Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy hàn inverter một chiều điều khiển kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160A

Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ




Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 239.08RD/HĐ-KHCN



Tên đề tài:
Nghiên cứu thiết kế chế tạo
máy hànInverter một chiều điều khiển
Kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A




Cơ quan chủ quản: Bộ Công thơng
Cơ quan chủ trì: Viện Công nghệ
Chủ nhiệm đề tài: KS. Nguyễn văn thống




7100
16/2/2009

Hà Nội, 2 2009

1
Bộ Công thơng
Tổng Công ty Máy động lực và máy nông nghiệp
Viện Công nghệ





Báo cáo tổng kết đề tài KH-CN
M số: 239.08.rd/HĐ-KHCN





Tên đề tài:
nghiên cứu thiết kế chế tạo
máy hàn Inverter một chiều điều khiển kỹ
thuật số, đạt dòng hàn 160 A

Hà Nội, 2 2009


Cơ quan chủ trì
Viện Công nghệ


2






Nh÷ng ng−êi thùc hiÖn

1. KS. NguyÔn V¨n Thèng. ViÖn C«ng nghÖ
2. KS. TrÇn Thanh TuyÒn ViÖn C«ng nghÖ
3. KS. Lª Sü Lan ViÖn C«ng nghÖ
4. KTV. NguyÔn ViÖt Hµ ViÖn C«ng NghÖ
5. KTV. Tr−¬ng V¨n Thoa ViÖn C«ng NghÖ

















1


Mục lục


Lời mở đầu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1. Khái quát về máy hàn Inverter một chiều điều khiển

kĩ thuật số. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.01. Máy hàn Inverter.
1.02. ứng dụng kĩ thuật số vào điều khiển máy hàn. . . . . . . 8
1.03. Sự phát triển của máy hàn Inverter. . . . . . . . . . . 10
2. Thiết kế máy hàn Inverter một chiều điều khiển
kĩ thuật số đạt dòng hàn 160 A. . . . . . . . . . . . . 11
2.01. Sơ đồ mạch điện chung - sơ đồ khối.
2.02. Bộ nguồn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.03. Bộ nắn dòng và bộ lọc đầu vào.
2.04. Bộ công suất cao tần. . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.05. Biến áp fe-rit công suất.
2.06. Bộ nắn cao tần và bộ lọc đầu ra.
2.07. Bộ tạo xung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.08. Điều khiển kỹ thuật số. . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.09. Mạch xử lí tín hiệu đo. . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.10. Màn hình hiển thị
.
2.11. Phần bảo vệ nhiệt. . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.12. Phần giao tiếp máy tính.
2.13. Mạch in. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.14. Phần vỏ máy và khung gá linh kiện.
3. Khảo nghiệm máy hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.01. Máy hàn Inverter đợc thiết kế, chế tạo.
3.02. Hớng dẫn sử dụng máy hàn Inverter một chiều điều khiển
kĩ thuật số, đạt dòng hàn 160 A. . . . . . . . . . . . 34
3.03. Các thông số cơ bản của máy hàn. . . . . . . . . . . 38
4. Kết luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5. Phụ lục. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.01. ảnh máy hàn và bố trí bên trong máy hàn.
5.02. Các bản vẽ chính. . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.03. Đánh giá máy hàn. . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.03. Biên bản nghiệm thu sản phẩm đề tài. . . . . . . . . . 48
Tài liệu tham khảo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49




2




Lời mở đầu


Máy hàn đợc sản xuất theo công nghệ truyền thống thờng có trọng lợng
lớn, có thể đến vài trăm cân. Phần nặng nhất trong các máy hàn loại này là biến áp
hàn, nó chiếm khoảng 2/ 3 trọng lợng máy. Máy hàn to nặng vừa gây tốn kém vật
liệu khi chế tạo vừa gây khó khăn cho việc vận chuyển, di chuyển trong lu thông
phân phối và trong trong sản xuất. Trong rất nhiều trờng hợp công việc hàn phải di
chuyển từ nơi này sang nơi khác thờng xuyên, hay phải đa lên các tầng cao, vì
vậy có đợc thiết bị hàn mạnh mà lại gọn, nhẹ là ớc muốn của nhiều nhà sản xuất
máy hàn và thợ hàn.
Trong những năm gần đây, trên thế giới xuất hiện loại máy hàn mới đợc
gọi là máy hàn Inverter. Cùng cho một cờng độ dòng điện hàn nh máy hàn thông
thờng thì trọng lợng của máy Inverter có thể nhẹ hơn đến cả chục lần. Máy hàn
Inverter là sản phẩm của công nghệ cao. Các bộ phận của máy Inverter từ biến áp
hàn đến nhiều linh kiện điện tử, mạch điện đều là sản phẩm của công nghệ cao.
Công nghệ Inverter trong chế tạo máy hàn hoạt động trên nguyên lí nâng
tần số của dòng điện bình thờng ( 50 hoặc 60 Hz ) lên tần số hàng nghìn, thậm chí

hàng chục nghìn Hz. Dòng điện tần số cao này đợc đa đến đầu vào của biến áp
hàn. Nhờ làm việc với tần số cao nên biến áp này có kích thớc và trọng lợng nhỏ,
có thể nhỏ hơn biến áp thông thờng đến vài chục lần. Việc thiết kế mạch điện tần
số cao này đòi hỏi nhà thiết kế phải có kinh nghiệm, tính toán chính xác và phải
qua nhiều bớc thử nghiệm để cho ra đời một mạch điện làm việc ổn định.
Sự ứng dụng công nghệ số vào các thiết bị công nghiệp giúp cho các thiết
bị này làm việc chính xác hơn, hiệu quả cao hơn, dễ điều khiển hơn. Theo xu thế
chung của thời đại nhiều máy hàn Inverter cũng đã đợc số hoá.
Máy hàn Inverter của nhiều n
ớc đợc nhập vào nớc ta, đợc sử dụng
rộng rãi và đợc a chuộng. Một số công ty của nớc ta cũng công bố đã sản xuất
đợc máy hàn Inverter, nhng thực tế cha thấy bán trên thị trờng. Nhóm thực
hiện đề tài mong muốn qua đề tài: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy hàn Inverter
một chiều điều khiển kỹ thuật số, đạt dòng hàn 160 A đóng góp đợc một số kinh
nghiệm về việc chế tạo loại máy hàn mới này.








