
chọn R

3
có giá trị là 3,5 k
Ω
gọi dòng địên trong quá trình phóng là i
p
. sau khoảng thời gian t = t
p
= 9,4 (ms) thì điện áp trên tụ về giá trị 0
vậy ta có: U
cp
=
dtI
C
U
tlp
pC
∫
−
0
0
1
=0
( )
A
t
CU
I
p
C
p

4
3
6
0
10.9,1
10.4,9
10.2,0.9
.
−
−
−
===→
ta có:
42
2
RVR
E
I
p
+
=
( )
Ω===+→
−
3
4
2
42
10.15,63
10.9,1

12
p
I
E
RVR
chọn R
4
= 20 k
Ω
, vr
2
= 50 k
Ω
có thể điều chỉnh được
c. Khâu so sánh:
Để đảm bảo cho dòng điện đi vào các cửa của khuyếch đại thuật
toán nhỏ hơn 1mA ta chọn R
5
=R
6
=15 k
Ω

Hình 3.7 Sơ đồ mạch
- 14 -
.
+ E
U r c
U 4
- E

U ® k
R 7
R 5
R 6
-
+
1
2
3
4 8
D 4
1 4 1
Lời nói đầu

Hình 3.8 Sơ đồ điện áp
d. Khâu phát xung chùm:
Hình 3.9 Sơ đồ mạch Hình 3.10 Sơ đồ
điện áp


Hình 3.11 Sơ đồ
tạo xung chùm
Tính toán:
chu kỳ dao động:
9
8 3
10
2
2 ln 1
R

T R C
R
 
= +
 ÷
 
chọn tần số phát xung là f = 10 Khz
→
9
8 3
3
10
2
1 1
2 ln 1 0,0001
10.10
R
R C
R f
 
+ = = =
 ÷
 
- 15 -
U 6
+ E
- E
D 6
R 1 1
R 8

R 1 0
R 9
C 3
-
+
1
2
3
4 8
Lời nói đầu
theo kinh nghiệm thường chọn R
9
+ R
10
cỡ 20 k
Ω
, để giảm độ chênh lệch giữa 2 cửa vào của OA chọn R
10
nhỏ hơn
R
9
.vậy chọn R
10
= 5 K
Ω
, r
9
= 15 K
Ω
, chọn trị số tụ điện c

2
là 10 nf
→
8
9
9
2
10
0,0001 0,0001
2500
2.15
2
2.10.10 .ln 1
2 ln 1
5
R
R
C
R
−
= = ≈
   
+
+
 ÷
 ÷
 
 
(
Ω

)
chọn trị số của r
8
là: 2,5 k
Ω
, để có sườn xung dốc đứng ta nên sử dụng loại OA có tham số về tốc độ tăng áp lớn
(như lF351) hoặc dùng comparator (như LM301, LM339…), các loại OA thông dụng như LM324, µa741 cho xung
không thật dốc với khu vực tần số trấn 10 (khz)
e. Khâu trộn xung:
Khâu trộn xung sử dụng IC các cổng AND có 3 đầu vào với các thông số: nguồn nuôi IC : V
cc
= 3÷15 (v), ta
chọn: V
cc
= 12 (v).
+ nhiệt độ làm việc : - 40
o

c ÷ 80
o

c
+ điện áp ứng với mức logic “1”: 2.5÷4,5 (v).
+ dòng điện nhỏ hơn: 1 ma
Bảng chân lí của cổng AND:
x
1
x
2
y

1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0
f. Khâu phản hồi:

Hình 3.12 Sơ đồ mạch
* Nguyên lí hoạt động của khâu phản hồi :
Lấy điện áp phản hồi từ nguồn hàn thông qua điện trở shunt, vì điện áp này nhỏ nên ta cho qua bộ khuếch đại để
được điện áp thích hợp. tiếp theo điện áp phản hồi được đưa vào bộ cộng (đảo) với điện áp mà ta đặt cho nguồn hàn làm
- 16 -
U ® k
+ E
- E
+
-
- E
+ E
- E
+ E
+ E
-
+
1
2
3
4 8
R 1 6
R 2 2
R 1 8

