Đồ án thiết kế thiết bị điện đề tài thiết kế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
====o0o====

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỀ
TÀI:

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ
RƠTO LỒNG SĨC
Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Việt Anh
Sinh viên thực hiện

: Lê Văn Tuyết
Lê Tiến Anh
Nguyễn Khắc Quyền

Lớp

: EE6023.1

MSSV

: …….

Hà nội, 202


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG DH CƠNGNGHIỆP HÀ

NỘI

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh
Phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
1. Tên lớp: 20214EE6023001

Số: 01

2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 01
ST

Họ và tên

Mã SV

Lớp

T
1

Lê

Tiến

Anh

2

2019DHDIEN052019605724

ĐH K13

Nguyễn
Khắc Quyền

3

Lê

2020LTCD2019608764

DHDIEN02-ĐH K15

Văn

Tuyết

2019DHDIEN052019604677

ĐH K14

3. Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Anh
NỘI DUNG
Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế máy hàn một chiều Pđm=8,3 kVA; UVDC
= 17 V: Ihànmax = 200 A; U0tải = 55 V; Cấp bảo vệ IP 23; Cấp cách điện F.
YÊU CẦU THỰC HIỆN

A. Phần thuyết minh
1. Tổng quan về máy biến áp hàn một chiều.
2. Tính toán thiết kế:
 Mạch lực và mạch điều khiển.
 Xây dựng mơ hình mạch hàn một chiều.
 Tính tốn tỏa nhiệt máy biến áp hàn một chiều.
3. Mô phỏng kết quả tính tốn thiết kế trên phần mềm.
4. Nội dung trình bày báo cáo ĐAMH theo đúng quy cách
chung (BM03-Quy định số 815/QĐ-ĐHCN, ngày 15 tháng 8
năm 2019).


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

B. Bản vẽ kỹ thuật
Khổ
giấy

STT

Tên bản vẽ

1

Bản vẽ cấu tạo máy biến
áp.

2

Bản vẽ khung, lõi thép
máy biến áp.

3

Bản vẽ mạch điều khiển
MBA hàn DC.

4

Bản vẽ kết cấu, lắp ráp
máy biến áp.

Ngày giao đề tài: 04/7/2022

Số lượng
A4

01

A4

01

A4

01

A4

01

Ngày hoàn thành: 22/8/2022
GIẢNG VIÊN HƯỚNG
DẪN

TS. Nguyễn Việt Anh

3


(BM01)
Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

PHIẾU HỌC TẬP NHĨM 1
I. Thơng tin chung
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 1
TT
1
2
3

Họ và tên
Anh

Lê

Tiến

Nguyễn
Khắc Quyền
Tuyết

Lê

Văn

Mã SV
2019605724
2019608764
2019604677

Lớp
2019DHDIEN05
ĐH K13

2020
LT
CDDHDIEN02 - ĐH
K15
2019DHDIEN05
ĐH K14

II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế máy hàn một chiều Pđm=8,3 kVA; UVDC
= 17 V: Ihànmax = 200 A; U0tải = 55 V; Cấp bảo vệ IP 23; Cấp cách điện F.

Yêu cầu thực hiện:
5. Tổng quan về máy biến áp hàn một chiều.
6. Tính tốn thiết kế:
 Mạch lực và mạch điều khiển.
 Xây dựng mơ hình mạch hàn một chiều.
 Tính tốn tỏa nhiệt máy biến áp hàn một chiều.

7. Mơ phỏng kết quả tính tốn thiết kế trên phần mềm.
2. Hoạt động của sinh viên.
2.1. Hoạt động/Nội dung 1: Tổng quan về máy biến áp hàn một chiều.
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Kiến thức về máy biến áp.
2.2. Hoạt động/Nội dung 2: Tính tốn thiết kế máy biến áp hàn.
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Xây dựng được quy trình thiết kế máy
biến áp hàn, cách tính tốn mạch lực và mạch điều khiển.
2.3. Hoạt động Nội dung 3: Mô phỏng kết quả tính tốn, thiết kế trên phần
mềm.

