Thiết kế nguồn hàn 1 chiều dùng chỉnh lưu

Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
Lời nói đầu

Sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ
cơ gới hóa và tự động hóa trong các quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất
công nghiệp hiện đại sự cơ giới hóa và tự động hóa giúp nâng cao năng suất lao
động và chất lợng sản phẩm. Một trong những vấn đề đang đợc các nhà sản xuất
rất quan tâm hiện nay là việc ghép nối các chi tiết với nhau để cấu thành sản
phẩm. Trong tất cả các phơng pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phơng pháp
hàn điện có nhiều u điểm hơn tất cả và đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu của các
nhà sản xuất . Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện đã xuất hiện và đợc
ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, chế tạo máy ,vận tải,
xây dựng nông nghiệp và trở thành một phần tất yếu không thể thiếu .
Một trong những phơng pháp nâng cao chất lợng của các mối hàn là sử dụng
máy hàn hồ quang một chiều để hàn.
Đề tài tốt nghiệp trong cuốn đồ án này là tìm hiểu, thiết kế nguồn hàn một
chiều ding bộ chỉnh lu có : I
hmax
= 400 A ; U
dmax
= 70V.
Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thày giáo Đỗ Trọng Tín em đã hoàn thành
nhiệm vụ đợc giao và rút ra những vấn đề cần thiết về hàn điện với các phơng
pháp sử dụng hợp lí và kinh tế .
Nội dung của đồ án đợc trình bày theo sáu chơng :
- Chơng I : Giới thiệu chung về hàn điện .
- Chơng II : Tính chọn phơng án .
- Chơng III : Tính toán thiết kế mạch lực .
- Chơng IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển .
- Chơng V : Thi công lắp ráp mạch điều khiển .
- Chơng VI : Kết luận .

Trong quá trình tìm hiểu ,nghiên cứu và thực hiện đồ án này em đã cố gắng
trình bày những vấn đề về hàn điện nói chung và máy hàn một chiều nói riêng.
Nhng vì thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài có hạn cùng với kinh nghiệm ,
kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu
sót. Kính mong thày giáo hớng dẫn cùng các thày cô giáo trong khoa Điện góp ý
, giúp đỡ em củng cố kiến thức của mình và rút ra những bài học kinh nghiệm
quí báu để cho những lần sau em thực hiện tốt hơn.
Em xin đợc chân thành cảm ơn.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-1-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Thiên Huy .
Chơng I:
giới thiệu chung về hàn đIện
I. Một số vấn đề về hàn đIện :
Trong tất cả các phơng pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phơng pháp hàn
điện có nhiều u việt hơn tất cả. Chính vì vậy mà ngày nay nó đợc 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.
Phơng pháp hàn điện có những u điểm nổi bật sau :
+ Khả năng ghép nối các chi tiết cao với chất lợng mối hàn tốt .
+ Chi phí sản xuất hạ , cho năng suất lao động cao .
+ ít tiêu hao nguyên vật liệu .

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-2-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+ Bảo vệ môi trờng vệ sinh công nghiệp .

+ Công nghệ đơn giản, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao.
I.1. Phân loại các phơng pháp hàn điện :
Có thể phân loại các phơng pháp hàn điện theo sơ đồ tổng quát sau:




Hình I-1 : Phân loại các phơng pháp hàn điện .
I .2. Hệ số tiếp điện của nguồn hàn:
Máy hàn là loại máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . Đặc trng quan trọng
của chế độ này là hệ số tiếp điện .
Hệ số tiếp điện TĐ% của nguồn hàn hồ quang đợc tính theo công thức
TĐ%=
minmax
max
nglv
lv
tt
t
+
100%
Trong đó :
t
lvmax
: Là thời gian hàn hết một que hàn ( máy hàn tay) hoặc thời gian
hàn hết một lô điện cực (máy hàn tự động). Đây là thời gian làm việc max
t
ngmin
: Là thời gian thay xong một que hàn hoặc một lô điện cực và mồi đợc
cho hồ quang cháy lại .Đây là thời gian nghỉ ngắn nhất .

Để đảm bảo tuổi thọ cho máy thì khi vận hành phải luôn đảm bảo :
I
h
2
.TĐ% = I
hđm
2
.TĐ
đm
% =const
Trong đó I
hđm
và TĐ
đm
% là các thông số có ghi trên nhãn máy.
ii. hàn hồ quang :
Hàn hồ quang là phơng pháp hàn sử dụng hiện tợng hồ quang điện. Hàn hồ
quang đợc dùng với các phơng pháp hàn bằng tay, hàn tự động hoặc bán tự
động .