3


1. Khái quát về máy hàn Inverter
một chiều điều khiển kĩ thuật số.

1.01. Máy hàn Inverter
.
Máy hàn đợc chế tạo theo phơng pháp thông thờng nói chung có trọng
lợng lớn. Phần nặng nhất của máy hàn là biến áp hàn, biến áp hàn chiếm khoảng
2/ 3 trọng lợng máy. Để hàn đợc dòng điện càng lớn với chu kỳ tải cao ( 100 % )
thì biến áp càng phải lớn. Biến áp càng lớn thì càng nặng, biến áp lớn và nặng làm
cho các bộ phận liên quan nh đồ gá, vỏ, thân máy cũng phải to hơn dày hơn nên
làm cho máy hàn nặng thêm. Việc chế tạo máy hàn to, nặng tiêu tốn nhiều vật t
nh: sắt thép để làm vỏ và đồ gá, tôn silic để làm lõi biến áp, đây đồng để quấn
biến áp, mà các vật t này có giá ngày càng tăng. Do máy hàn cồng kềnh và nặng
nên việc chuyên chở chúng trong lu thông phân phối cũng tốn kém vì mỗi lần chỉ
vận chuyển đợc số lợng ít mà giá xăng dầu ngày càng tăng. Trong sản xuất, công
việc hàn nhiều khi phải di chuyển từ nơi này sang nơi khác hoặc chuyển từ tầng cao
này sang tầng cao khác, lúc này máy hàn nặng làm cho ngời thợ rất vất vả.
Trong máy hàn bộ phận chuyển đổi năng lợng từ điện lới thành dòng điện
phù hợp cho công việc hàn là biến áp. Công thức chung đợc dùng trong thiết kế
biến áp là:
P
th
= W.A.F.B
max
[ 10 ]
Trong đó: - P
th
là năng lợng mà biến áp có thể chuyển tải.
- W là thông số vòng dây quấn.
- A là thông số lõi biến áp.
- F là tần số làm việc.
- B
max

là mật độ từ thông bão hoà của lõi.
Qua công thức trên ta nhận thấy rằng: năng lợng đợc chuyển tải qua biến áp
tỉ lệ thuận với tần số làm việc, mật độ từ thông bão hoà và thông số kích thớc lõi,
dây quấn. Trong đấy F.B
max
đợc coi là hệ số hiệu suất của biến áp; khi tăng tần số
làm việc ( F ) hoặc tăng mật độ từ thông bão hoà ( B
max
), hoặc cả hai thì khả năng
chuyển tải của biến áp tăng lên. Còn nếu nh ta giữ nguyên khả năng chuyển tải
của biến áp thì lúc này ta có thể giảm thông số vòng dây quấn ( W ) và thông số lõi
biến áp ( A ), có nghĩa là giảm bớt vòng dây quấn và thu nhỏ lõi biến áp, cũng có
nghĩa là kích thớc của biến áp đợc thu lại nhỏ hơn.
Tuy nhiên đầu vào của biến áp thông thờng là điện lới có tần số 50 Hz, nên
biến áp cũng hoạt động với tần số 50 Hz. Lõi biến áp thờng đợc làm bằng tôn si-
lic nên mật độ từ thông bão hoà của nó bị hạn chế ở giới hạn nhất định ít đợc cải
thiện. Vì vậy biến áp đợc chế tạo theo phơng pháp truyền thống từ lâu đã không
thể thu nhỏ kích thớc hơn đợc nữa.

4
Nh vậy để có đợc loại biến áp mới có kích thớc nhỏ ta phải nâng đợc tần
số dòng điện đầu vào của biến áp lên, đồng thời tìm ra loại vật liệu mới có thể làm
ra lõi biến áp có đợc mật độ từ thông bão hoà cao.
Công nghệ Inverter áp dụng vào việc chế tạo máy hàn giúp giải quyết việc
nâng tần số dòng điện cho đầu vào của biến áp lên hàng trăm, hàng chục nghìn Hz,
thậm chí đến cả trăm nghìn Hz.
Trong bài Inverter Technology trên trang Web của công ty Damien và bài
Compact Frequency Inverters trên trang Web của công ty T. J. Snow cho ta
biết công nghệ Inverter đợc áp dụng vào việc chế tạo máy hàn nh thế nào. Qua
sơ đồ nguyên lí máy hàn Inverter ( hình 1 ) ta thấy đầu vào của máy hàn vẫn là

điện lới bình thờng có thể có điện áp 220 V hoặc 380 V xoay chiều, với tần số 50
Hz. Dòng điện xoay chiều này đợc bộ nắn dòng biến đổi thành dòng 1 chiều.
Dòng 1 chiều này là đầu vào của bộ Inverter, thực chất bộ Inverter là một cơ cấu
gồm 1 cụm đóng ngắt nhanh kết hợp với một biến áp. Cụm đóng ngắt nhanh đợc
mô tả cho dễ hiểu bằng 2 cặp tiếp điểm S
1
và S
2
. Hai cặp tiếp điểm này hoạt động
liên hoàn với nhau: khi cặp tiếp điểm S
1
đóng thì cặp S
2
mở và ngợc lại. Sự đóng
ngắt liên hoàn này biến dòng điện 1 chiều trớc đây, sau khi qua đấy trở thành
dòng xoay chiều, nhng dòng xoay chiều này có tần số khác với dòng xoay chiều
của đầu vào máy hàn. Tốc độ đóng ngắt của 2 cặp tiếp điểm tạo nên tần số cho
dòng điện xoay chiều mới, tốc độ đóng ngắt càng cao thì tần số dòng điện càng
cao. Dòng điện xoay chiều mới này là đầu vào của biến áp. Đầu ra của biến áp vẫn
là dòng xoay chiều có tần số tơng tự nh đầu vào với điện áp thấp hơn. Dòng điện
xoay chiều tần số cao, điện áp thấp này đợc nắn dòng trở thành dòng 1 chiều phục
vụ cho công việc hàn.


dc
80V
s
1
s
1

s
2
s
2

ac
220V


Hình 1. Sơ đồ nguyên lí máy hàn Inverter.