-
+
1
2
3
4 8
R 2 1
R 1 7
V R 2
1 3
2
C 2
R 1 5
R 2 0
-
+
1
2
3
4 8
R 1 9
R S
Lời nói đầu
việc.Sau đó điện áp phản hồi được đưa qua khâu PI để loại bỏ các sóng nhiễu có tần số cao làm cho mạch tăng tính ổn
định
chọn điện áp trên điện trở shunt u
rs
= 2,5 v
ta có: Rs =
2,5

1747
= 0,0014
⇒
P
rs
= 1747
2
.0,0014 = 4272 w
chọn: Rs = 0,0015
Ω
vÀ P
rs
= 10 kw
g.Khối nguồn:

Hình 3.13 Sơ đồ mạch
* Tính toán biến áp
Công suất cấp cho các khối là rất nhỏ, thông thường ta chọn thông số của các biến áp của các khối như sau:
o Khâu ổn áp:
U
1_2
=17 v; I
1_2
=0,6 A
công suất của khâu ổn áp là:
P
1_2
=U
1_2
.I

1_2
=17.0,6=10,2 (w)
o Khâu nguồn công suất :
U
2_2
=10 v; I
2_2
=1 A
công suất của nguồn ổn áp là:
P
2_2
=U
2_2
.I
2_2
=10.1=10 (w)
o Khâu đồng pha:
- 17 -
Lời nói đầu
U
3_2
=12 v; I
3_2
=0,1 A
công suất của nguồn đồng pha là:
p
3_2
=U
3_2
.I

3_2
=24.0,1=2,4 (w)
==> Tổng công suất của cả ba khâu là:
P= P
1_2
+P
2_2
+ P
3_2
=10,2 + 10 + 2,4 = 22,6 (w)
dòng điện sơ cấp trong máy biến áp là:

)(102,0
220
6,22
1
1
A
U
S
I ===

* Tính toán khâu chỉnh lưu và ổn áp:
Tạo nguồn nuôi e=12 V, ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng diode, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn
nuôi: U
2
=17 v
Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng 2 IC ổn áp 7812 và 7912, các thông số chung của vi mạch này:
+ điện áp đầu vào : U
v

= 7÷35 (v).
+ điện áp đầu ra : U
ra
= 12(v) với IC 7812.
U
ra
= -12(v) với IC 7912
+ dòng điện đầu ra: I
ra
= 0÷1 (A).
tụ điện C
4
, C
5
dùng để lọc thành phần sóng hài bậc cao.
chọn:
1
C
=
'
1
C
có: 50v/1000
F
µ


2
C
=

'
2
C
có: 25v/1000
F
µ


3
C
=
'
3
C
=
F
µ
1
chọn C
4
có: 25v/1000
F
µ
các diode D
1
÷ D
8
chọn loại diode thông thường có các thông số:I
tb
= 1A , U

đm
= 200 v
h.Khuyếch đại xung & biến áp xung:
*.Biến áp xung:
Theo phần tính toán ở mạch lực ta chọn van thyristor T10-80
tham khảo các tài liệu cho thấy tỷ số biến áp xung thường áp dụng m =1÷3 lÀ tốt nhất.
ở đây ta chọn m = 2 .Vậy giá trị dòng sơ cấp của BAX
I
1
= I
2
/ m = 150 / 2 = 75 (mA)
giá trị điện áp sơ cấp của BAX:
U
1
= U
2 .
m = 4. 2 = 8 ( v )
- 18 -
+ E 4
T 1R 1 4
R 1 3
R 1 2
T R 2
3
2
1
D 7
1 4 1
T R 1