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-3-
Hàn điện
Hàn hồ
quang
Hàn tiếp xúc
Hàn tay Hàn tự động Hàn đ ờng Hàn điểm Hàn nối
D ới lớp
trợ dung
Trong ga

bảo vệ
Một điểm

hai mặt
Hai mặt
một điểm
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
II. 1. Các yêu cầu đối với nguồn hàn hồ quang :
Nguồn hàn hồ quang có thể sử dụng là nguồn một chiều hoặc nguồn xoay
chiều nhng phải đáp ứng đợc các yêu cầu sau :
* Điện áp không tải phải đủ lớn để mồi đợc hồ quang :
+Đối với nguồn hàn một chiều :
Khi cực từ là kim loại yêu cầu : U
omin
=(30ữ40) v
Khi cực từ là than yêu cầu : U
omin
=(40ữ50) v.
+Đối với nguồn xoay chiều yêu cầu : U
omin
=(50ữ60) v .
* Đảm bảo an toàn khi vận hành nhất là ở chế độ ngắn mạch .Khi đó dòng ngắn
mạch lớn có thể gây cháy dây hàn.
Dòng ngắn mạch :
I
nm
=(1,2ữ1,4)I
đm
.
* Nguồn hàn phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho máy hàn.

* Phải đảm bảo điều chỉnh đợc dòng hàn vì dòng hàn phụ thuộc vào đờng kính
que hàn. Dòng hàn đợc tính theo công thức sau :
I
h
=(40ữ60)d.
Trong đó:
I
h
: Dòng điện hàn: tính bằng (A).
d : Đờng kính que hàn : tính bằng (mm).
* Đờng đặc tính vôn_ampe của nguồn hàn phải phù hợp với từng phơng pháp
hàn:
+Đối với phơng pháp hàn hồ quang bằng tay thì đờng đặc tính ngoài yêu cầu
phải dốc (mềm) :đờng 1
+Đối với phơng pháp hàn hồ quang tự động thì đờng đặc tính ngoài yêu cầu
phải cứng : đờng 2

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-4-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
(2)
I
đm
2
I
đm
3
(1)
(3)
h

I
h
I
đm
1
o
O
U
Hình I-2 : họ đặc tính ngoài của nguồn hàn hồ quang .
*Điện thế của nguồn hàn phải thay đổi nhanh theo chiều dài của hồ quang khi
chiều dài hồ quang tăng lên nó phải tăng lên, khi chiều dài hồ quang giảm đi nó
phải hạ thấp xuống .
II.2. Các nguồn hàn hồ quang :
Quá trình hàn hồ quang gồm có các công việc :
+ Đốt cháy hồ quang .
+ Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tuỳ theo sự nóng chảy vật hàn .
+ Giữ cho hồ quang cháy ổn định với một chiều dài nhất định.
+ Di chuyển que hàn theo đờng hàn .
Đờng đậc tính nguồn hàn nh sau:

h
I
h
o
U
I
đm
3
(3)
I

mồi hq
20
30
40
50
60
70
Hình I- 3 : Đờng đặc tính nguồn hàn .
Có hai loại nguồn hàn hồ quang : nguồn hàn hồ quang xoay chiều và nguồn
hàn hồ quang một chiều.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-5-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
II.2.1. Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều:
Khi hàn bằng điện xoay chiều ngời ta thờng sử dụng biến áp hàn vì :
+Dễ chế tạo, giá thành hạ .
+Có thể tạo ra đợc dòng điện hàn lớn khoảng : 500ữ2000 A.
Biến áp hàn thờng có hai kiểu :
II.2.1.a> Biến áp hàn (BAH) có cuộn kháng ngoài :
Thờng là máy biến áp hạ áp một pha, ở mạch thứ cấp có mắc nối tiếp một
cuộn phản kháng :