6
Lõi của biến áp thông thờng đợc làm từ các tấm tôn si-lic mỏng, các tấm tôn
này đợc phủ lớp cách điện để hạn chế sự phát sinh dòng điện cảm ứng xoáy trong
lõi biến áp, vì nếu dòng này mạnh thì sẽ gây tổn thất trong việc truyền tải năng
lợng của biến áp và làm biến áp nóng lên. Khi nóng quá mức thì sẽ làm hỏng lớp
cách điện của dây quấn dẫn đến hỏng biến áp, đồng thời sự phát sinh nhiệt càng lớn
thì tổn thất truyền tải của biến áp cũng càng lớn hơn, vì vậy càng hạn chế đợc sự
phát sinh nhiệt thì hiệu suất của biến áp càng cao. Tấm tôn si-lic này càng mỏng thì
tổn thất do nó gây ra càng nhỏ hơn. Theo bài Transformer của trang thông tin
Wikipedia, the free enciclopedia thì một vài loại thật mỏng có khả năng hoạt
động đến tần số 10.000 Hz. Nh vậy nếu ta muốn biến áp hoạt động với tần số cao
hơn 10.000 Hz thì phải tìm kiếm loại vật liệu mới cho lõi biến áp. Qua nhiều quá
trình nghiên cứu ngời ta đã tìm ra loại vật liệu này, loại vật liệu này có tên chung
là fe-rit, nó có độ thấm từ cao và điện trở suất rất lớn. Trong bài What is ferrite
trên trang Web Fair-rite.com cho ta biết nhiều về loại vật liệu này.
Fe-rit có cấu trúc tinh thể với công thức hoá học chung là MO-Fe
2
O

3
, trong đó
Fe
2
O
3
là ô-xit sắt, còn MO biểu thị cho hợp chất của hai hay nhiều ô-xit kim loại có
hoá trị 2 khác ( ví dụ: kẽm, nic-ken, măng-gan, đồng ). Sự bổ sung các ô-xit nói
trên vào thành phần cho phép tạo ra nhiều loại fe-rit khác nhau có tính chất phù hợp
với từng loại mục đích sử dụng khác nhau. Các thành phần của fe-rit đợc ép từ các
bột ô-xit kim loại nói trên rồi đợc thiêu kết trong lò. Cơ tính và điện từ tính của fe-
rit chịu ảnh hởng lớn của quá trình thiêu kết, quá trình này dựa trên các yếu tố:
thời gian nhiệt độ - áp suất. Fe-rit co lại khi bị thiêu kết, kích thớc co lại có thể
đến 10 17 %. Với cách chế tạo nh vậy fe-rit đợc coi nh một loại gốm. Fe-rit
cứng và giòn, và cũng nh các loại gốm khác fe-rit dễ bị sứt, vỡ. Các loại fe-rit
khác nhau có thể có màu sắc khác nhau, từ màu xám bạc đến màu đen. Có 2 dạng
fe-rit cơ bản là: fe-rit mềm và fe-rit cứng . Sự khác nhau của 2 dạng fe-rit này
không phải nhận biết từ xúc giác mà từ đặc tính về từ trờng. Fe-rit mềm không
duy trì từ tính lâu dài, còn fe-rit cứng thì có tính nhiễm từ vĩnh cửu. Fe-rit
cứng thờng đợc dùng làm nam châm, fe-rit mềm đợc sử dụng vào việc làm
lõi biến áp, nhất là biến áp tần số cao.
Nói chung vật liệu fe-rit đợc thiết kế cho các hệ thống truyền tải điện với
mục đích là ít gây tổn thất và làm việc ở tần số cao với nhiệt độ làm việc đến 80
100
o
C. Vật liệu fe-rit phải có mật độ từ thông bão hoà cao trong nhiệt độ làm việc
có thể lên đến 100
o
C, để phù hợp với cuộn cảm kháng cho ra dòng điện cao. Việc
lựa chọn loại chất liệu fe-rit và hình dáng lõi biến áp thích hợp giúp ta có đợc biến

áp nhỏ, nhẹ mà vẫn truyền tải đợc dòng điện lớn, đáp ứng mục đích sử dụng.
ở nhiều nớc trên thế giới, fe-ri dùng làm lõi biến áp đã đợc quy chuẩn hoá,
chúng đợc chế tạo sẵn với các khối hình dạng và kích thớc khác nhau, chúng
đợc phân nhóm theo các thông số kỹ riêng thuật của chúng. Trên bảng lõi Fe-rit
chữ E nhóm vật liệu 77 và 78 cho ta thấy loại fe-rit đã đợc chế tạo thành khối
chữ E với các kích cỡ khác nhau và các thông số kỹ thuật của chúng. Các khối chữ
E trong bảng này đợc làm từ nhóm vật liệu có kí hiệu 77 và 78. Trong phần giới
thiệu, nhóm vật liệu 77 đợc ghi là: loại fe-rit MnZn dùng cho các thiết kế có mật
độ cảm ứng từ thông từ thấp đến cao làm việc với tần số đến 100 kHz. Còn nhóm

7
MnZn 77 & 78 materials





F E A





D
B C



E Cores 
View Chart Legend MnZn 77 & 78 materials

Part
Number
A B C D E F Wt.
( g )
I/A
(cm
-1
)
I
e
(cm)
Ae
(cm
2
)
Ve
(cm
3
)
A
l
(nH)
9477019002 12.70
0.25
0.500

05.80 -
0.25
0.224
03.45 -

0.50
0.125
04.10
0.15
0.161
09.30Min
0.365
Min
03.30 –
0.25
0.125
0.80 27.60 2.77 0.10100 0.27900 475
Min
9477016002
R
19.30
0.40
0.760
08.20 -
0.25
0.318
04.75 -
0.20
0.187
05.60
0.25
0.225
14.30Min
0.562
Min

04.95 –
0.35
0.187
2.40 17.90 4.00 0.22500 0.90000 825
Min
9477015002
R
25.40
0.50
1.000
09.80 -
0.30
0.380
06.60 -
0.50
0.250
06.35
0.25
0.225
18.80Min
0.740
Min
06.60 –
0.50
0.250
5.40 12.06 4.90 0.40000 1.95000 1300
Min
9477014002 25.40
0.50
1.000