4

-


Đồ án
Thiết kế máy hàn một
- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Biết được cách sử dụng phần mềm để mô
phỏng xác định kết quả, so sánh đối chiếu với kết quả tính tốn giải tích.
3. Sản phẩm nghiên cứu.
- Bản báo cáo thuyết minh đồ án môn học và các bản vẽ kỹ thuật kèm theo.
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hoàn thành ĐAMH theo đúng thời gian quy định (từ ngày 04/7/2022 đến

ngày 22/8/2022)

5


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

(BM02)

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN
HỌC
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 1
T

T
1
2
3

Họ và tên

Anh

Lê

Tiến

Nguyễn
Khắc Quyền
Tuyết

Lê

Văn

Mã SV

Lớp
2019DHDIEN05 - ĐH

2019605724

K13

2019608764

2020
LT
DHDIEN02 - ĐH K15

2019604677

K14

CD-

2019DHDIEN05 - ĐH

3. Tiến độ thực hiện: Nghiên cứu, thiết kế máy hàn một chiều.
Người thực
hiện

Nội dung công việc

Phương pháp thực
hiện

Lê Tiến Anh
Lê Văn Tuyết

Chương 1: Tổng quan
Tìm hiểu tài liệu, viết
về máy biến áp hàn một chiều. báo cáo.

Nguyễn Khắc
Quyền

Chương 2: Tính tốn,
thiết kế
- Mạch lực và mạch
điều khiển.

Tìm hiểu tài liệu, viết
báo cáo.

Lê Tiến Anh

Chương 2: Tính tốn,
thiết kế
- Xây dựng mơ hình
mạch hàn một chiều.

Tìm hiểu tài liệu, thiết
kế theo yêu cầu đề tài, viết
báo cáo.

Lê Văn Tuyết

Chương 2: Tính tốn,
thiết kế
- Tính tốn tỏa nhiệt
máy biến áp hàn một chiều.

Tìm hiểu tài liệu, thiết
kế theo yêu cầu đề tài, viết
báo cáo.

Lê Tiến Anh
Lê Văn Tuyết

Chương 3: Mơ phỏng
tính tốn, thiết kế.
- Xác định kết quả và so
sánh giải tích.

Tìm hiểu tài liệu,
nhập số liệu kỹ thuật cho

chương trình, theo dõi quá
trình chạy phần mềm và xuất
dữ liệu kết quả.

Lê Tiến Anh
Nguyễn Khắc
Quyền
Lê Văn Tuyết

Tổng hợp tất cả các
Trình bày nội dung báo nội dung đã được trao đổi,
cáo ĐAMH
thống nhất trong nhóm và
các kết quả đạt được.

6


Ngày 04 tháng 7 năm 2022.
Đồ án

Thiết kế máy hàn một

7


Đồ án

Thiết kế máy hàn một
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG

VIÊN
TS. Nguyễn Việt Anh

7


Đồ án TKTBĐ
chiều

(BM04)

Thiết kế máy hàn một

BÁO CÁO HỌC TẬP NHĨM
1. Tên lớp: 20214EE6023001
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 1
TT
1
2
3

Họ và tên
Anh

Lê

Tiến

Nguyễn
Khắc Quyền

Tuyết

Lê

Người thực
hiện

Văn

Mã SV

Lớp
2019DHDIEN05 - ĐH

2019605724

K13

2019608764

2020
LT
DHDIEN02 - ĐH K15

2019604677

K14

Nội dung công việc

CD-

2019DHDIEN05 - ĐH
Kết
quả đạt
được

Kiến
nghị với
GVHD

Lê Tiến Anh
Lê Văn Tuyết

Chương 1: Tổng quan
về máy biến áp hàn một chiều.

Bản
báo cáo đồ
án

Khơng

Nguyễn Khắc
Quyền

Chương 2: Tính tốn,
thiết kế
- Mạch lực và mạch
điều khiển.

Bản
báo cáo đồ
án

Khơng

Lê Tiến Anh

Chương 2: Tính tốn,
thiết kế
- Xây dựng mơ hình
mạch hàn một chiều.

