thiết kế nguồn hàn hồ quang điện một chiều thyristor 500a

Đồ án tốt nghiệp
Chơng I
Phần mở đầu
I.1. Lời nói đầu
Hiện nay nớc ta đang trên đà hội nhập kinh tế quốc tế. Phần lớn các nhà
máy, xí nghiệp đã sử dụng các máy móc có công nghệ, kỹ thuật hiện đại góp
phần đẩy nhanh quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nớc.
Ngành tự động hoá giờ đây đã trở thành một trang những ngành mũi
nhọn. Nếu nh trớc kia ngời ta chỉ thực hiện tự động hoá từng máy riêng rẽ thì
ngày nay ngời ta thực hiện tự động hoá cả quá trình công nghệ và cao hơn nữa
tự động hoá cả quá trình sản đồng thời tự động đã có sự thay đổi cả về chất đem
lại hiệu quả to lớn nh giảm đợc sức lao động, hạn chế nhân công lao động, nâng
cao chất lợng sản phẩm, hạ giá thành sản phẩm. Vì vậy hệ thống điều khiển tự
động hoá quá trình sản xuất đợc ứng dụng rộng rãi.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ tự
động hoá mà ngành hàn nói chung và hàn hồ quang nói riêng không chỉ hàn
bằng tay nh trớc mà có thể hàn bán tự động hoặc tự động hoàn toàn . Nói chung
các phơng pháp hàn ngày càng hoàn thiện hơn nên nó đợc sử dụng rộng rãi trong
các ngành kinh tế quốc dân nh chế tạo ô tô, tầu thuỷ trong xây dựng, lắp ráp các
thiết bị điện, trong kỹ thuật quốc phòng và đặc biệt trong ngành du hành vũ
trụ. Có thể hàn là phơng pháp gia công kim loại tiên tiến và hiện đại.
Dới đây em xin trình bày toàn bộ nội dung của đồ án tốt nghiệp: Thiết kế
nguồn hàn hồ quang một chiều Thyristor 500A do thầy giáo Trần Trọng Minh
giảng viên Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội hớng dẫn.
Nhờ sự giúp đỡ chỉ bảo tần tình của các thầy cô giáo trong Bộ môn đặc
biệt là thầy giáo Trần Trọng Minh và sự cố gắng tìm hiểu thực tế, tham khảo các
tài liệu có liên quan mà em đã hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo!
Hà Nội, ngày tháng năm 200
Sinh viên
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B

1
Đồ án tốt nghiệp
Chơng II
Phân tích các yêu cầu đối với nguồn hàn
hồ quang một chiều
II.1. hàn hồ quang.
II.1.1. Hồ quang điện
- Hồ quang điện đợc sử dụng để hàn, luyện thép. Hồ quang xảy ra trong
cầu chì, cầu dao công tắc tơ do hiện tợng này mà các tiếp điểm hay bị h hỏng
do đó cần phải biết tận dụng hồ quang điện.
Hồ quang điện là hiện tợng phóng điện với mật độ dòng điện lớn nhất (10
4
10
5
) A/cm
2
. Nhiệt độ rất cao từ (5000 6000
0
C) và điện áp âm rơi trên cực
âm bé 10 ữ 20V đồng thời kèm theo ánh sáng.
hồ quang
K A
Hình II.1.
- Trong thực tế hồ quang xảy ra do hiện tợng giữa các cực bị Ion hoá có
thể xảy ra bằng con đờng khác nhau:
+ Sự phát xạ electron
+ Phát xạ electrom nhiệt
+ Ion hoá nhiệt
II.1.2. Phân loại hồ quang.
a. Hồ quang điện 1 chiều :

- Khi hồ quang bắt đầu cháy.
U
0
= iR + ir
h
+
dt
Ldi
= U
R
+ U
h
+
dt
Ldi
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
2
Đồ án tốt nghiệp
R
L
U
0
N
hq
Hình II.2
r
h
: điện trở hồ quang
U
R

: điện áp rơi trên tải
- Khi hồ quang cháy ổn định
dt
di
= 0 U
0
= U
R
+ U
h
- Đặc tính cơ bản của hồ quang điện là đặc tính Volt ampe
U
0
U
1
d
i
d
t
-L
A
U
R
i
A
2
3
A
i
d

i
d
t
-L
0 i i
B
Hình II.3.
+ Đờng 1: là điện áp nguồn
+ Đờng 2: điện áp 1 tải
+ Đờng 3: đặc tính Volt ampe của hồ quang.
b. Hồ quang xoay chiều:
- Đặc điểm hồ quang điện xoay chiều là trpng một chu kỳ thì dòng qua trị
số 0 hai lần.
- Khi hồ quang xoay chiều cháy đa ra dòng hoặc điện áp hồ quang vào thì
trên màn xuất hiện các dạng sóng nh hình dới đây.
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
3
Đồ án tốt nghiệp
U
i
t
0

u
t
u
h
Hình II.4
II.1.3. Công nghệ hàn hồ quang.
Hàn điện nóng chảy là một trong những phơng pháp nóng chảy, đợc dùng