09.80 -
0.30
0.380
12.70 -
0.25
0.500
06.35
0.25
0.225
18.80Min
0.740
Min
06.60 –
0.50
0.250
11.0 6.03 4.90 0.80000 3.92000 2625
Min
9477034002
R
25.4
0.50
1.000
16.00 -
0.25
0.630
06.60 -
0.50
0.250
12.70
0.35

0.507
18.80Min
1.004
Min
06.60 –
0.50
0.250
8.40 18.00 7.30 0.40000 2.98000 870
Min
9477375002
R
34.55
0.70
1.360
14.50 -
0.25
0.567
09.25 -
0.25
0.365
09.50
0.25
0.380
25.50Min
1.044
Min
09.40
 0.15
0.370
16.0 7.92 6.90 0.86000 6.00000 2050

Min
9477500002 40.75
0.80
1.604
16.50 -
0.15
0.650
12.20 -
0.40
0.480
10.15
0.25
0.405
27.80Min
1.095
Min
12.20
0.35
0.480
30.0 5.12 7.60 1.50000 11.5000 3225
Min
9478036002 42.85
0.75
1.687
21.15 -
0.25
0.828
15.85 -
0.75
0.609

14.95
0.25
0.593
30.40Min
1.197
Min
11.90
0.25
0.468
48.0 5.34 9.80 1.84000 18.1000 3600
Min
9477625002
R
47.10
0.75
1.855
19.85 -
0.40
0.773
15.60 -
0.25
0.615
12.00
0.25
0.477
31.60Min
1.245
Min
15.60
0.25

0.615
57.0 3.74 8.90 2.37000 21.1000 4500
Min
9478625002
R
47.10
0.75
1.855
19.85 -
0.40
0.773
15.60 -
0.25
0.615
12.00
0.25
0.477
31.60Min
1.245
Min
15.60
 0.25
0.615
57.0 3.74 8.90 2.37000 21.1000 5100
Min




B¶ng fe-rit ch÷ E , nhãm vËt liÖu 77 & 78

8
vật liệu 78 là loại fe-rit MnZn đợc thiết kế đặc biệt cho tần số làm việc đến 200
kHz.
Theo tác giả F. G. Armao trong bài Inverter Based Welding Power Supplies
for Welding Aluminium đăng trên trang Web của hãng Lincoln thì máy hàn
Inverter có một số u điểm nổi trội hơn so với máy hàn đợc chế tạo theo công
nghệ truyền thống:
- Máy nhỏ, nhẹ và có thể xách tay dễ dàng khi di chuyển. Máy hàn Inverter
có thể nhẹ hơn máy thông thờng đến cả chục lần, thậm chí còn hơn. Thí dụ một
máy hàn của hãng Lincoln trớc đây nặng hơn 400 pound, bây giờ loại cùng tính
năng làm theo công nghệ Inverter chỉ nặng 33 pound.
- Máy cho phép hàn bằng que hàn đạt chất lợng hảo hạng với tất cả các loại
que hàn. Do cụm đóng ngắt nhanh làm việc với tốc độ cực kỳ nhanh ( hàng chục
nghìn lần trong một giây đồng hồ ), nó băm một cách hết sức nhỏ, mịn dòng DC
tạo nên dòng AC tần số cao để cấp cho biến áp, nên sau khi qua bộ nắn dòng ta
nhận đợc dòng DC cực kỳ ổn định mà không hề có sự gợn sóng đặc trng nh khi
nắn dòng từ dòng điện có tần số 50 Hz. Kết quả là khi hàn ta có đợc hồ quang rất
êm và cực kỳ ổn định.
- Máy sử dụng điện hiệu quả hơn. Qua sự so sánh sau đây ta dễ dàng nhận
thấy tính hiệu quả cao của máy hàn Inverter, máy hàn Inverter có nhãn hiệu V205
của hãng Lincoln khi hàn lấy dòng điện ở đầu vào là 29 A, trong khi một máy hàn
cùng tính năng tơng tự nhng không phải loại Inverter thì lại lấy điện ở đầu vào
là 50 60 A khi hàn với cùng một dòng điện. Nhờ sử dụng điện hiệu quả hơn nên
máy hàn Inverter giúp ngời sử dụng tiết kiệm đợc chi phí năng lợng, qua đánh

giá chung ngời ta có thể nói một cách khiêm tốn rằng khi sử dụng máy hàn
Inverter hàng năm có thể tiết kiệm một khoản chi phí bằng khoảng 10% giá tiền
của máy.

1.02. ứng dụng kĩ thuật số vào điều khiển máy hàn
.
Công nghệ số ra đời tạo nên một cuộc cải tổ về mặt chất lợng cho các thiết
bị công nghiệp cũng nh thiết bị phục vụ đời sống. Nhờ công nghệ số mà các thiết
bị trở nên chính xác hơn, hiệu suất cao hơn, có nhiều tiện ích hơn, kích thớc nhỏ
gọn hơn so với các thiết bị kỹ thuật tơng tự nhng không có kỹ thuật số. Xu thế
chung ngày nay là đa công nghệ số vào các thiết bị, và công nghệ số đóng vai trò
là bộ não điều khiển các quá trình hoạt động. Các thiết bị hàn trên thế giới cũng
từng bớc đợc số hoá.
Cụm đóng ngắt nhanh ( IGBT ) đợc thiết kế với tần số đóng ngắt hàng chục
nghìn Hz nên chỉ một sai số nhỏ trong quá trình điều khiển xung đóng ngắt là có
thể làm IGBT nổ tung, vì thế rất cần sự có mặt của bộ vi xử lí để tăng độ tin cậy của
phần này, vì thế mạnh của bộ vi xử lí chính là tốc độ cao và độ chính xác cao.
Khi hàn que một trong những yếu tố quan trọng nhất giữ cho hồ quang ổn
định là duy trì đợc khoảng cách từ đầu que hàn đến vật hàn không thay đổi.
Nhng do que hàn là điện cực nóng chảy, nên nó bị nóng chảy tự làm cho khoảng
cách này tăng dần lên, trong khi ta lại di chuyển que hàn bằng tay, nên khoảng