Bản
báo cáo đồ
án

Khơng

Lê Văn Tuyết

Chương 2: Tính tốn,
thiết kế
- Tính tốn tỏa nhiệt
máy biến áp hàn một chiều.

Bản
báo cáo đồ
án

Không

Lê Tiến Anh
Lê Văn Tuyết

Chương 3: Mơ phỏng
tính tốn, thiết kế.
- Xác định kết quả và
so sánh giải tích.

Bản
báo cáo đồ
án

Một số
thơng số kỹ
thuật ở phần
mơ phỏng sai
số so với giải
tích

Lê Tiến Anh
Nguyễn Khắc
Quyền
Lê Văn Tuyết

Trình bày nội dung báo
cáo ĐAMH

Bản
báo cáo đồ
án

Khơng

8


Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế máy hàn một chiều.
Đồ án
Thiết kế máy hàn một

9


Đồ án

Thiết kế máy hàn một
Ngày 04 tháng 7 năm 2022
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

TS.Nguyễn Việt Anh

LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án Thiết kế thiết bị điện là một trong những môn học chuyên
ngành quan trọng đối với sinh viên ngành Điện, nói cách khác để có thể
nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực thiết bị điện thì sinh viên phải nắm
vững những kiến thức của môn học này. Đồ án Thiết kế thiết bị điện trang
bị cho sinh viên chuyên ngành củng cố lý thuyết và rèn luyện kỹ năng, tay

nghề để giải quyết các bài toán liên quan đến kiến thức của môn học Đồ án
Thiết kế thiết bị điện trong chương trình đào tạo của Trường Đại học Cơng
nghiệp Hà Nội.
Ngồi ra, mơn học này cịn giúp cho các sinh viên ngành kỹ thuật
trong các nhà máy chế tạo và sửa chữa Máy điện nắm vững các kiến thức
cơ bản về máy điện quay và máy biến áp, cấu trúc dây quấn, ngun lý tính
tốn và ứng dụng trong việc giải quyết các bài toán thực tế về lĩnh vực này
9


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

trong công nghiệp và dân dụng. Nội dung đề tài mà bọn em nghiên cứu lần
này: “Thiết kế máy hàn một chiều”.
Hàn là phương pháp ghép nối hai hay nhiều chi tiết kim loại lại với
nhau mà khơng thể tháo rời, bằng cách nung nóng kim loại hoặc hợp kim ở
vùng tiếp xúc đến trạng thái nóng chảy. Sau đó nguội tự do và đơng đặc
hoặc nung đến trạng thái dẻo sau đó tác dụng lực ép đủ lớn.
Máy hàn là một loại máy sử dụng phương pháp ghép nối các chi tiết
được dùng rộng rãi trong công nghiệp, xây dựng, sửa chửa máy và trong
đời sống. Máy hàn điện tử sử dụng công nghệ inverter để điều khiển dịng
hàn mong muốn, kích thước và khả năng điều chỉnh tối ưu so với máy hàn
cơ thông thường.
Ưu điểm của phương pháp hàn so với các phương pháp ghép nối
khác như tán đinh hay bu lông:
 Tiết kiệm nguyên vật liệu
 Độ bền cơ học mối ghép nối cao
 Giá thành hạ, năng suất cao

 Dễ dàng áp dụng cho hàn tự động công nghệ cao

1


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

Theo như đề tài “Thiết kế máy hàn một chiều” chúng em phân thành
3 phần:
 Phần I. Tổng quan về máy hàn một chiều
 Phần II. Tính tốn thiết kế
 Phần III. Mơ phỏng và kết quả
Nhóm em chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Công
nghiệp Hà Nội, Khoa Điện, Bộ môn Đồ án Thiết kế thiết bị điện đã hướng
dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm em hồn thành đề tài. Trong
q trình làm việc khơng tránh khỏi sai sót, nhóm tác giả mong nhận được
ý kiến đóng góp của các bạn đồng nghiệp và đọc giả để cuốn sách được
hoàn thiện hơn.