để nối các chi tiết kim loại thành một khối không thể tháo rời đợc, bằng cách
nung nóng kim loại cơ bản ở chỗ nối và kim loại phụ ( que hàn, dây hàn) đến
trạng thái chảy để hoà tan vào ở trong vũng hàn sau khi kết tinh sẽ tạo thành
mối.
Vì hàn điện nóng chảy có thể thực hiện bằng nhiều phơng pháp khác nhau
nên trong thực tế có rất nhiều loại.
Theo nguồn nhiểt hàn, ngời ta chia ra: hàn hồ quang xì điện, hàn bằng
chùm tia điện tử, hàn bằng tia.
Trong các nguồn nhiệt đó, hồ quang là nguồn nhiệt tốt nhất.
Theo mức độ cơ khí hoá quá trình hàn, hàn hồ quang đợc chia ra: hàn hồ
quang tay, hàn hồ quang tự động .
Tuỳ thuộc vào việc sử dụng các chất bảo vệ mối hàn trong quá trình hàn,
hàn điện nóng chảy đợc chia ra: hàn hồ quang tay bằng que hàn có thuốc bọc,
hàn tự động và bán tự động dới lớp thuốc, hàn trong môi trờng khí bảo vệ tự
động bằng dây hàn bột.
Cũng nh các phơng pháp hàn khác hàn nóng chảy có những đặc điểm cơ
bản sau:
a. Tiết kiệm kim loại:
So với phơng pháp nối bằng đinh tán, hàn tiết kiệm đợc 10 ữ 20% khối l-
ợng kim loại, do sử dụng triệt để điện làm việc của chi tiết, giảm đợc lợng kim
loại do đột lỗ trên các chi tiết. So với đúc hàn tiết kiệm tới 50% khối lợng kim
loại do không có hệ thống rót hơi, đậu ngót Trong xây dựng nếu dùng hàn để
chế xà, kèo nhà không những tiết kiệm đợc 15 ữ 20% lợng kim loại so với các
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
4
Đồ án tốt nghiệp
phơng pháp nối khác mà còn điều kiện cho việc sản xuất, lắp ráp dễ dàng và nhẹ
hơn, đồng thời độ cứng vững của kết cấu cũng tốt hơn.
b. Độ bền của mối hàn cao, độ kín của mối hàn tốt:
Trong quá trình hàn, đo đợc vật liệu hàn ( que hàn, dây hàn, thuốc bọc,

thuốc hàn) hợp kim hoá, nên sau khi hàn kim loại mối hàn thờng tốt hơn kim
loại cơ bản. Vì vậy nó không những đảm bảo kết cấu chịu tải trọng tĩnh tốt mà
còn chịu đợc cả tải trọng và áp suất lớn. Chính vì thế mà hiện nay hàn là phơng
pháp chủ yếu đợc sử dụng để chế tạo các bình cha, nồi hơi, ống dẫn chịu áp
suất cao và yêu cầu có độ kín tốt.
c. Thiết bị hàn tơng đối đơn giản:
So với các thiết bị khác, thiết bị hàn nói chung có cấu tạo tơng đối đơn
giản và dễ chế tạo hơn.
VD: Máy hàn xoay chiều thực chất chỉ là một biến áp để hạ điện áp từ
110, 220 hay 230 V xuống 70 ữ 80 V để hàn .
d. Có khả năng hàn đợc các kim loại có tính chất khác nhau với nhau:
Ngoài việc hàn dễ dàng các kim loại có tính chất giống nhau ra, ngời ta
còn có thể hàn đợc cả kim loại có thành phần và tính chất khác nhau với nhau
nữa.
Ví dụ: Có thể hàn dễ dàng các hợp kim đen hay các hợp kim màu có thành
phần khác nhau với nhau, hợp kim đen với hợp kim màu
Ngoài các u điểm nêu trên hàn hồ quang cũng có những nhợc điểm cơ
bản mà ngời thiết kế hay ngời công nghệ chế tạo các kết cấu hàn không thể
không chú ý đến để tìm các biện pháp khắc phục chúng. Đó là sau khi hàn trong
vật hàn còn tồn tại ứng suất d, tổ chức kim loại cơ bản ở vùng gần mối hàn
(vùng ảnh hởng nhiệt) bị thay đổi do tác dụng của nguồn nhiệt hàn. Đây là
những nguyên nhân chủ yếu làm giảm khả năng chịu tải, đặc biệt là biến động,
thậm chí có thể bị phá huỷ khi chọn vật liệu hàn, chế độ hàn không đúng cũng
dễ gây nên các khuyết tật trong mối hàn nh: rỗ xỉ, rỗ khí
Qua đó chúng ta thấy rằng, các đặc điểm cơ bản của hàn điện nóng chảy
nêu ở trên là những vấn đề rất lớn và phức tạp, nó đòi hỏi các kỹ s công nghệ cơ
khí nói chung, đặc biệt các kỹ s hàn nói riêng cần phải nghiên cứu và nắm chắc
công nghệ hàn nóng chảy. Điều này không những nhằm mục đích bảo đảm nhận
đợc kết cấu hàn chế tạo ra có chất lợng tốt mà còn nhằm mục đích tìm các biện
pháp cơ khí hoá và tự động hoá quá trình sản xuất để tăng năng suất lao động