a
W
1
W
2
W
ck

Hình I-4: Sơ đồ nguyên lí MBAH có cuộn kháng ngoài
Cuộn kháng mắc nối tiếp với mạch thứ cấp của BAH có nhiệm vụ hạ thấp
điện thế của BAH đến một trị số cần thiết để phát sinh hồ quang. Khi ngắn mạch
ở mạch hàn cuộn kháng thu lấy điện thế thứ cấp của BAH để giảm dòng ngắn
mạch xuống.
II.2.1.b > Máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp :
Máy biến áp hàn có cuộn kháng liên hệ trực tiếp với mạch từ chính:
Sơ đồ nguyên lí :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-6-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
a
W2
W1
Hình I-5: Sơ đồ nguyên lí MBAH kiểu hỗn hợp.
Với cả hai phơng pháp trên để điều chỉnh dòng hàn ta thay đổi khe hở (a)
khi khe hở (a) tăng thì từ trở của mạch từ tăng, từ thông giảm đi, điện tự cảm và
trở kháng của nó giảm đi dòng điện hàn tăng lên và ngợc lại :
U
2
=U
hq
+U
ck
+Trong khi làm việc dòng I
2
tăng thì U
ck
cũng tăng làm U

hq
giảm.
+Khi ngắn mạch : I
2
=I
nm
;U
hq
=0.
Kết quả khi điều chỉnh (a) cho ta họ đờng đặc tính nh sau :

a
a
a
0
I
I
U
2
3
1
I
I
I
h
h
<
<
I
I

I
0
(1)
(2)
(3)
a
1
a
2
a
3
0
U
01
U
02
U
03
u
a
a
a
2
3
1
<
<
a
3
a

2
a
1
nm
1
nm
2
nm
3
nm
1
nm
2
nm
3
Hình I-6: Họ đặc tính khi điều chỉnh khe hở (a)cuộn khử từ.
II.2.2. Các nguồn hàn hồ quang một chiều :
Nguồn hàn hồ quang một chiều đợc sử dụng cấp cho các máy hàn hồ quang
tự động, bán tự động hoặc bằng tay.
Có hai loại nguồn hàn một chiều :
+Dùng máy phát hàn một chiều .

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-7-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+Dùng bộ chỉnh lu biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều cấp
cho máy hàn .
II.2.2.a.> Máy phát hàn một chiều :
Các máy phát hàn một chiều phải đáp ứng đợcyêu cầu là phải tạo ra họ đặc
tính ngoài dốc cho phơng pháp hàn bằng tay và mềm cho hàn tự động.

có thể sự dụng các loại máy phát hàn một chiều sau:
a.1> máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ độc lập và cuộn khử từ mắc nối
tiếp :
Sơ đồ nguyên lí :

+
-
w2
f
w1
u
2
cm
1
VR
+
-
w
1
:
C
uộn kích từ độc lập.
w
2
:
Cuộn khử từ nối tiếp
.

+Cách 1 : Thay đổi số vòng dây của cuộn W
2

bằng chuyển mạch CM. Đây là ph-
ơng pháp điều chỉnh thô, dòng điện sẽ thay đổi đột ngột (nhảy cấp ) do vòng dây
W
2
sẽ thay đổi đột ngột:(hình :I-7a)
+Cách 2 : Thay đổi dòng kích từ I
kt
của W
1
bằng chiết áp VR
1
. Đây là phơng
pháp điều chỉnh tinh dòng điện sẽ thay đổi tuyến tính liên tục : (Hình : I-7b)

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-8-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
w
w
i
0
0
u
i
i
i i
u
u
u
i

i
i
<
<
Hình :1-7a
Hình :1-7b
kt
3
kt
2
kt
1
03
02
01
0
u
u
h
h
22
21
i
i
i
i
i
nm
2
nm

3
nm
1
kt
3
kt
2
kt
1
nm
2
nm
1
w > w
22
21
HìnhI-7 : Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn một chiều.
9a.2> Máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ song song cuộn khử từ nối tiếp :
Sơ đồ nguyên lí :
f
+
rv w1
2
w2
cm
1
w1: Cuộn kích từ.
w2: Cuộn khử từ .
Hình vẽ : I-8
Phơng pháp điều chỉnh và họ đặc tính ngoài tơng tự nh mục :a.1>

a.3> Máy phát hàn một chiều có cực từ rẽ:
Để điều chỉnh dòng hàn ta điều chỉnh VR. Khi đó ta điều chỉnh đợc cả dòng
kích từ trong cuộn kích từ chính W
1
và cuộn phụ W
2
. Tạo ra đờng đặc tính ngoài
dốc.
Sơ đồ nguyên lí :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-9-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
F
W1
W2
VR
A
C
Z
-
+
a.4> Nhận xét :
Mặc dù có một số u điểm nhng khi sử dụng máy phát hàn một chiều để hàn
hồ quang thờng gặp những khó khăn sau :
+ Quá trình điều chỉnh khá phức tạp .Đối với những máy có công suất lớn đôi
khi phải sủ dụng những động cơ riêng để khởi động và điều chỉnh.
+Gây tiếng ồn lớn khi làm việc , không an toàn khi vận hành .
+kích thớc kồng kềnh , cần bảo dỡng luôn luôn dẫn đến chi phí vận hành cao
trong khi hiệu suất lại không cao .