3
2
1
T R F 2
1 5
4 8
D 8
1 4 1
D 9
1 4 1
Lời nói đầu
công suất của BAX:
S = U
1 .
I
1
= 0,075 . 8 = 0,6 (VA )
chọn vật liệu lếi biến áp xung là ferit làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa: B
s
= 0,45 t, độ từ thẩm µ
A
= 6000 a/m,
diện tích lõi 1cm
2
.
số vòng dây cuộn sơ cấp BAX:
SB
tU
W
s

x
.
1
1
=

Hình 3.14: Sơ đồ mạch
trong đó: T
x
là chiều dài xung truyền qua máy biến áp thường có giá trị từ 10 đến 600µs.ở đây ta chọn t
x
là 350 µs
S : là tiết diện lõi ferit, thay số vào ta có:
)(62
10.45,0
10.350.5
4
6
1
vòngW ==
−
−
+ số vòng dây cuốn thứ cấp BAX:
(vòng)
)(31
2
62
1
2
vòng

m
W
W ===
+ giá trị trung bình ở sơ cấp và thứ cấp BAX
)(10.131,0
10.2
10.350
.075,0
2
2
6
11
AII
T
t
tb
x
−
−
−
===
)(10.98,1
10.2
10.350
.15,0
2
2
6
11
AII

T
t
tb
x
−
−
−
===
*.Khuyếch đại xung: chọn E
cs
= 10 v
ta có:
)(40
125.0
510
14
Ω=
−
=
−
=
I
UE
R
SCBA
SCBAXcs
chọn TR
2
loại H1061 với các thông số:
U

ec
= 35 (v)
I
ec
= 2 (A)
β = 120 ( ở đây sử dụng β = 10.)
2
2
2
0,15
0,015( ) 15( )
10
ECT
BT
T
I
I A mA
β
→ = = = =
ta có: i
bt2
= i
ect1
= 15 (mA)
chọn TR
1
loại C828 với các thông số:
U
ec
= 35 (v)

I
ec
= 150 (mA)
β = 100 ( ở đây sử dụng β = 10.)
- 19 -
Lời nói đầu
1
1
1
15
1,5 ( )
10
ECT
BT
T
I
I mA
β
→ = = =
12
1
12
8000( )
0,0015
BT
Uv
R
I
→ = = = Ω
chọn R

12
= 10 k
Ω
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh:
a. Sơ đồ
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển
- 20 -
r
r
i
d
s
r
a
u
16
15
r
17
18
r
r
19
r
®k
u
5
r
§
and

12
r
8
14
+
r
§
e
t
9
1
6
r
U
fh
t
3
t
5
Pha
b
u
b
u
c
u
®k
XungChïm
XungChïm
®k

u
u
s
e
e
-
3
+
oa
e
e
-
5
+
oa
Pha
C
e
e
-
1
+
oa
e
e
-
4
+
oa
§

12
23
+
r
§
e
t
11
4
tR
2
t
6
t
2
§
7
§
10
r
13
e
-
7
+
oa
11
r
§
6

8
r
10
r
r
9
2
c
7
r
e
e
-
+
oa
e
e
-
6
+
r
21
22
r
§
1
§
2
1
r

u
1
VR1
e
+
2
r
tRf
4
tR
1
tR
24
tR
4
3
tRF
2
2
c
4
u
§
4
1
§
c
3
3
r

e
e
-
2
+
oa
dz
VR2
e
+
r
4
2
U
2
VR3
e
+
20
r
3
1
U
3
r
and1
25
r
not
Lời nói đầu

Hình 3.16 Sơ đồ điện áp
b: Thuyết minh:
Khi cấp nguồn vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp của biến áp được hạ áp. sau khi qua mạch chỉnh lưu
có điểm trung tính điện áp U
1
là điện áp một chiều nửa hình sin. Điện áp một chiều nửa hình sin tại U
1
được đưa vào cực
(+) của OA
1
so sánh với điện áp phẳng U được đặt vàocực (-) của OA
1
do E
1
, VR
1
và R
2
tạo ra. kết quả ta được tín hiệu
đầu ra U
2
của OA
1
có dạng xung vuông đồng bộ với lưới.
Điện áp dạng xung vuông sau khi được tạo ra ở khâu đồng bộ trước đó được đưa vào khâu tạo điện áp răng cưa.
Khi U
2
có giá trị âm, diode D
3
mở, tụ C