nâng cao tính kinh tế và kỹ thuật của sản phẩm.
II .1.4. Phân loại phơng pháp hàn hồ quang.
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
5
Đồ án tốt nghiệp
a. Hàn tự động và bán tự động: dới lớp thuốc.
- Khái niệm: Hàn tự động dới thuốc do Viện sĩ Liên Xô Patôn phát minh
phơng pháp hàn này sau khi ra đời đợc sử dụng ngay vào thực tế trong cuộc
chiến tranh vĩ đại chống phát xít. Ngày nay hàn dới thuốc đợc sử dụng rộng rãi
không chỉ ở Liên Xô mà rất nhiều nớc khác cũng đang sử dụng. Hàn dới lớp
thuốc áp dụng cho phơng pháp hàn tự động và bán tự động bằng cực chảy.
- Đặc điểm hàn dới thuốc: hàn dới thuốc có thể hàn kim loại với chiều
dòng khá lớn không cần phải vát cạnh. Năng suất trong phơng pháp này đợc xác
định bằng chiều sâu nóng chảy của kim loại cơ bản. Hàn dới thuốc có chất lợng
mối hàn khá cao, tiết kiệm kim loại thiết bị hàn đơn giản, hàn đợc các kim loại
có tính chất khác nhau.
+ Bảo vệ tốt kim loại mối hàn khỏi bị oxy hoá của không khí xung quanh.
+ Kim loại mối hàn đồng nhất về thành phần hoá học, lớp thuốc và xỉ mới
hàn làm mối hàn nguội chậm hơn.
+ Mối hàn có hình dạng tốt, nhẵn: kích thớc đều đặn, ít sinh ra khuyết tật
nh không ngấu
+ Quá trình hàn liên tục không phải thay đổi cực hàn.
b. Hàn hồ quang bằng tay.
- Phơng pháp hàn này đợc sử dụng rộngrãi trong nha máy công nghiệp
nhỏ, đồng thời nó thuận tiện cho việc vận chuyển cũng nh tổn hao vê năng lợng
điện.
- Công dụng: phơng pháp này mối hàn bền đẹp theo ý muốn của ngời cần
hàn đồng thời không bị ôxi hoá các mối hàn do không khí bên ngoài.
II.2. Các loại nguồn hàn hồ quang
II.2.1. Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều

- Nguồn hàn hồ quang xoay chiều thờng dùng biến áp hàn do nó có nhiều
u điểm:
+ Dễ chế tạo, giá thành hợp lý
+ Nó có thể tạo ra dòng điện lớn.
- Biến áp hàn thờng dùng biến áp hàn 1 pha hoặc 3 pha.
Thờng thì máy biến áp áp ở 3 pha dùng cho nhiều đầu hànv à nó đợc chế
tạo theo 2 loại:
+ Biến áp hàn với từ thông tán bình thờng.
+ Biến áp hàn với từ thông tản tăng cờng đợc chế tạo theo các kiểu sau:
Có cuộn thứ cấp di động
Có sơn tử
Điều chỉnh theo cấp
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
6
Đồ án tốt nghiệp
a. Biến áp hàn có cuộn kháng ngoài.
Biến áp hàn loại này ngoài lõi thép chính của máy biến áp còn có một cơ
cấu phụ gọi là cuộn kháng ngoài. Khi thay đổi khe hở trong mạch từ của cuộn
kháng ngoài có thể nhận đợc họ đặc tính ngoài của máy biến áp hàn. Ta có hình
vẽ:
W
1
W
2
W
CK
a
Hình II.5
Khi không tải: U
0

= U
2

U
0
: Điện áp không tải (V)
U
2
điện áp thứ cấp của máy biến áp (V)
Khi có tải: U
2
= U
hq
+ U
ck
Trong đó: U
hq
: điện áp hồ quang
U
ck
: điện áp rơi trên cuộn kháng
U
ck
= I
2
.r
ck
+ J.I
2
.X

ck
WLI
2
Trong quá trình làm việc I
2
U
ck
I
2
= I
nm

(I
nm
dòng điện ngắn mạch)
Khi đó: I
2
= I
nm
=
WL
U
2
U
20
a
nm1
0
U
2

I
2
a
nm2
a
nm3
Hình II.6. Họ đặc tính ngoài của MBA hàn có cuộn kháng ngoài
b. Máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
7
Đồ án tốt nghiệp
Loại máy biến áp này mạch từ của cuộn kháng có quan hệ trực tiếp với
mạch từ chính.
Ta có hình vẽ
W
1
W
2
W
a
Hình II.7
- Khi không tải: U
0
= U
2
= U
ck
Khi khe hở không khí thay đổi (aN) U
0
cũng thay đổi (U