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

1


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

MỤC LỤC
ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN...........................................2
PHIẾU HỌC TẬP NHÓM 1..............................................................................5
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MƠN HỌC..............................................7
BÁO CÁO HỌC TẬP NHĨM............................................................................9
LỜI NĨI ĐẦU....................................................................................................10
MỤC LỤC..........................................................................................................13
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................16
DANH MỤC BẢNG BIỂU...............................................................................19
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY HÀN MỘT CHIỀU..............................20
1.1. Khái niệm và ứng dụng............................................................................................20
1.1.1. Khái niệm.....................................................................................................20
1.1.2. Ứng dụng.....................................................................................................22
1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.................................................................................23
1.2.1. Máy hàn dùng biến áp..................................................................................23
1.2.2. Máy hàn dùng cơng nghệ Inverter...............................................................24
Chương 2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ...............................................................26
2.1. Chọn phương án mạch công suất.............................................................................26
2.1.1. Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển................................................................26
2.1.2. Chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển...............................................................29
2.1.3. Chỉnh lưu cầu 3 pha không đối xứng...........................................................33
2.2. Phân tích ưu nhược điểm của các mạch cơng suất...................................................35
2.2.1. Chỉnh lưu hình tia ba pha.............................................................................35
2.2.2. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.......................................35
2.2.3. Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển.............................................................36
2.3. Chọn mạch cơng suất phù hợp.................................................................................36
2.4. Tính chọn van bán dẫn công suất cho sơ đồ mạch...................................................36

1

Đồ án

Thiết kế máy hàn một

2.5. Tính chọn các thiết bị bảo vệ sau.............................................................................38
2.5.1. Chọn áp tô mát và cầu dao...........................................................................38
2.5.2. Chọn cầu chì.................................................................................................39
2.5.3. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn....................................................39
2.5.4. Bảo vệ quá điện áp.......................................................................................40
2.6. Thiết kế máy biến áp................................................................................................42
2.6.1. Tính sơ bộ mạch từ......................................................................................42
2.6.2. Tính toán dây quấn.......................................................................................43
2.6.3. Kết cấu dây quấn sơ cấp...............................................................................44
2.6.4. Kết cấu dây quấn thứ cấp.............................................................................44
2.7. Sơ đồ mạch lực.........................................................................................................46
2.8. Nguyên lý mạch điều khiển......................................................................................47
2.8.1. Sơ đồ cấu trúc...............................................................................................47
2.8.2. Một số yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển....................................47
2.9. Thiết kế mạch điều khiển.........................................................................................51
2.9.1. Thuyết minh.................................................................................................51
2.9.2. Tính tốn khâu đồng bộ...............................................................................52
2.9.3. Khâu tạo điện răng cưa................................................................................53
2.9.4. Khâu so sánh................................................................................................54
2.9.5. Khâu phát xung chùm..................................................................................55
2.9.6. Khâu trộn xung............................................................................................56
2.9.7. Khâu phản hồi..............................................................................................56
2.9.8. Khối nguồn...................................................................................................57
2.9.9. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển................................................................58
Chương 3. MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ.........................................................60

Kết luận..............................................................................................................67

1


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

1


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Đặc tính tĩnh của hồ quang.............................................................9
Hình 1.2: Q trình gây hồ quang khi hàn..................................................10
Hình 1.3: Hình ảnh thực tế máy hàn que một chiều trên thị trường............11
Hình 1.4: Cấu tạo máy hàn một chiều dùng biến áp...................................12
Hình 1.5: Cấu tạo máy hàn một chiều dùng cơng nghệ Inverter.................14
Hình 2.1: Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển...............................................15
Hình 2.2:Đồ thị dạng dòng điện, điện áp tải thuần trở của chỉnh lưu tia 3
pha có điều khiển.........................................................................................16
Hình 2.3: Đồ thị dạng dịng điện, điện áp tải trở cảm của chỉnh lưu tia 3 pha
có điều khiển...............................................................................................17
Hình 2.4: Chỉnh luu cầu 3 pha có điều khiển..............................................18
Hình 2.5: Đồ thị dịng điện, điện áp tải thuần trở của chỉnh luu cầu 3 pha có
điều khiển....................................................................................................20

