(Đồ án) 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

h


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 P đm=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 tốn thiết kế:

 Mạch lực và mạch điều khiển.
 Xây dựng mơ hình mạch hàn một chiều.
 Tính toán tỏa nhiệt máy biến áp hàn một chiều.
3. Mơ 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).

h


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

h


(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

Lớp

2019605724

2019DHDIEN05
ĐH K13

2019608764

2020
LT
DHDIEN02 - ĐH K15

2019604677

2019DHDIEN05

ĐH K14

II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế máy hàn một chiều P đm=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 toán 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: Mơ phỏng kết quả tính tốn, thiết kế trên phần
mềm.

4

h

CD-


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

- 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

h


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
Tìm hiểu tài liệu, viết
báo
cáo.
- Mạch lực và mạch
điều khiển.

Lê Tiến Anh

Chương 2: Tính tốn,
Tìm hiểu tài liệu, thiết
thiết kế
kế theo u cầu đề tài, viết
- Xây dựng mơ hình báo cáo.
mạch hàn một chiều.

Lê Văn Tuyết

Chương 2: Tính tốn,
Tìm hiểu tài liệu, thiết
thiết kế
kế theo yêu cầu đề tài, viết
- Tính toán tỏa nhiệt báo cáo.
máy biến áp hàn một chiều.

Lê Tiến Anh
Lê Văn Tuyết

Chương 3: Mơ phỏng

tính tốn, thiết kế.
- Xác định kết quả và so
sánh giải tích.

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

h

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.

Ngày 04 tháng 7 năm 2022.


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều
XÁC NHẬN CỦA GIẢNG
VIÊN
TS. Nguyễn Việt Anh

7

h


Đồ án TKTBĐ

(BM04)

Thiết kế máy hàn một chiều

BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM
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

2019DHDIEN05 - ĐH

K14

Nội dung công việc

CD-

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 toán 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

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

8

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều
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

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

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 không 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 cơng 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

10

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

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

11

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

MỤC LỤC
ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN...........................................2
PHIẾU HỌC TẬP NHĨM 1..............................................................................5
KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN 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 khơng 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 cơng suất cho sơ đồ mạch...................................................36

12

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

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 tốn 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 toán 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

13

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

14

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

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 dòng 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
15

h

Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

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 không tải của máy hàn dùng công nghệ inverter...........55

16

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng chân lý của cổng AND............................................46

17

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

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 quá 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 khơng 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
cưịng độ điện trường, …
Đặc tính V-A

B
A
C

D
Ih

Hình 1.Hình
1: Đặc
1.1tính
Đặctĩnh
tínhcủa
tĩnhhồcủa
quang
hồ quang

18

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

Để giảm được U mồi mà vẫn gây được hồ quang người ta cho hai điện
cực tiếp xúc nhau gây ra I đoạn mạch, nếu I đoạn mạch đủ lớn sẽ nung kim
loại chỗ tiếp xúc nóng chảy thường sử dụng đoạn đặc tính CD để hàn.
Hàn hồ quang điện là dùng nhiệt lượng của hồ quang điện nung nóng
chỗ hàn làm cho kim loai vật hàn chảy và kim loại bổ sung chảy để nối hai
vật lại. Khi hàn cho que hàn chạm vào vật hàn 0,1 s xong đưa lên cao 3 ÷ 4
mm. do tác dụng của điện trở nên đầu nút que hàn bị nung nóng. Khi nhấc
que hàn lên khỏi vật hàn, que hàn bắn ra điện tử, các điện tử bắn nhanh đập
vào vật hàn biến động năng thành nhiệt năng dẫn đến vật hàn bị chảy. môi
trường giữa vật hàn và que hàn chịu tác dụng của điện trường. bị ion hoá,
các ion dưới đi lên rất nhanh biến động năng thành nhiệt năng dẫn đến que
hàn bị nóng chảy và nhỏ giọt xuống vật hàn.
Quá trình gây hồ quang khi hàn xảy ra 3 giai đoạn:

Hình 1.2: Quá trình gây hồ quang khi hàn

 Giai đoạn ngắn mạch: Cho hai điện cực chạm vào nhau, do
diện tích tiết diện ngang của mạch điện bé và điện trở vùng
tiếp xúc giữa các điện cực lớn vì vậy trong mạch xuất hiện
một dòng điện cường độ lớn, hai mép điện cực bị nung nóng
mạnh.
 Giai đoạn ion hóa: Khi nâng một điện cực lên khỏi điện cực
thứ hai một khoảng từ 2 ÷5 mm. Các điện tử bứt ra khỏi quỹ
đạo của mình và chuyển động nhanh về phía anơt (cực dương),
trên đường chuyển động chúng va chạm vào các phân tử khí
19

h

Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

trung hoà làm chúng bị ion hoá. Sự ion hoá các phân tử khí
kèm theo sự toả nhiệt lớn và phát sáng mạnh.
 Giai đoạn hồ quang cháy ổn định: Khi mức độ ion hố đạt đến
mức bão hồ, cột hồ quang ngừng phát triển, nếu giữ cho
khoảng cách giữa hai điện cực khơng đổi thì cột hồ quang
được duy trì ở mức ổn định. Khi hàn điện áp cần thiết để gây
hồ quang khoảng 35 ÷ 55 V với dịng một chiều.
1.1.2. Ứng dụng
Máy hàn hồ quang điện một chiều chuyên dùng cho mục đích nối
các chi tiết kim loại như sắt, thép, inox, … lại với nhau thơng qua sự nóng
chảy và kết dính của kim loại vật liệu hàn và vật hàn. Hiện nay máy hàn
một chiều được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp như xây dựng,
chế tạo máy, đóng tàu, đồ gia dụng, …
Đấu thuận cực: Đặt cực dương làm cực mát, cực âm làm điện cực
hàn. Dùng cho vật hàn là tấm mỏng.
Đấu nghịch cực: Đặt cực dương làm điện cực hàn, cực âm làm cực
mát. Dùng cho mục đích hàn ngấu sâu.

Hình 1.3: Hình ảnh thực tế máy hàn que một chiều trên thị trường

20

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
1.2.1. Máy hàn dùng biến áp
Máy hàn dùng biến áp có ba bộ phận chính: biến áp hàn, mạch chỉnh
lưu và bộ chỉnh dịng.

Hình 1.4: Cấu tạo máy hàn một chiều dùng biến áp

Nguyên lý làm việc: Đầu tiên điện áp 1 pha hoặc 3 pha xoay chiều sẽ
được biến đổi từ cấp điện áp cao xuống cấp điện áp thấp hơn vừa đủ để mồi
hồ quang nhưng khơng gây nguy hiểm cho người. Sau đó điện áp sơ cấp sẽ
được nắn thành điện áp 1 chiều thông qua mạch chỉnh lưu. Do điện áp sau
chỉnh lưu này có số lần đập mạch trong 1 chu kỳ thấp M =2 ÷ 6 nên cần
thêm cuộn kháng để ổn định dòng hàn.
Tại sao phải dùng hàn một chiều mà khơng phải hàn xoay chiều: Hàn
một chiều có ưu điểm là tạo ra nhiều hồ quang hơn.
Tại sao phải dùng biến áp: Biến áp để biến cấp điện áp cao xuống
cấp điện áp thấp có thể mồi hồ quang điện nhưng không gây nguy hiểm cho
người.
Tại sao lại dùng chỉnh lưu hình tia: Thứ nhất chỉnh lưu 1 nửa chu kỳ
có số lần đập mạch thấp (nhỏ hơn một nửa so với chỉnh lưu hình tia và hình
cầu) dẫn đến dịng điện khơng ổn định. Thứ hai chỉnh lưu hình cầu có độ
sụt áp trên van bán dẫn lớn (lớn hơn gấp đơi so với chỉnh lưu hình tia) gây
tổn hao công suất lớn.

21

h

Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

Tại sao phải dùng cuộn cảm: Máy hàn dùng biến áp có số lần đập
mạch thấp nên cần cuộn cảm để ổn định dịng điện.
1.2.2. Máy hàn dùng cơng nghệ Inverter
Máy hàn dùng cơng nghệ Inverter có sáu bộ phận chính: Mạch chỉnh
lưu, mạch lọc, mạch nghịch lưu, biến áp hàn, mạch chỉnh lưu hàn, mạch
điều khiển.