0
= Var)
- Khi có tải: U
r
= I
2
(X
2
+ X
ck
)
Vậy điện áp hồ quang:
U
hq
= U
2
+ U
ck
- U
v
= U
2
+ U
ck
I
2
(X
2
+ X
ck

)
Khi dòng I
2
I
2
= I
nm
(U
hq
= 0)
Nh vậy nếu thay đổi khe hở (a) ta nhận đợc họ đặc tính ngoài nh hình vẽ.
U
03
a
1
0
U
I
a
2
a
3
U
01
U
02
I
nm1
I
nm2

I
nm3
Hình II.8
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
8
Đồ án tốt nghiệp
II.2.2. Các nguồn hàn hồ quang 1 chiều
Nguồn hàn hồ quang 1 chiều đợc sử dụng trong hàn hồ quang bằng tay,
hàn hồ quang tự động và bán tự động.
Nguồn hàn hồ quang 1 chiều có 2 loại:
+ Bộ biến đổi quay (máy phát hàn 1 chiều)
+ Bộ biến đổi tĩnh (bộ chỉnh lu)
a. Máy phát hàn 1 chiều
Máy phát hàn 1 chiều đợc chia ra làm các loại nh sau:

Máy phát hàn 1 chiều
Lắp
trong
2 vỏ
Lắp
trong
1 vỏ
K.từ
song
song
K.từ
độc
lập
Truyền động
bằng động

cơ đốt
trong
Truyền động
bằng động
cơ điện
Di
động
Đặt
cố
định
Một
đầu
hàn
Nhiều
đầu
hàn
- Tuỳ thuộc vào kết cấu và cấu tạo của máy phát hàn 1 chiều sẽ có họ đặc
tính ngoài dốc cứng hoặc hỗn hợp.
- Máy phát hàn 1 chiều đợc sử dụng rộng rãi nhất là loại máy hàn một
chiều có đờng đặc tính ngoài dốc đợc chế tạo theo 3 kiểu chính sau:
+ Máy phát hàn 1 chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp.
+ Máy phát hàn 1 chiều kích từ song song có cuộn khử từ nối tiếp.
+ Máy phát hàn 1 chiều có cực từ sẽ.
a
1
: Máy phát hàn 1 chiều kích từ độc có cuộn khử từ nối tiếp.
Máy phát hàn loại này có cuộn kích từ W
1
đợc cấp nguồn 1 chiều độc lập
có điều chỉnh dòng điện kích từ bằng chiết áp VR và cuộn khử trữ W

2
đấu nối
phần ứng của máy phát.
Cuộn W
1
sinh ra
1
Cuộn W
2
Sinh ra
2
Trong đó từ thông
1
ngợc chiều từ thông
2
- Khi không tải
2
= 0
E
0
= K
e
..W
Trong đó: K
2
là hệ số cấu tạo của máy phát
W là tốc độ quay của phần cứng
- Khi có tải:
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
9

Đồ án tốt nghiệp
U
hq
= E IR
F
= k
2
(
1
-
2
) W - IR
F
Trong đó : R
F
là điện trở trong của máy phát.
- Điều chỉnh dòng hàn và tạo ra đặc tính ngoài có 2 cách:
+ Điều chỉnh thô bằng chuyển mạch CM để thay đổi số vòng dây của
cuộn
2
.
U
20
0
U
I
W
21
1
2

>W
22
Hình II.9
+ Điều chỉnh tinh bằng chiết áp VR để thay đổi dòng khi từ I
KT
của máy phát.
U
201
0
I
I
kt1
1
2
<
3
U
2
U
202
U
203
I
kt2
<I
kt3
Hình II.10
Máy phát hàn có một chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
10

Đồ án tốt nghiệp
R
V
+
-
W
1
+
F
W
2
1
2
-
CM
Hình II.11 Hình II.12
a
2
: máy phát hàn 1 chiều kích từ song song có cuộn khử từ nối tiếp
+
F
W
2
1
2
-
CM
R
V
W

1
Hình II .13
Máy phát hàn có hai cuộn dây: cuộn kích từ song song
1
và cuộn khử

2
. Họ đặc tính ngoài và điều chỉnh dòng điện hàn tơng tự nh ở máy phát hàn t-
ơng tự nh ở máy phát hàn 1 chiều kích từ độc lập có cuộn khử từ nối tiếp.
a
3
: Máy phát hàn 1 chiều có cực từ rẽ
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
11
Đồ án tốt nghiệp
R
V
W
1
-
F
+
A
C
Z
Hình II.14
- Máy phát hàn có 1 chiều có cực từ rẽ tạo ra đờng đặc tính ngoài dốc do
tác dụng khử từ của từ thông sinh ra trong cuộn dây phần ứng của máy phát hàn
(MFH).
- MFH có 2 cuộn dây kích từ, cuộn kích từ chính