Hình 2.6: Đồ thị dạng dịng điện, điện áp tải trở cảm của chỉnh luu cầu 3
pha có điều khiển.........................................................................................21
Hình 2.7: Sơ đồ cầu 3 pha khơng đối xứng.................................................22
Hình 2.8: Bảo vệ quá điện áp cho van.........................................................29
Hình 2.9: Bảo vệ quá điện áp cho lưới điện................................................30
Hình 2.10: Bảo vệ quá điện áp cho tải........................................................30
Hình 2.11: Sơ đồ mạch lực..........................................................................35
Hình 2.12: Sơ đồ cấu rúc mạch điều khiển.................................................36
Hình 2.13: Đồ thị minh họa.........................................................................36
Hình 2.14: Các thơng số liên quan đến hình dạng xung.............................37
Hình 2.15: Độ lệch pha của tín hiệu đối với sơ đồ chỉnh lưu......................37
Hình 2.16: Cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển dùng biến áp xung38
Hình 2.17: Cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển dùng biến áp xung41
Hình 2.18: Khâu tạo điện răng cưa.............................................................42
1


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

Hình 2.19: Khâu so sánh.............................................................................43
Hình 2.20: Khâu phát xung chùm...............................................................44
Hình 2.21: Khâu phản hồi...........................................................................45
Hình 2.22: Khối nguồn................................................................................46
Hình 3.1 : Mơ phỏng máy hàn 1 chiều dùng biến áp..................................49
Hình 3.2: Chất lượng điện áp và dịng điện khi hàn của máy hàn dùng biến
áp.................................................................................................................50
Hình 3.3: Góc kích mở α =30 ° của máy hàn dùng biến áp.........................51
Hình 3.4: Dịng điện sơ cấp của máy hàn dùng biến áp..............................52

Hình 3.5: Mơ phỏng máy hàn dùng cơng nghệ inverter..............................53
Hình 3.6: Chất lượng điện áp và dịng điện của máy hàn dùng cơng nghệ
inverter........................................................................................................54
Hình 3.7: Điện áp khơng tải của máy hàn dùng công nghệ inverter...........55

1


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Bảng chân lý của cổng AND............................................46

1


Đồ án

Thiết kế máy hàn một

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MÁY HÀN MỘT CHIỀU
1.1. Khái niệm và ứng dụng
1.1.1. Khái niệm
Máy hàn một chiều (hay còn gọi là máy hàn DC dùng chỉnh lưu), có
nguồn đầu vào là điện áp 1 pha hay 3 pha, đầu ra là điện áp 1 chiều có dịng
điện lớn. Loại máy hàn này khi hàn thường xảy ra hiện tượng ngắn mạch,
nên cần phải trang bị thêm bộ phận ngăn ngừa cường độ ngắn mạch quá
lớn.

Trong đề tài này là loại máy hàn que một chiều.
Máy hàn que hay còn được gọi là máy hàn hồ quang điện hoạt động
dựa trên nguyên lý hàn hồ quang hồ quang điện. Đây là quá trình hàn điện
cực nóng chảy sử dụng điện cực dưới dạng các que hàn có vỏ bọc và khơng
có khí bảo vệ (trong q trình hàn thì vỏ bọc tạo khí), trong đó tất cả các
thao tác để hàn đều do người thợ hàn thực hiện bằng tay (vì loại máy hàn
que rất khó để tự động hóa do phải đổi que hàn).
Hồ quang điện là một dạng phóng điện trong chất khí với mật độ
dịng điện lớn (100 ÷1000 A/mm2). Ở điều kiện bình thường chất khí hầu
như khơng 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 đó và có khả năng dẫn dịng điện lớn, phụ thuộc vào tính chất chất khí,
áp suất của nó, nhiệt độ mơi trường, vật liệu làm điện cực, độ lớn của
cưòng độ điện trường, …
Đặc tính V-A

B
A
C

D
Ih

Hình 1.H1ì:nĐh ặ1c.1tíĐnhặctĩtnínhhcủtĩanhhồcủqauahnồgquang

1