9
cách này luôn giao động, không ổn định. Đối với máy hàn bình thờng thì việc ổn
định hồ quang lúc này dựa vào sự biến thiên từ thông ở biến áp: khi chiều dài hồ
quang thay đổi làm thay đổi điện trở cột hồ quang đẫn đến điện áp hồ quang thay
đổi, điện áp đầu ra cuộn thứ cấp thay đổi, điều này làm biến áp sẽ tăng hoặc giảm
từ thông một cách thích hợp để ngăn chặn sự thay đổi này. Do biến áp làm việc với
tần số thấp (50 Hz ), nên việc tự điều chỉnh tơng đối chậm, vì vậy dù cho biến áp
đợc lựa chọn và thiết kế tốt thì sự ổn định của hồ quang cũng không cao. Bộ vi xử

lí có thể điều chỉnh với tốc độ nhanh gấp hàng trăm thậm chí hàng nghìn lần, nên
máy hàn có bộ vi xử lí thích hợp sẽ có hồ quang rất ổn định.
Về nguyên lí, với máy hàn bình thờng khi ta đã chọn loại biến áp cho dòng
điện không đổi, thì khi đã đặt dòng điện trớc khi hàn, lúc hàn máy sẽ duy trì dòng
điện hàn đúng nh vậy. Nhng thực tế là dòng điện hàn giao động quanh mức đã
đặt với sai số đến cả chục %. Khi áp dụng bộ vi xử lí vào máy hàn thì sai số này
đợc rút xuống chỉ vài %.
Việc cảnh báo và tự động dừng máy khi quá tải, quá nhiệt cũng đã đợc áp
dụng cho các máy hàn thông thờng. Ngời ta lắp các bộ rơ-le để giúp thực hiện
chế độ này. Nhng các rơ-le này có độ trễ tơng đối lớn, nên để cho an toàn ngời
ta phải để chế độ dừng tơng đối sớm, vì vậy khoảng hoạt động của máy bị giới
hạn lớn hơn mức cần thiết. Bộ vi xử lí có tốc độ xử lí nhanh hơn rất nhiều, nên ta có
thể để chế độ dừng ngay ở mức giới hạn, vì vậy khoảng hoạt động của máy rộng
hơn.
Công nghệ số khi áp dụng vào máy hàn còn có thể cho ta nhiều tiện ích
khác. Nh khi ta hàn một loại sản phẩm, sau khi đã chọn đợc chế độ hàn tốt, ta có
thể lu giữ các thông số này vào bộ nhớ của máy; lần khác khi gặp lại sản phẩm
đấy ta không cần phải thử để tìm ra chế độ hàn, mà chỉ cần bấm vào bộ nhớ là máy
sẽ làm việc với đúng chế độ đấy. Máy hàn thờng đợc làm mát cỡng bức bằng
quạt thông gió. Thông thờng khi đóng điện vào máy là quạt làm việc luôn cho đến
khi ngắt điện. Nếu ngời thợ hàn que cố gắng làm việc thật liên tục thì chu kì tải
của máy cũng chỉ đạt khoảng 40% ( vì còn thời gian phải thay que hàn, gõ xỉ mối
hàn ), nhng nếu tính chung cho cả ca máy từ khi bật máy cho đến khi tắt máy
thì tỉ lệ thời gian máy làm việc thực tế còn ít hơn nhiều. Thực ra máy hàn chỉ cần
làm mát khi nó nóng quá một nhiệt độ nhất định, có nghĩa là nếu máy làm việc ít,
hay hàn với dòng nhỏ thì có thể không cần cho quạt làm mát hoạt động, hoặc chỉ
cần làm mát với thời gian ngắn. Công nghệ số có thể giúp ta tiết kiệm điện làm mát
bằng cách đo chính xác nhiệt độ nóng lên của máy, khi đạt đến nhiệt độ cần thiết
mới cho phép quạt chạy và khi nhiệt độ hạ xuống mức giới hạn thì lại ngắt quạt,
ngoài ra nhờ thế ta còn hạn chế đợc lợng bụi vào máy và tăng tuổi thọ của quạt.

Giá của các linh kiện điện tử bán dẫn theo xu thế chung là ngày càng hạ,
trong khi chất lợng của chúng ngày càng tăng, vì vậy việc đa kỹ thuật số vào
máy hàn không làm tăng chi phí lên quá nhiều trong sản xuất hàng loạt, mà giá trị
của máy hàn lại tăng lên nhiều. Phần mềm để nạp vào bộ vi điều khiển có thể thay
đổi dễ dàng, vì vậy chỉ với việc thay đổi phần mềm ta có thể làm thay đổi các tính
năng của máy mà không cần thay đổi các linh kiện, nhờ thế việc cải tiến tính năng
các thiết bị sau này tơng đối đơn giản, ít tốn kém.

10
1.03. Sự phát triển của máy hàn Inverter.
Ngoài tính chất nhỏ, nhẹ dễ di chuyển, máy hàn Inverter còn dễ tạo nên mối
hàn chất lợng cao, tiết kiệm năng lợng vì vậy ngày nay máy hàn Inverter đợc sử
dụng nhiều để hàn thép cac-bon, thép hợp kim, hàn các mối hàn đòi hỏi chất lợng
cao, nh hàn các đờng ống chịu áp lực lớn, các nồi hơi áp lực. Các công trình quan
trọng nh nhà máy điện, nhà máy hoá dầu, nhà máy đóng tàu cũng a chuộng máy
hàn Inverter.
Công nghệ Inverter còn đợc phát triển trong lĩnh vực chế tạo các máy hàn
khác ngoài hàn que nh: hàn MIG, MAG Inverter, hàn TIG Inverter, hàn điểm
Inverter Do đặc tính của tần số cao không hàn trực tiếp đợc, nên các máy hàn
đều phải nắn dòng xoay chiều tần số cao ở đầu ra của biến áp fe-rit thành dòng 1
chiều để hàn. Ta biết rằng máy hàn 1 chiều rất tốt trong công nghệ hàn que, hàn
MIG, MAG và cả trong hàn TIG. Nhng để có thể hàn nhôm bằng công nghệ hàn
TIG thì dòng một chiều không phù hợp mà phải là dòng xoay chiều. Vì công nghệ
hàn TIG rất tốt cho việc hàn nhôm và do những đặc tính tốt của máy hàn Inverter
nên ngời ta đã tiếp tục nghiên cứu để có thể sử dụng vào việc hàn nhôm. Gần đây
ngời ta đã cho ra đời máy hàn TIG Inverter xoay chiều để có thể hàn nhôm. Đây
là một bớc tiến lớn trong kĩ thuật chế tạo máy hàn, điều này cũng nói lên công
nghệ Inverter có ý nghĩa to lớn thế nào đối với kỹ thuật hàn.
Theo thống kê thì trong 5 năm gần đây số lợng máy hàn Inverter đợc chế
tạo ở các nớc tiên tiến hàng năm tăng lên khoảng 30%. ở nớc ta nhiều nơi cũng