1
và cuộn kích từ phụ

2
.
- Máy phát có 4 cực từ N
1
, N
2
;
1
,
2
và 3 nhóm chổi than A, C,Z loại máy
phát kiểu này khác 2 loại máy phát kiểu trên là cực từ, cùng cực tính sắp xếp về
1 phía. Trên đờng trung tính AC lấy điện áp ra.
U
AC
= U
hq
- Điện áp ra U
cz
= lấy ra trên hai chổi than C và Z là hai chổi than phụ mới
đôi cặp cực cùng cực tính đợc coi nh 1 cực từ .
- Khi không tải: Do tác dụng tơng hỗ của từ thông dọc D
d
và từ thông
ngang N trên các chổi than xuất hiện điện áp:
U
AZ

= C
d
.
d
U
CZ
= C
n

n
- Sức điện động tổng của máy phát bằng
E
AC
= U
AZ
+ U
CZ
= C
d

d
+ C
n

n
- Khi có tải: có dòng điện phụ chảy trong phần ứng của máy phát. Từ
thông do dòng điện phụ chảy trong phần ứng sinh ra có chiều cùng chiều với từ
thông ngang
n
và ngợc chiều với từ thông dọc

d
. Các thanh dẫn của phần ứng
trong các phần tử AOZ , DOC sinh ra từ thông bù thêm cho
1
và các thanh
dẫn của phần ứng trong các góc phần tử ZOC và AOD tạo ra từ thông ngợc chiều
với từ thông trong cuộn kích từ phụ
2
.
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
12
Đồ án tốt nghiệp
- Khi có tải do tác dụng khử từ của từ thông dọc
d
và do phản ứng phần
ứng nên điện áp U
AZ
sẽ giảm xuống.
U
AZ
= C
d
(
d
-
p
)
Trong đó:
p
là từ thông do phần ứng sinh ra.

Mặt khác U
ZC
= C
n

n
const có nghĩa là điện áp kích từ lấy từ trên 2 chổi
than C, Z không phụ thuộc vào sự biến động của phụ tải, còn điện áp lấy trên 2
chổi than A, C thay đổi theo phụ tải
U
AC
= U
AZ
+ U
ZC
= C
d
(
d
-
p
) + U
ZC
I.R
= C
d
(
d
-
p

) + U
ZC
- I.R
Khi dòng hàn tăng phản ứng phần ứng tăng làm cho điện áp U
AC
giảm
xuống. Khi ngắn mạch từ thông
p
tăng nhanh và lớn hơn từ thông dọc
d
, điện
áp U
AZ
ngợc chiều với điện áp U
ZC
và điện áp U
AC
= 0.
U
AC
= C
n
(
n
-
p
) = C
d

d

I.R 0
b. Nguồn hàn hồ quang dùng bộ chỉnh lu.
- Sự phát triển của khoa học kỹ thuật bán dẫn công suất lớn đã đa ra nhiều
ứng dụng của nó trong nguồn hàn hồ quang 1 chiều nguồn hàn 1 chiều dùng bộ
chỉnh lu có những điểm u việt hơn so với máy phát hàn 1 chiều.
- Chỉ tiêu năng lợng cao
- Không có phần quay
- Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bảo dỡng và sửa chữa thấp.
- Nguồn hàn hồ quang một chiều dùng bộ chỉnh lu gồm 2 bộ phận chính:
+ Máy biến áp hàn
+ Bộ chỉnh lu
- Nguồn hàn hồ quang một chiều dùng bộ chỉnh lu đợc chế tạo thành các
loại nh sau:
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
13
Đồ án tốt nghiệp

II.2.3. Các yêu cầu chung đối với các nguồn hàn hồ quang
a. Điện áp không tải để mồi đợc hồ quang
- Khi nguồn hàn 1 chiều có điện cực là
+ Kim loại: U
omin
= (30 ữ 40)V
+ Điện cực than: U
omin
= (44 ữ 55) V
- Khi nguồn hàn là xoay chiều:
+ U
omin
= ( 50ữ 60)V

b. Đảm bảo an toàn lúc làm việc ở chế độ làm việc cũng nh chế độ ngắn mạch:

I
=
)(4,12,1 A
I
I
dm
nm
ữ=

I
: là bội số dòng điện ngắn mạch
I
nm
: dòng điện ngắn mạch (A)
I
đm
: dòng điện hàn định mức (A)
c. Nguồn hàn phải có công suất đủ lớn.
d. Nguồn hàn phải có khả năng điều chỉnh đợc dòng hàn vì ta đã biết dòng điện
hàn phụ thuộc vào đờng kính que hàn.
I
h
= (40 ữ 60)d
I
h
: dòng điện hàn (A)
d: đờng kính que hàn (mm)
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B

14
Chỉnh l u hàn
Cầu
1
pha
Cầu
3 pha
Dùng
xêlen
Dùng
Điốt
Không
điều
khiển
Có
điều
khiển
Đồ án tốt nghiệp
e. Đặc tính Volt Ampe
- Nguồn hàn dùng cho phơng pháp hàn hồ quangbằng tay phải có đặc tính
dốc.
- Nguồn hàn dùng cho phơng pháp hàn hồ quang tự động và bán tự động
phải có đờng đặc tính ngoài cứng.
II.3. Nguồn hàn hồ quang 1 chiều chỉnh lu có điều khiển.
II.3.1. Đặc tính nguồn hàn:
* Hồ quang hàn do nguồn điện của máy chỉnh lu tạo nên. Chế độ hàn của
hồ quang đợc đặc trng bởi cờng độ dòng điện I
hàn
, điện áp hồ quang (U
hq