Ngày nay do ứng dụng tiến bộ KHKT điện tử dẫn đến sự phát triển của công
nghiệp và khả năng tự động hóa trong sản xuất mà các máy phát hàn ít đợc sử
dụng và dần bị thay thế trong các nhà máy, xí nghiệp thay vào đó là các loại máy
hàn sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lu.
II.2.2.b.> Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lu :
*Cấu tạo : gồm hai bộ phận chính : Máy biến áp hàn và bộ chỉnh lu.
+Máy biến áp hàn : là loại máy biến áp đặc biệt chuyên dụng tạo ra điện áp
nhỏ và dòng điện lớn .Công suất lớn .
+Bộ chỉnh lu : có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lu một pha hoặc ba pha ; đối
xứng hoặc không đối xứng .Ta thờng sử dụng các sơ đồ chỉnh lu sau:
+ Cầu một pha có điều khiển .
+ Cầu ba pha có điều khiển đối xứng hoặc không đối xứng .
+ Sơ đồ tia ba pha có điều khiển .
+ Sơ đồ sáu pha hình tia.
II. hàn hồ quang tự động .
Quá trình hàn gồm có các công việc :
+Đốt cháy hồ quang .

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-10-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tùy theo sự nóng chảy .
+Giữ cho hồ qang cháy với một chiều dài nhất định .
+Di chuyển que hàn theo đờng hàn .
Hàn tự động thì tất các công việc trên đều đợc thực hiện bằng máy móc .
Hàn nửa tự động thì một số công việc đợc thực hiện bằng máy một số đợc thực
hiện bằng tay .
Hàn hồ quang tự động đợc dùng đặc biệt trong các ngành chế tạo tàu biển,
máy bay , nồi hơi , với chất lợng mối hàn tốt , ngọn lửa hồ quang cháy ổn định
và chống xâm thực của không khí vào mối hàn.

*Trong máy hàn có hai hệ thống truyền động riêng biệt :
+Hệ truyền động đẩy điện cực vào vùng hàn:Sử dụng hệ máy phát_ Động cơ
hoặc hệ bộ biến đổi tiristor _Động cơ ( T _ Đ ).
+Hệ truyền động di chuyển xe hàn.
*Các hệ truyền động trên máy hàn hồ quang tự động yêu cầu điều chỉnh tốc độ
êm , phạm vi điều chỉnh tốc độ tới D=10:1.
III. hàn tiếp xúc .
Hàn tiếp xúc là phơng án lợi dụng hiệu ứng nhiệt của dòng điện chảy qua
điểm tiếp xúc giữa hai tấm kim loại để tạo ra sự dính kết giữa hai tấm kim loại .
Có ba cách hàn tiếp xúc điển hình :
+ Hàn điểm : để hàn các tấm kim loại mỏng .
+ Hàn nối : để hàn ống hoặc thanh .
+ Hàn đờng : để hàn các thùng chứa .
Yêu cầu đối với nguồn hàn :
Phải có máy biến áp đặc biệt với :
+Nguồn sơ cấp : 380 v ; 50 H
z
; S= (25 ữ50)KVA
+Thứ cấp : (1,8ữ36 )v .
+Dòng hàn : I
h