đã từng bớc khảo sát với mục đích chế tạo máy hàn
Inverter, nhng cho đến nay
vẫn cha thấy bán trên thị trờng, vì thế các máy hàn sử dụng ở nớc ta đều là máy
nhập ngoại. Trớc đây máy hàn Inverter có chất lợng cha ổn định và thợ sử dụng
cha quen công việc giữ gìn bảo dỡng máy hàn Inverter, nên hay gây ra hỏng hóc
và các hỏng hóc rất khó khắc phục vì chúng ta cha có đội ngũ thợ sửa chữa thích
hợp và không có đủ linh kiện để thay thế. Trong những năm gần đây chất lợng
máy hàn Inverter có sự tiến bộ rất nhiều nên ít có hỏng hóc, vì vậy các cơ sở sản
xuất của ta cũng bắt đầu a chuộng các chủng loại máy hàn Inverter.
Máy hàn que Inverter nói chung còn ít đợc áp dụng kỹ thuật số, cũng nhờ
thế mà kết cấu máy nhỏ gọn hơn, nhng phần nào hạn chế đến sự điều khiển,
khống chế dòng hàn. Vỏ máy hàn loại nhỏ đợc chuyển từ vỏ thép thành vỏ nhựa
nên góp phần làm cho máy nhẹ hơn.











11



2. Thiết kế máy hàn Inverter một chiều
điều khiển kĩ thuật số, đạt dòng hàn 160 A.

2.01. Sơ đồ mạch điện chung - sơ đồ khối
.
Dựa vào sơ đồ nguyên lí chung của máy hàn Inveter ( hình 1 ), qua tham khảo
các máy hàn có ở nớc ta kết hợp với các tính toán về các giải pháp kỹ thuật thích
hợp để tạo ra đợc dòng điện hàn một chiều ổn định nhất, nhóm đề tài đã lập ra sơ
đồ khối cho máy hàn của đề tài ( hình 3 ).
Từ nguồn điện 220 V AC bộ nguồn làm nhiệm vụ tạo ra các mức nguồn cần
thiết cho từng khối chức năng của máy, các nguồn đợc tạo ra có thể cách li hoàn
toàn với nhau hoặc chung mass với nhau. Nguồn điện xoay chiều hình Shin 220V/
50 Hz đợc bộ nắn dòng biến đổi thành dạng xung hình quả chuông với tần số 100
Hz, bộ lọc biến đổi dạng xunh hình chuông thành dòng một chiều tơng đối phẳng.
Sau khi đợc bộ lọc san phẳng, dòng điện lúc này ở vào khoảng 310 V DC.
Bộ vi điều khiển kết hợp với bộ tạo xung tạo ra tín hiệu điều khiển cho IGBT
với tần số 40.000 Hz. Bộ công suất IGBT làm nhiệm vụ cắt ( băm ) nhỏ nguồn điện
310V DC thành 80.000 mẩu trong mỗi giây đồng hồ và đảo chiều luân phiên các
mẩu năng lợng này tạo thành dạng xung xoay chiều với tần số 40.000 Hz cấp vào
cuộn sơ cấp của biến áp fe-rit công suất.
Bộ biến áp fe-rit đợc thiết kế cho việc truyền tải điện xoay chiều có tần số
40.000 Hz với hiệu suất cao và giảm mức điện áp từ 310 V xuống 80 V AC dành
cho phần mồi hồ quang và khoảng 30 V AC cho phần dòng hàn. Do thiết kế của
biến áp với mục tiêu tạo ra dòng lớn và điện áp phù hợp với tỉ lệ nhân dòng ngợc
với nhân áp, nên tại đầu ra của biến áp có dòng điện lớn gấp 10,3 lần so với dòng
điện ở đầu sơ cấp. Dòng điện này đợc bộ nắn cao tần biến đổi thành dạng xung
một chiều tần số 80.000 Hz, sau khi qua bộ lọc thành dòng một chiều rất phẳng và
đợc đa tới 2 cực đấu lấy điện ra của máy hàn.
Bộ vi điều khiển kết hợp với bàn phím và bộ hiển thị cho phép ngời sử dụng
cài đặt các thông số cho công nghệ hàn một cách linh hoạt, thuận tiện, đồng thời
theo dõi đợc các thông số và tình trạng hoạt động của máy rất chính xác và đầy

đủ.
Mạch giao tiếp máy tính giúp cho ngời lập trình phần mềm cho chíp vi điều
khiển thử nghiệm, chỉnh sửa trong quá trình hoàn thiện phần mềm điều khiển.
Cũng nhờ cổng giao tiếp này mà sau này khi cần cải tiến thay đổi tính năng của
máy, ngời lập trình có thể dễ dàng thay đổi phần mềm cho chip.





12




B
ộ

t
ạ
o

x
u
n
g
V
ỉ

m

ạ
c
h

đ
i
ề
u

k
h
i
ể
n
m
ạ
c
h

g
i
a
o

t
i
ế
p

m

á
y

t
í
n
h
B
ộ

n
ắ
n

d
ò
n
g


B
ộ

h
i
ể
n

t
h

ị

v
à

b
à
n

p
h
í
m



B
ộ

n
g
u
ồ
n
Hình 3
. Sơ đồ khối máy hàn
Inverter
.
2
2

0

V

A
C
Đo điện áp lứơi
B
ộ

l
ọ
c
Đo điện áp hàn




B
ộ

c
ô
n
g

s
u
ấ
t

c
a
o

t
ầ
n



B
i
ế
n

á
p



F
e
-
r
í
t

c
ô

n
g

s
u
ấ
t
Đo dòng hàn
B
ộ

n
ắ
n

c
a
o

t
ầ
n
B
ộ

l
ọ
c
M
ỏ

h
à
n
K
ẹ
p

m
a
s
s
8
0

V
D
C



13
2.02. Bộ nguồn.
Từ nguồn điện lới dòng điện qua at-tô-mat rồi phân chia thành 3 đờng:
đờng thứ nhất là mạch động lực của máy hàn đợc đa trực tiếp đến bộ nắn dòng
đầu vào, đờng thứ 2 đợc đa đến biến áp nuôi của bộ tạo xung, mạch thứ 3 đợc
đa đến biến áp nuôi vỉ mạch vi điều khiển và mạch hiển thị.