) và
chiều dài hồ quang (l
hq
).
* Sự ổn định của hồ quang và chế độ hàn phụ thuộc vào điều kiện phóng
điện của hồ quang, tính chất và thông số của nguồn điện hàn và cờng độ dòng
điện đợc gọi là các đặc tính ngoài của nguồn điện hàn.
* Ngời ta phân biệt một số đặc tính ngoài sau đây :
1
0
I
h
2
4
3
U
hq
Hình II. 15 : Đặc tính ngoài của hồ quang :
1. Đặc tính dốc
2. Đặc tính thoải
3. Đặc tính cứng
4. Đặc tính tăng
Tuỳ thuộc vào phơng pháp làm khác nhau mà ta chon cácnguồn có đặc
tính ngoài khác nhau.
Khi hàn tự động và bán tự động, dây hàn xuống vùng hàn với tốc độ bằng
tốc độ nóng chảy của dây. Khi đột ngột giảm tốc độ của hồ quang, dòng điện hàn
sẽ tăng và dây hàn sẽ nóng chảy nhanh hơn. Kết quả là chiều dài hồ quang sẽ
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
15
Đồ án tốt nghiệp

tăng và trở về với chiều dài ban đầu. Quá trình tơng tự sảy ra khi tăng chiều dài
của hồ quang. Hiện tợng này gọi là hiện tợng điều chỉnh của hồ quang đối với hệ
tự điều chỉnh ngời ta sử dụng nguồn có đặc tính thoải.
Chẳng hạn khi hàn hồ quang bằng tay ngời ta sử dụng nguồn hàn có đặc
tính dốc (1), điều này cho phép thợ hàn thay đổi hồ quang mà không sợ hồ quang
tắt hoặc tăng quá mức dòng điện hàn, còn khi hàn tự động đờng đặc tính là đờng
(3), hàn bán tự động là đờng (2).
Mấy năm gần đây nhiều nớc thờng chế tạo nguồn hàn hồ quang 1 chiều
vạn năng đó là nguồn hàn 1 chiều dùng bộ chỉnh lu có điều khiển để chế tạo ra
học đặc tính ngoài phù hợp với cả 3 chế độ làm việc của hàn hồ quang: bằng tay,
tự động và bán tự động. Để tạo ra học đặc tính ngoài dốc dùng cho chế độ hàn
tay trong mạch điều khiển khối chỉnh lu có mạch phản hồi âm dòng điện. Còn
cho chế độ hàn bồ quang tự động có mạch phản hồi âm điện áp.
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
16
Đồ án tốt nghiệp
Chơng III
Thiết kế mạch động lực
III.1. Chọn phơng án
+ Chỉnh lu 1 pha thờng đợc chọn khi nguồn cấp là lới điện 1 pha, hoặc
công suất không quá lớn so với công suất lới ( làm mất đối xứng điện áp lới) và
tải không có yêu cầu cao về chất lợng điện áp một chiều.
+ trong khi đề tài này lại có nguồn cấp là lới điện 3 pha công nghiệp.
Chính vì vậy ta chỉ có thể chọn phơng án dùng chỉnh lu ba pha.
Chỉnh lu 3 pha gồm có
+ Mặt khác yêu cầu của đồ án là nguồn hàn hồ quang 1 chiều 500A
thyristor vì vậy ta không xét đến chỉnh lu 3 pha có điều khiển dùng đi ốt. Ta xét
2 phơng án.
III.1.1. Chỉnh lu tia 3 pha có điều khiển
A

B
C
a
b
c
V
1
VV
2
V
3
Z
t
Hình III.1. Chỉnh lu tia 3 pha có điều khiển
1. Xét tải thuần trở:
+ Trong các sơ đồ nhiều pha góc điều khiển đợc tính từ các điểm chuyn
mạch tự nhiên, đó là các điểm mà điện áp nguồn cắt nhau
1
,
2
,
3
,
4
.
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
17
Chỉnh l u tia 3 pha
Chỉnh l u cầu 3 pha
Chỉnh l u tia 3 pha dùng đi ốt

Chỉnh l u cầu 3 pha có điều khiển
Chỉnh l u cầu 3 pha dùng đi ốt
Chỉnh l u cầu 3 pha có điều khiển
Chỉnh l u cầu 3 pha có điều khiểnkhông đối xứng
Chỉnh l u tia 3 pha có điều khiển
Chỉnh l u cầu 3 pha có điều khiển
Chỉnh l u cầu 3 pha có điều khiển không đối xứng
Đồ án tốt nghiệp
+ trong khoảng
1
ữ
2
U
a
dơng nhất . Nếu Thyristor V
1
nhận đợc tín hiệu
điều khiển tại thời điểm
1
+ , V
1
sẽ mở thông, nối tải với điện áp pha a, U
d
=
U
a
.
+ Tại thời điểm
2
+ , V