1
được nạp theo chiều từ U
3
qua tụ C
1
qua R
3
qua diode D
3
về U
2
. Khi U
2
có giá
- 21 -
Lời nói đầu
trị dương,transistor T mở diode D
3
khoá lúc này tụ C
1
phóng từ + C
1
qua transistor T về – C
1
.kết quả ta được U
3
có dạng
điện áp răng cưa.
Điện áp điều khiển được lấy từ điện áp phản hồi trên điện trở shunt được khuyếch đại lên để có độ lớn thích hợp,
sau khi qua khâu khuyếch đại đảo và khâu PI lọc sai số động ta được U

đk
có dạng đường thẳng.
Điện áp răng cưa U
3
được đưa vào cửa (-) của OA
3
và so sánh với điện áp điều khiển U
đk
được đưa vào cửa (+).
khi U
3
> U
đk
thì điện áp đầu ra của OA
3
là U
4
có giá trị âm. Ngược lại, khi U
3
< U
đk
thì điện áp đầu ra U
4
có giá trị
dương. Kết quả ta được U
4
có dạng xung vuông.
Khâu phát xung chùm có tác dụng tạo ra chùm xung dưới sự phóng nạp của tụ C
2
. d

9
có tác dụng loại bỏ xung
âm. Do đó tín hiệu điện áp U
6
có dạng xung chùm dương. Điện áp U
4
được trộn với xung chùm U
6
bởi IC4081 rồi được
đưa qua tầng khuyếch đại do tín hiệu xung vẫn chưa đủ lớn để kích mở thyristor.
Tầng khuyếch đại gồm các transisto mắc theo kiểu dalington, xung dương được đặt vào bazơ của TR
1
làm TR
1
mở đồng thời TR
2
mở theo khi đó có xung đi vào biến áp xung. trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung để kích mở
thyristo. Khi điện áp trên biến áp xung giảm đột ngột, cuộn dây của biến áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng
ngược dấu lúc đó diode D
4
và D
7
có tác dụng trả ngược điện áp dập tắt sức điện động để bảo vệ các transistor khỏi bị quá
áp.

Kết luận
Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo
trong bộ môn đặc biệt là thầy Đỗ Mạnh Cường và sự giúp đỡ của các bạn cùng nhóm, em đã hoàn
thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ án : Thiết kế bộ nguồn cho máy hàn tự động.Trong quá
trình thực hiện do trình độ và hiểu biết còn hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu

sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn để bản đồ án
này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 3 tháng 9 năm 2012
Sinh viên:
Đinh Trọng Thuận
- 22 -
Lời nói đầu
Tài liệu tham khảo :
1. Điện tử công suất – Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
2. Điện tử công suất – Nguyễn Bính.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
3. Giáo trình điện tử công suất – Trần Trọng Minh
Nhà xuất bản giáo dục.
4. Bài giảng hướng dẫn thiết kế mạch điện tử công suất - Phạm Quốc Hải.
5. Thiết kế máy biến áp – Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh.
Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
- 23 -
Lời nói đầu
MỤC LỤC
Lời nói đầu 1
Chương 1 – Tìm hiểu công nghệ 2
1.1. Nguyên lý của hàn một chiều 2
1.2.Cấu trúc máy hàn 2
1.3. Phân loại máy hàn 3
1.4.Các yêu cầu khi làm việc 3
Chương 2- Lựa chọn phương án thiết kế 4
2.1. Nhận xét các sơ đồ 4
2.2. Sơ đồ cầu 3 pha có điều khiển 5

2.3. Tính toán các tham số của sơ đồ 6
2.4. Tính toán cuộn kháng lọc 8
Chương 3- Tính toán mạch điều khiển 9
3.1. Nguyên tắc điều khiển 9
3.2. Thiết kế mạch điều khiển 9
3.2.1 Tính toán các khâu trong mạch điều khiển 9
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh 17
Kết luận 20
- 24 -
Lời nói đầu
- 25 -