2.02.01. Mạch nguồn cho phần tạo xung
. ( Bản vẽ INV.160 02.03.0 ).

Từ nguồn AC16 V bộ nắn cầu D1C biến đổi thành điện 1 chiều và đợc san
phẳng nhờ tụ C
1
. U
1
(7815) tạo điện áp 15 V cho phần tạo biên độ chuẩn cho xung
điều khiển IGBT, nguồn này đợc lọc qua tụ C
2
và lọc thành phần cao tần nhờ C
3
,
C
20
, C
21
, U
2
(7812) tạo ra nguồn 12 V cho toàn bộ phần tạo xung và kiểm soát quá
tải IGBT gồm U
3
, U
4
, U
5
, U
6
, U
7
, U
8

. Nguồn này cũng đợc lọc thành phần tần số
thấp nhờ tụ C
4
và lọc thành phần tần số cao nhờ C
22
.

2.02.02. Mạch nguồn cho vi điều khiển và hiển thị
. ( INV.160 02.03.0 ).
Trên Board mạch vi xử lý nguồn AC 9V đợc đa tới J
1
nhờ bộ nắn cầu D
1
C
biến đổi thành điện 1 chiều và đợc san phẳng nhờ C
1
và C
2
. Do bộ nguồn này cấp
cho vi xử lý nên đòi hỏi chất lợng phải rất cao nên chúng tôi thiết kế thêm cuộn
cản L
1
(100 mohm ) để lọc thành phần xoay chiều rồi lọc lại 2 lần nữa nhờ tụ C
3
và
C
4
rồi mới cho qua IC ổn áp U
1
(7805).

Điện áp 5 V đợc tạo ra bởi U
1
lại đợc lọc thành phần tần số thấp bởi tụ C
5

rồi lại tiếp tục đợc lọc thành phần tần số cao bởi tụ C
6
, tới đâynguồn 5 V có chất
lợng rất cao đợc đa đến để nuôi bộ vi xử lý.
Cũng từ sau bộ nắn D
1
C và bộ lọc C
1
, C
2
một bộ nguồn 5V khác đợc tạo ra
cho phần hiển thị. Khác với phần nguồn nuôi vi xử lý ở chỗ: nguồn nuôi vi xử lý
cần 5V chất lợng rất cao nhng dòng chỉ cần 500 mA, còn nguồn cho phần hiển
thị cũng 5V nhng cần dòng đến 3000mA và chất lợng không đòi hỏi quá cao.
Chúng tôi chọn vi mạch ML 2576 5 kết hợp với cuộn cản L
2
(100 mohm). Diot
xung D
3
, tụ lọc C
17
và C
18
cho kết quả rất tốt, nhiệt độ trên U
3

khi màn hình
sáng100% chỉ dới 50
O
C.

2.03. Bộ nắn dòng và bộ lọc đầu vào
.
2.03.01. Bộ nắn dòng đầu vào
.
Bộ nắn đầu vào có tất cả 8 di-ôt 50A/400V đợc đấu thành 2 cụm nắn cầu. Mỗi
cụm gồm 4 di-ôt tạo thành 1 modul nắn. 2 modul này đấu song song với nhau, bảo
đảm dòng nguồn đủ khỏe để cấp cho mạch động lực. Nguồn điện xoay chiều hình
Shin 220V/ 50 Hz đợc bộ nắn dòng biến đổi thành dạng xung hình quả chuông với
tần số 100 Hz.

2.03.02. Bộ lọc đầu vào
.
Bộ lọc đầu vào gồm 4 tụ 1500 àF/ 450V đợc đấu song song để tăng dung
lợng tơng đơng 1 tụ 6000 àF/ 450V. Với dung lợng này bộ lọc biến đổi dạng
xunh hình chuông của dòng điện lấy ra từ bộ nắn dòng thành dòng một chiều tơng

14


Lõi fe-rit: 2 khối chữ E ghép lại.
Dây quấn: dây đồng bọc sợi thủy tinh cách điện.
Kích thứơc dây đồng và cách quấn dây theo sơ đồ dứơi đây.
Sơ đồ quấn dây
20 vòng
dây 10 mm

2
6 vòng dây 10 mm
3 vòng dây 20 mm
2
2
Hình 4
. Biến áp công suất fe-rit.
Lõi fe-rit
Dây quấn
3 vòng dây 20 mm
2




15
đối phẳng. Sau khi đợc bộ lọc san phẳng, dòng điện lúc này ở vào khoảng 310 V
DC.

2.04. Bộ công suất cao tần
.
Bộ công suất cao tần gồm 4 bộ đóng ngắt nhanh bán dẫn thờng đợc gọi là
IGBT. Bộ IGBT đợc lựa chọn là MBN 200A6 của hãng Hitachi có thông số: dòng
điện chịu tải 200 A, điện áp tối đa 600 V, tần số làm việc đến 100.000 Hz. Tần số
làm việc đợc thiết kế là 40.000 Hz nên bảo đảm bộ IGBT sẽ không bị quá tải. Mỗi
IGBT thực hiện chức năng nh là một công tắc giống nh trên hình 1 đã mô tả, 4
IGBT này đợc đấu theo cách đấu đẩy kéo, tức là khi 2 IGBT này mở thì 2 IGBT
kia đóng và ngợc lại. Do các IGBT trong khi làm việc sẽ nóng lên rất nhanh nên
chúng đợc lắp trên tấm tản nhiệt bằng nhôm, và đợc quạt thổi làm mát.