2
nhận đợc 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 ngợc lên V
1
để khoá lại
V
1
lại vì lúc đó U
ab
< 0.
+ Với tải thuần trở dòng trên tải sẽ lặp lại nh dạng điện áp. Do đó với góc
điều khiển 30
0
dòng trên tải có dạng liên tục. Với > 30
0
dòng tải sẽ bằng 0
tại 180
0
và sơ đồ làm việc ở chế độ dòng gián đoạn.
+ ta có công thức tính giá trị điện áp chỉnh lu trung bình U
d
nh sau:

+ Với 30
0
U
d

=


coscos
2
33
02 d
m
UU =
Nh vậy khi dòng tải là liên tục, U
d

đợc biểu diễn bởi biểu thức chung là
U
d

= U
d0
cos.
+ Với 30
0
U
d

=

+






+=

+
1
6
cos
2
3
2
3
2
6
2

mm
UdSinU
Khi =
6
5

hay = 150
0
ta có U
d

= 0
Vậy với tải thuần trở nếu góc thay đổi từ 0 ữ 150
0
thì U
d

thay đổi từ U
d0
đến 0.
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
18
Đồ án tốt nghiệp
0
0
0

0
U
ng max
U
ab
U
ac
U
V1

1

2

3

4

5

6

7
U
a
U
b
U
c

0
0
0
0
0
0
i
V1
V2
V3
U
V1
U
d
Hình III.2. Đồ thị dạng dòng điện, điện áp tải thuần trở
2. Xét tải trở cảm L
1
=

+ Khi điện cảm tải coi là vô cùng lớn dòng tải là liên tục và đợc là phẳng
hoàn toàn. Vì vậy các thyristor sẽ tiếp tục dẫn dòng khi điện áp pha đã đổi cực
tính tại . Với góc điều khiển > 30
0
trên đờng điện áp U
d
sẽ xuất hiện phần âm.
Mỗi van trên sơ đồ sẽ dân dòng có giá trị I
d
trong khoảng =
3

2

.
+ Điện áp chỉnh lu trung bình đợc biểu diễn bởi công thức chung
U
d

= U
d0
cos
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
19
Đồ án tốt nghiệp
0
0
0
0
U
ng max
U
ab
U
ac
U
V1

1

2

3

4

5

6

7
U
a
U
b
U
c

U
d
V3 V1 d V3
ii
V2 0
Hình III.3. Đồ thị dạng dòng điện, điện áp tải trở cảm
III.1.2. Chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển.
a
b
c
Z
t
U
d

P
Q
V
1
V
3
V
5
V
2
V
4
V
6
Hình III.4. Chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
20
Đồ án tốt nghiệp
1. Xét tải thuần trở
Với tải thuần trở dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử đợc cho trên
III.5 góc điều khiển ở đây đợc cho ví dụ bằng 45
0
.
Trên đồ thị điện áp các pha ta biểu diễn quá trình điều khiển các van riêng
rẽ cho các thyristor nhóm catốt chung và nhóm anốt chung.
+ Đờng bao phía trên của các đờng điện áp pha cho ta hình dạng thế của
điểm ra tải P khi V
1
, V
3

, V
5
đợc điều khiển với góc so với các điểm chuyển
mạch tự nhiên.
+ Đờng bao phía dới của các đờng điện áp pha cho ta hình dạng thế của
điểm ra tải Q khi V
2
, V
4
, V
6
đợc điều khiển với góc so với các điểm chuyển
mạch tự nhiên.
+ Dạng thế của P và Q so với điểm trung bính của nguồn giống với dạng
điện áp ra của các chỉnh lu 3 pha hình tia. Nếu đo điện áp giữa P và Q ta có đợc
biểu diễn trên hệ thống điện áp dây U
ab
,U
ac
, U
bc
.
+ Với tải thuần trở dạng dòng trên tải lặp lại giống nh dạng điện áp U
d
. Vì
vậy với góc điều khiển 30
0
dòng trên tải là liên tục ta có: 0 30
0
; U

d

=
U
do
cos.
> 30
0
i
d
= 0 ở góc đối với đờng điện áp dây khi điện áp này bắt đầu
đổi cực tính. Khi đó dòng điện sẽ gián đoạn và sau khi tính toán ta đợc:
U
d