10 .10
3
A.
+ Phạm vi điều chỉnh dòng hàn rộng : D=10ữ1.
Có hai cách điều chỉnh dòng hàn :
+Dùng biến áp hàn tự ngẫu có thể thay đổi số vòng dây cuộn sơ cấp.
+Dùng bộ điều áp xoay chiều tiristor.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-11-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
Chơng II:
tính chọn phơng án
I . nhận xét chung :
Ngày nay với trình độ khoa học ngày càng hiện đại, việc ứng dụng các thành
tựu khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất ngày càng đợc mở rộng. Trong đó các
máy hàn điện dùng các bộ chỉnh lu đợc u tiên sử dụng rộng rãi trong công
nghiệp, và đã đáp ứng đợc các sản xuất và đổi mới công nghệ . Việc dùng các bộ
chỉnh lu có các u điểm nổi bật sau :
+Có thể tạo ra bộ nguồn có công suất lớn .
+Tổn thất điện áp bé : 1,5V.
+Độ nhạy của hệ thống cao vì quán tính từ bé.Độ ổn định dòngvà áp cao
+Hiệu suất cao, không gây ồn ào, chi phí vận hành, bảo dỡng và sửa chữa
thấp .
+Kích thớc bé nên thuận lợi khi làm việc ở những nơi cần di chuyển có chấn
động .
Tuy nhiên các bộ chỉnh lu cũng có những hạn chế sau:
+Chi phí đầu t ban đầu lớn .
+Đòi hỏi ngời sử dụng phải có một trình độ nhất định .
Hệ thống chỉnh lu đợc chia thành nhiều loại:
+Một pha hoặc ba pha .
+Đối xứng hoặc không đối xứng .
+Có điều chỉnh hoặc không có điều chỉnh.
Tuy nhiên trong phạm vi đề tài này em xin trình bày ba phơng án dùng bộ
chỉnh lu có thể dùng khi thiết kế nguồn hàn một chiều sau:
+Dùng sơ đồ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển .
+Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển không đối xứng .

+Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển đối xứng.
II. phơng án 1 :Dùng bộ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển:
II. 1. Sơ đồ nguyên lí :


SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-12-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
II. 3. Các thông số của mạch :
+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lu:
U
d
=






CosUtdtSinU
22
22
2
1
=

+
;
+Giá trị dòng trung bình ra tải :
I

d
=
d
d
R
U
;
+Trị số dòng trung bình qua các tiristor :
I
v
=
2
d
I
;
+Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA:
I
2
=
d
I
22

;
+Công suất một chiều trên tải :
P
d
= 0,9.U
2
.I

d
;
+Công suất tính toán của MBA:
S
ba
= 1,23.P
d
;

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-13-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên các tiristor :
U
ngmax
=1,41.U
2
;
II.4. Nhận xét :
a>Ưu điểm :
+Sơ đồ mạch lực đơn giản dùng hết ít tiristor;
+MBAlà loại một pha có công suất MBA so với suất một chiều nằm trong giớ
hạn cho phép ; giá thành thấp.
+Điện áp đặt lên các tiristor là thấp , mạch làm việc ổn định .
b>Nhợc điểm :
+Khả năng điều chỉnh điện áp kém.
+Công suất đạt đợc là thấp do chỉ sử dụng một pha dòng điện nên dễ gây mất
đối xứng lới điện .
c>Phạm vi ứng dụng :
Sơ đồ chỉng lu cầu một pha thờng đợc sử dụng đối với những máy hàn có

công suất nhỏ yêu cầu về điều chỉnh dòng điện không cao, yêu cầu chất lợng
mối hàn không cao .
III . phơng án 2 :Dùng bộ chỉnh lu cầu có điều khiển ba pha không đối
xứng:

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-14-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
III.3. Các thông số của mạch :
+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lu:
U
d
=






+
2
163
2


Cos
U
;
+Giá trị dòng trung bình ra tải :
I

d
=
d
d
R
U
;
+Trị số dòng trung bình qua các tiristor :
I
v
=
3
d
I
;
+Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA:
I
2
=
d
I
3
2
;
+Công suất một chiều trên tải :
P
d
= 2,34.U
2
.I

d
;
+Công suất tính toán của MBA:
S
ba
= 1,05.P
d
;
+Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên các tiristor, điôt :
U
ngmax
=
6
.U
2
;
III.4. Nhận xét :
a>Ưu điểm :
+Sơ đồ mạch lực đơn giản dùng cả điôt và tiristor;
+Dùng ba tiristor nên mạch điều chỉnh đơn giản ;
+Điện áp ra ít đập mạch chất lợng điện áp tơng đối tốt;
b>Nhợc điểm :
+Khả năng điều chỉnh điện áp không cao ;
+Sử dụng máy biến áp ba pha nên giá thành tơng đối cao ;
+Điện áp ngợc đặt lên các van lớn nên phải có mạch bảo vệ ;
c>Phạm vi ứng dụng :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-15-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp

Sơ đồ chỉng lu cầu ba pha không đối xứng thờng đợc sử dụng đối với những
máy hàn có công suất trung bình, lớn, có chất lợng khá tốt, giá thành vừa phải .
IV . phơng án 3: Dùng bộ chỉnh lu cầu có điều khiển ba pha đối xứng:








IV.3. Các thông số của mạch :
+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lu:
U
d
=


CosU
2
63
;
+Giá trị dòng trung bình ra tải :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-16-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
I
d
=

d
d
R
U
;
+Trị số dòng trung bình qua các tiristor :
I
v
=
3
d
I
;
+Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA:
I
2
=
d
I
3
2
;
+Công suất một chiều trên tải :
P
d
= 2,34.U
2
.I
d
;

+Công suất tính toán của MBA:
S
ba
= 1,05.P
d
;
+Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên các tiristor :
U
ngmax
=
6
.U
2
;
III.4. Nhận xét :
a>Ưu điểm :
+Sơ đồ mạch lực dùng hết nhiều tiristor nhất trong ba phơng án nên việc thiết
kế mạch điều khiển sẽ phức tạp nhất ;
+Điện áp ra ít đập mạch, khả năng điều chỉnh dòng tốt chất lợng điện áp ra
cao ;
b>Nhợc điểm :
+Sử dụng máy biến áp ba pha nên giá thành tơng đối cao ;
+Điện áp ngợc đặt lên các van lớn nên phải có mạch bảo vệ ;
c>Phạm vi ứng dụng :
Sơ đồ chỉng lu cầu ba pha đối xứng thờng đợc sử dụng đối với những máy hàn
có công suất trung bình, lớn, có yêu cầu cao về điều chỉnh dòng hàn. Thực chất
đây là một phơng án tốt .
IV. lựa chọn phơng án thiết kế mạch lực:
Với yêu cầu của đề tài là thiết kế máy hàn một chiều có :
+Điện áp tải : U

d
=70 V ;
+Dòng hàn cực đại : I
hmax
=400 A ;
Qua quá trình phân tích ba phơng án chỉnh lu ở trên. Để đảm bảo các yêu
cầu về nguồn hàn, đảm bảo tính thông dụng và kinh tế trong quá trình chế tạo
em quyết định chọn phơng pháp chỉnh lu cầu ba pha không đối xứng để thực
hiện đề tài thiết kế máy hàn hồ quang một chiều theo yêu cầu của đề tài. Đây
cũng là nội dung chính của đồ án này .

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-17-
Trêng §¹i Häc B¸ch Khoa Hµ Néi §å ¸n Tèt NghiÖp
Ch¬ng II:
tÝnh to¸n thiÕt kÕ m¹ch lùc
I.
S¬ ®å m¹ch lùc :
Qua qu¸ tr×nh ph©n tÝch lùa chän ph¬ng ¸n thiÕt kÕ trong ch¬ng II ta x©y dùng
®îc s¬ ®å m¹ch lùc nh sau :

SVTH: NguyÔn Thiªn Huy t®h1_k46
-18-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
Trong sơ đồ có sử dụng :
+AT:(Aptômát) Dùng để đóng cắt ngồn, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch
đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA.
+CK : (Cuộn kháng điện ) là cuộn kháng có lõi thép dùng để hạn chế dòng ngắn
mạch .
+R

sh
: (Shunt điện trở) thực hiện phản hồi âm điện áp để điều chỉnh dòng điện và
bảo vệ quá tải .
+BAH :(Biến áp hàn) Là máy biến áp ba pha có sơ đồ đấu dây /Y làm mát bằng
không khí .
+Bộ chỉnh lu : Dùng chỉnh lu cầu ba pha không đối xứng .
II .
tính toán máy biến áp :
Yêu cầu :
+Điện áp ra của chỉnh lu : U
d
= 70 V;
+Dòng điện hàn cực đại : I
hmax
= 400 A;
Điện áp chỉnh lu khi không tải :
U
do
=U
d
+ U
d
Trong đó :
U
d
=U
ba
+ U
v
+ U

ck

U
v
: Sụt áp trên van dẫn ở đây gồm một tiristor và một điốt : U
v
=2 V;
U
ck
: Sụt áp trên điện kháng : U
ck
=10%U
d
=10%.70 = 7V;
U
ba
: Sụt áp bên trong máy biến áp thờng lấy : U
ba
=(5% ữ 10%)U
d ;
Chọn : U
ba
=5%U
d
= 5%.70 =3,5 V;
Vậy :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-19-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp

U
d
= 3,5 + 2 + 7 = 12,7 V ;
Suy ra : U
do
=70 +12,5 =82,5 V ;
II.1) Các thông số cơ bản của máy biến áp:
Ta có công thức :
U
d
=






+
2
163
2


Cos
U
;
Chọn góc mở = 30
0
ứng với giá trị U
dmax

.
* Điện áp thứ cấp :
U
2
=
)1(63
2.