22

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

Hình 1.5: Cấu tạo máy hàn một chiều dùng công nghệ Inverter

Nguyên lý làm việc: Đầu tiên điện áp 1 pha hoặc 3 pha xoay chiều sẽ
được chỉnh lưu kết hợp với mạch lọc để nắn thành điện một chiều phẳng,
điện áp một chiều khoảng 311 V hoặc 537 V. Mặt khác điện áp xoay chiều
cũng được đi qua mạch tạo ra nguồn điện áp một chiều 24 V cấp cho mạch
điều khiển và quạt. Điện áp 1 chiều điện áp cao sau đó sẽ được chuyển
thành điện áp xoay chiều thơng qua mạch nghịch lưu bằng các linh kiện

điện tử công suất là IGBT hay Mosfet với tần số lên tới hàng chục nghìn
Hz. Điện áp xoay chiều tần số cao này sau đó được đặt vào một biến áp hàn
để tăng khả năng chịu dòng ngõ ra đồng thời giảm điện áp để duy trì cơng
suất. Ở thứ cấp của biến áp điện áp này được chỉnh lưu và lọc một lần nữa
thành điện áp một chiều có giá trị thường nhỏ hơn 60 V để đưa ra các điện
cực hàn. Ngồi ra cịn có bộ phận hồi tiếp như dịng điện, nhiệt độ để máy
hoạt động ổn định đồng thời bảo vệ các bộ phận công suất tránh hư hỏng.

23

h


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

Chương 2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ
2.1. Chọn phương án mạch cơng suất
2.1.1. Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển

A

a

V1

B

b

V2

C

c

V3

Hình 2.6: Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển

a) Xét tải thuần trở
- Trong các sơ đồ nhiều pha góc điều khiển α được tinhd từ các
điểm chuyển mạch tự nhiên, đó là các điểm mà điện áp nguồn
cắt nhau θ1, θ2, θ3 , θ 4, …
- Trong khoảng θ1 ÷θ 2 U a dương nhất. Nếu thyristor V 1 nhận
được tín hiệu điều khiển tại thời điểm θ1 +α , V 1 sẽ mở thông,
nối tải với điện áp pha a , U d =U a .
- Tại thời điểm θ2 +α , V 2 nhận được tín hiệu điều khiển, V 2 mở
thông nối tải với điện áp pha b , U d =U b khi V 2 mở sẽ đặt điện
áp ngược lên V 1 để khóa lại vì lúc đó U ab <0 .
- Với tải thuần trở dịng trên tải sẽ lặp lại như dạng điện áp. Do
đó với góc điều khiển α ≤ 30 ° dịng trên tải có dạng liên tục. với
α >30 ° dịng tải sẽ bằng 0 tại θ ≥ 180° và sơ đồ làm việc ở chế độ

dịng gián đoạn.
- Ta có cơng thức tính giá trị điện áp chỉnh lưu trung bình U d
như sau:
- Với α ≤ 30 °
U dα =

3 √3 m
U cosα=U d 0 cosα
2π 2

24

h

Zt


Đồ án TKTBĐ

Thiết kế máy hàn một chiều

Như vậy khi dòng tải là liên tục, U dα được biểu diễn bởi biểu thức
chung là U dα =U d 0 cosα
- Với α >30 °
3
U dα =
2π

π

∫ U m2 sinθdϑ = 23π U m2

π
+α
6

[

cos

( π6 +α )+1]

5π

Khi α = 6 hay α =150 ° ta có U dα =0
Vậy với tải thuần trở nếu góc α thay đổi từ 0 ÷ 150° thì U dα thay đổi từ
U d 0 đến 0 .



Ud

0 1

Ua

2

Ub

3

Uc

4

5

6

7

0

i V1
V2

V3

U V1

U V1

0

0

0

0

0

0

0

0

Ung ma x

Ua b

Ua c

Hình 2.7:Đồ thị dạng dòng điện, điện áp tải thuần trở của chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển

b) Xét tải trở cảm L1=∞
- Khi điện cảm tải coi là vơ cùng lớn dịng tải là liên tục và
được là phẳng hồn tồn. Vì vậy các thyristor sẽ tiếp tục dẫn
25

h