=






++ )
3
cos(1
63
2

U
U
d

= 0 khi =
3
2

Nh vậy với tải thuần trở khi = 0 ữ
3
2

SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
21
Đồ án tốt nghiệp
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Xung lập lại
điều khiển xung rộng
0
0
0
U

ng max
U
ab
U
ac
U
đk V1
U
đk V2
U
đk V3
U
đk V4
U
đk V5
U
đk V6
U
V1
U
d
U
ab
U
ac
U
bc
U
ba
U

ca
U
cb
U
ab

1

2

3

4

5

6

7
U
a
U
b
U
c

=45
0
Hình III.5. Đồ thị dòng điện, điện áp tải thuần trở
2. Tải trở cảm L

1
=

Với tải trở cảm dạng dòng điện, điện áp trên các phần tử đợc cho trên hình
III.6 góc điều khiển ở đây đợc cho ví dụ 75
0
.
Trên đồ thị điện áp các pha ta biểu diễn quá trình điều khiển các van riêng
rẽ cho các thyristor nhóm catốt chung và nhóm anôt chung.
+ Dạng thế của P và Q so với điểm trung tính của nguồn giống với dạng
điện áp ra của chỉnh lu 3 pha hình tia. Nếu đo điện áp giữa P và Q ta có đợc điện
áp ra của chỉnh lu cầu 3 pha đợc biểu diễn trên hệ thống điện áp dây U
cb
, U
ac
,
U
bc
, U
ba
, U
ca
, U
cb
.
+ Do dòng tải đợc coi là phẳng hoàn toàn nên trớc khi một thyristor nhanạ
đợc tín hiệu điều khiển để mở ra thì dòng vẫn chạy qua thyristor đang dẫn trớc
đó. Vì vậy có thể xuất hiện phần điện áp âm trên đờng cong điện áp chỉnh lu U
d
.

+ Với dòng tải là liên tục ta luôn có:
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
22
Đồ án tốt nghiệp
U
d

= U
d0
cos
Vậy với tải trở cảm thì phạm vi điều chỉnh của góc là từ 0
0
đến 90
0
.
0
0
0
0
0
0
U
ng max
U
ab
U
ac
U
V1
U

d
U
ab
U
ac
U
bc
U
ba
U
ca
U
cb
U
ab

1

2

3

4

5

6

7
U

a
U
b
U
c

=750
0
Hình III.6. Đồ thị dạng dòng điện, điện áp tải trở cảm
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
23
Đồ án tốt nghiệp
III.1.3. Chỉnh lu cầu 3 pha không đối xứng.
a
b
c
Z
t
V
1
V
3
V
5
D
4
D
6
D
2

Hình III.7. Sơ đồ cầu 3 pha không đối xứng
Chỉnh lu cầu 3 pha có dạng không đối xứng trong đó có một nhóm van
anốt chung hoặc catốt chung đợc thay thế bằng điốt. Sơ đồ đợc ứng dụng nhiều
là nhóm van catốt chung dùng thyristor, còn nhóm van anốt chung dùng đi ốt nh
đợc chỉ rra trên hình III.7 sơ đồ này có u điểm là có thể điều khiển các thyristor
một cách trực tiếp mà không cần cách ly bằng biến áp xung. Điều đó có thể áp
dụng nếu nh sơ đồ làm vịêc với điện áp thấp, ví dụ nh một nguồn hàn hồ quang
một chiều. Với sơ đồ này có u thế là dùng ít van tuy nhiên nhợc điểm của các sơ
đồ này là số lanà dập mạch của điện áp chỉnh lu phụ thuộc vào góc điều khiển .
* Từ những phân tích trên ta lựa chọn phơng án sử dụng chỉnh lu cầu 3 pha
có điều khiển.
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
24
Đồ án tốt nghiệp
III.2. Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha
III.2.1. Nguyên lý hoạt động
* Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển
a
U
L
F
G
T
1
T
3
T
5
T
4

T
6
T
2
Tải
i
g2
i
g3
i
g1
i
L
i
1
i
4
U
b
U
c
U
a
i
Hình III.8. Chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển
* Nguyên lý hoạt động
- Đây là chỉnh lu 3 pha hình cầu hai nửa chu kỳ với 2 nhóm T
1
, T
3

, T
5
hình
thành nhóm catốt nói chung; còn T
2
, T
4
, T
6
là nhóm anốt chung.
Theo dạng sóng điện áp có góc mở nhỏ, điện áp tổng đập mạch bậc sáu và
trị số đỉnh của nó bằng điện áp dây. Góc mở đợc tính từ giao điểm cuả nửa
hình sin.
+ Giả thiết T
5
và T
6
đang dẫn nên V
F
= U
c
; V
G
= U
b
+ Tại t
1
= /6 + cho xung điều khiển mở T
1
tiristo này sẽ mở vì U

a
> 0.
+ T
1
mở làm cho T
3
bị khoá 1 cách tự nhiên vì U
a
> U
c
.
+ Tại T
6
và T
1
dẫn

và điện áp trên tải là: U
L
= U
d
= U
a
U
b
.
+ Tạo t
2
= 3/6 + cho xung mồi để mở T
2

Tiristo này sẽ mở vì khi T
6
dẫn có điện áp U
b
lên anốt của t
2
mà U
b
> U
C
sự mở của T
2
làm cho T
6
bị khoá lại
1 cách tự nhiên.
* Các xung điều khiển lệch nhau /3 lanà lợt đợc đa đến các cực điều
khiển theo bảng sau:
SV: Nguyễn Thị Nhung Lớp K9B
25