Cos
U
d
+
=
)35cos1(63
.2.7,82
0
+

= 39 (V)
* Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp :
I
2
=
d
I
3
2
= 0,816 . 400 = 326,4 A
* Công suất tải : P

d
=U
do
.I
d
=82,7.400 = 33KVA
* Công suất máy biến áp :S
ba
=1,05 . P
d
= 1,05 .33 =35KVA
* Điện áp sơ cấp máy biến áp :U
1
=380 V
* Hệ số biến áp : K
ba
=U
2
/U
1
= 39/380 =0,103
* Dòng sơ cấp biến áp :I
1
= K
ba
.I =326,4 .0,103 =33,5 (A)
II.2) Tính toán các kích thớc chủ yếu của MBA lực :
II.2.a) Tính toán mạch từ:
*Tiết diện trụ : đợc tính theo công thức :
Q = k.

fm
S
ba
.

Trong đó :
+k: Hệ số phụ thuộc vào phơng thức làm mát .Thờng k=5ữ6.
Ta chọn k=6.
+S
ba
: Công suất máy biến áp (VA) : S
ba
=35000VA.
+m: Số trụ : m=3.
+f: Tần số dòng xoay chiều : f=50 H
z

Thay số :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-20-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
Q = 6.
50.3
35000
=92 cm.
Với máy biến áp có công suất S
ba
=35 KVA có thể thiết kế loại trụ hình chữ
nhật nh sau :

a: Chiều rộng trụ .
b: Chiều dày trụ .
h: Chiều cao trụ.
Ta có : Q = a.b
Để đảm bảo về mặt kĩ thuật ta chọn a/b = 1,25.
Ta đợc : a=8,5cm.
b = 10,8cm.
Tiết diện trụ tính lại : Q=a.b = 8,5.10,8 = 91,8cm .
*Chiều cao trụ :
Tính theo công thức kinh nghiệm :
h =



Q.4
.
;
Trong đó :
Q: Tiết diện hiệu quả của trụ .
: hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của MBA .
Thờng lấy =1,15ữ 1,35. Ta chọn =1,35.
Vậy :
h =
35,1
14,3
8,91.4
.14,3
= 25cm.
Mạch từ của máy biến áp gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại. Ta chọn loại
thép cán nguội mã hiệu 3404 do nga sản xuất có hàm lợng silic cao .

Tra theo bảng 45- tài liệu thiết kế MBA điện lực - Phan tử Thụ ta có các thông
số sau :
+Suất tổn hao sắt : p =0,675 W/Kg.
+Mật độ từ cảm : B = 1,2 tesla.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-21-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+Bề dày lá thép : 0,35 mm.
+ Tỉ trọng thép :
Fe
=7,65 Kg/dm
3
.
* Trọng lợng trụ :
G
T
= m . Q .
Fe
. h . 10
-3
(Kg) .
= 3 .91,8 .7,65 .25 .10
-3
= 52,7 Kg.
Các lá thép đợc dập hình chữ I và ghép theo sơ đồ :
Sau khi ghép mạch từ có dạng :
ở đó : b

=b . k = 10,8 .1,05 = 11,3 cm .

k : Hệ số ép chặt.
II.2.b) Tính toán dây quấn :
*Điện áp một vòng dây :
U
v
= 4,44 . B . Q .f . 10
-4
(v).
Trong đó :
+B : Mật độ từ cảm : B = 1,2 tesla.
+Q: Tiết diện của trụ: Q = 91,8cm.
+f: Tần số dòng xoay chiều : f=50 H
z
.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-22-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
Thay số :
U
v
= 4,44 . 1,2 . 91,8 . 50 . 10
-4
= 2,4 V.
(1).Dây quấn thứ cấp :
*Số vòng dây một pha cuộn thứ cấp :
W
2
=
4,2

39
2
=
v
U
U
= 17 vòng .
+Chọn mật độ dòng điện là : J = 2,5 A/mm
2
.
*Tiết diện dây quấn thứ cấp :
S
2
=
==
5,2
4,326
2
J
I
130,56 (mm
2
).
Chọn dây quấn MBA co tiết diện hình chữ nhật có bọc sợi thủy tinh để cách
điện . Mã hiệu dây C do nga sản xuất .
Tra theo bảng 22- tài liệu thiết kế MBA điện lực Phan tử Thụ ta đợc :
+Tiết diện dây : 3,15 x 20 x 2 (mm).
Kể cả cách điện : 3,56 x 20,5 x 2 (mm).
+Tỷ trọng đồng :
cu

=8,9 Kg/dm
3
.
*Số vòng dây một lớp cuộn thứ cấp :
W
21
=
1095,0
05,2
1.225
.
.2
2
=

=

xk
b
hh
c
a
vòng.
Trong đó :
+h
a
=1cm: Cách điện với gông.
+b
2

= 2,05cm: kích thớc dây.
+k
c
=0,95 : hệ số ép chặt .
*Số lớp :
n
2
=
==
10
17
Ư
21
2
W
W
1,7
cuộn thứ cấp có hai lớp : 10vòng +7vòng.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-23-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
*Bề dày cuộn thứ cấp :
B
d2
= 2.(2.3,65)+0,5 =15,1mm =1,51cm.
+Cách điện giữa hai lớp dây:0,5mm.
+Bề dày khuân quấn dây: 1mm.
Do sai số khi dập lá thép nên khuân quấn cần rông hơn mạch từ .Chiều rộng về
cả hai bên:1+1=2mm.

Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp :=1+1+0,5 =2,5mm = 0,25cm.
*Chu vi trung bình cuộn thứ cấp :
C
tb2
= 2.[(8,5 + 2.0,25 + 1,51 ) +(11,3 +2.0,25 +1,51)]
=47,64 cm.
*Chiều dài dâyquấn cuộn thứ cấp:
l
2
= W
2
. C
tb2
.2 = 17 . 47,64 . 2 = 1619,76cm =16,2m.
(2). Dây quấn sơ cấp :
*Số vòng dây một pha cuộn sơ cấp :
W
1
=
4,2
380
1
=
v
U
U
= 158 vòng.
*Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp :
S
1

=
2
1
4,13
5,2
5.33
mm
J
I
==
Chọn dây quấn sơ cấp : 2 x 7,1 (cm).
Kể cả cách điện : 2,5 x 7,6 (cm).
*Số vòng dây một lớp cuộn sơ cấp :
W
11
=
95,0
76,0
1.225
=28 vòng.
*Số lớp :
n
1
=158/28 =5,6. phải có 6 lớp :(5x28vòng)+(1x18vòng).
*Bề dày cuộn sơ cấp : B
d1
= 6.2,5 + 5.0,5 =17,5mm =1,75cm.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-24-

Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+Cách điện giữa hai lớp dây:=0,5mm.
+Cách điện giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp: a
12
=1cm.
*Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : = 2,5 + 15,1 + 10 = 27,6mm.
*Chu vi trung bình cuộn thứ cấp :
C
tb1
= 2.[(8,5 + 2.2,76 + 1,75 ) +(11,3 +2.2,76 +1,75)]
=68,68 cm.
*Chiều dài dây quấn cuộn thứ cấp:
l
1
= W
1
. C
tb1
= 158 . 68,68 = 10851cm = 109 m.
+Khoảng cách cách điện ngoài cùng của các cuộn dây của các pha là :
a
22
= 1,5 cm.
*chiều rộng cửa sổ :
c = (2,76 + 1,75 ).2 + 1,5 = 10,5 cm.
(3). Kích thớc các lá thép :
Mạch từ MBA gồm ba loại lá thép : 1 ; 2 ; 3; nh đánh dấu trên hình vẽ.
*Lá 1 :
+Kích thớc : h x a = 25cm x 8,5cm.
+Số lợng : =

35,0
b
. 3 =
35,0
8,10
. 3 = 93 lá.
*Lá 2 :
+Kích thớc : L
2
x a = (2c +a) = 29,5cm x 8,5cm.
+Số lợng : =
35,0
b
.1 =
35,0
8,10
.1 = 31 lá.
*Lá 3:
+Kích thớc :L
3
x a = (c + a) x a = 19cm x 8,5cm.
+Số lợng : =
35,0
b
x 2 =
35,0
8,10
.2 = 62 lá.
II.2.c). Trọng lợng máy biến áp:
*Trọng lợng khối lá thép 2 :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-25-