2.05. Biến áp fe-rit công suất
.
Kích thớc lõi fe-rit, kích thớc dây đồng và cách quấn dây đợc mô tả nh trên
hình 4. Bên sơ cấp gồm 20 vòng dây tiết diện 10 mm
2
, bên thứ cấp gồm 2 cuộn,
mỗi cuộn có 6 vòng dây, cuộn thứ nhất có tiết diện dây là 20 mm
2
đợc tách điểm
giữa để đấu mass, cuộn thứ 2 có tiết diện 10 mm
2
. Bằng cách quấn này, sau khi
đợc nắn dòng và đấu chung ở đầu ra, ta có đợc điện áp cao khoảng 80 V để mồi
hồ quang và điện áp thấp hơn khoảng 30 V trong khi hàn do cuộn dây có tiết diện
10 mm
2
đợc đấu với 1 cuộn cảm nên khi có tải thì sụt áp ( hình 5 ).

2.06. Bộ nắn cao tần và bộ lọc đầu ra
.


Biến áp fe-rit.
Bộ nắn cao tần


Hình 5. Nguyên lí mạch nắn cao tần.

16
2.06. 01. Bộ nắn cao tần. ( Bản vẽ INV.160 02.02.0 ).

Bộ nắn cao tần gồm 2 bộ nắn riêng cho 2 cuộn dây thứ cấp của biến áp fe-rit rồi
đợc đấu chung ở đờng ra ( hình 5 ). Các di-ôt nắn ở đây là di-ôt cao tần MUR
3060. Trong quá trình làm việc các di-ôt này phát sinh ra nhiệt nên đợc lắp lên
tấm tản nhiệt bằng nhôm để đợc làm mát.

2.06.02. Bộ lọc đầu ra
. ( Bản vẽ INV.160 02.02.0 ).
Dòng điện cao tần sau khi đợc bộ nắn cao tần nắn thành dòng một chiều đã có
độ phẳng tơng đối tốt. Để cho phẳng hơn, dòng điện đợc cho qua 4 tụ lọc 103/
2KV, 10.000 PF/ 2.000V.

2.07. Bộ tạo xung
. ( Bản vẽ INV.160 02.03.0 ).
2.07.01. Phần điều khiển độ rộng xung
.
Chuỗi xung 2 kênh 40.000Hz có thể điều khiển đợc độ rộng xung từ 0 -
90%

nhờ sự kết hợp giữa vi điều khiển U
8
trong mạch vi xử lý và vi mạch U
8
trong
mạch tạo xung. Tần số 40.000 Hz đợc xác lập cố định bởi R
T
(R29) = 12 K và
C
T
(C
13

) =1000PF. Hai kênh xung đợc xuất ra từ chân 9 và chân 10 của vi mạch U
8

với biên độ 12VPP, 2 kênh này có dạng xung giống nhau và lệch pha nhau 180
0
.
Việc điều khiển độ rộng xung đợc bộ vi điều khiển chỉ đạo từ chân 17 của
vi xử lý U
8
, tín liệu này đa về chân ( - ) của bộ khuếch đại thuật toán LM 358 để
so sánh với tín hiệu dòng phản hồi ở chân

của IC này. Kết quả đa ra ở chân số
1 của IC này đợc truyền qua D
11
và R
27
về chân 3 của vi mạch tạo xung U
8
để xác
lập lại độ rộng xung. Nhờ tốc độ xử lý của vi xử lý là hàng chục triệu lệnh/s nên
quá trình điều chỉnh, hiệu chỉnh độ rộng xung là rất nhanh và chính xác.

2.07.02. Phần kiểm soát biên độ xung
.
Trong mạch tạo xung, nguồn 15 V để tạo xung với biên độ 15VPP cho
IGBT đợc kiểm soát bởi tổ hợp mạch sau:
Nếu nguồn 15 V là đúng thì xuất hiện dòng điện thì nguồn qua R
11
-> D

23

vào cực B của C
828
làm cho C
828
dẫn bão hoà và điện áp tại cực C = 0V. Ngợc lại
nếu điện áp 10V không đủ ( dới mức ngỡng của D
23
cộng ngỡng của C
828

12.6V) thì không có dòng qua D
23
, C
828
không dẫn, tại cực C của C
828
, có điện áp
cao do R
12
cấp đến, mức điện áp này đợc báo cho vi xử lý qua R
10
, hạn chế biên
độ bằng D
22
rồi đến chân 15 của vi xử lý, nhận đợc tín hiệu này lập tức vi xử lý ra
lệnh ngắt xung, và cảnh báo bằng còi liên tục, nếu sự cố này đã hết thì sau 5s máy
lại tiếp tục làm việc đợc.

2.07.03. Phần bảo vệ quá tải cho IGBT
.
Trong mạch tạo xung có cụm vi mạch CA3140 là loại IC khuếch đại thuật
toán tốc độ cao, tốc độ chuyển mức ở đầu ra lên đến hàng triệu Hz. Toàn bộ phần
nguồn 310 V DC cấp cho bộ IGBT đợc đi qua 1 sensor cảm ứng từ nối vào J
2
. Khi
có dòng điện qua IGBT tại 2 chân của J
2
, xuất hiện xung điện. Bộ nắn D
1
, D
2
, D
3
,
D
4
, chuyển thành điện 1 chiều qua bộ chia R
1
/R
2
rồi qua R
3
đến D
5
vào chân

17
của IC CA 3140 để so sánh với chân ( - ) của IC này. Tại chân ( - ) nhờ bộ chia
R
4
/R
5
đã tạo ra mức điện áp tơng ứng với mức dòng tối đa mà IGBT có thể chịu
đợc. Nếu chân

vợt mức này tức là dòng qua IGBT quá lớn do nguyên nhân
nào đó thì tại đầu ra của CA3140 lên mức 1 và duy trì vĩnh viễn nhờ R
7
mắc theo
kiểu hồi tiếp

. Tín hiệu này đợc cấp đến vi xử lý và R
8
qua chân 4 của J
3
đến
chân 4 của J
5
đến chân 9 của vi xử lý. Nhận đợc tín hiệu này lập tức vi xử lý ra
lệnh ngắt xung qua chân 10 và khởi động còi cảnh báo đồng thời gửi lên màn hình
cảnh báo quá tải. Ngời vận hành buộc phải dừng máy, ngắt nguồn khoảng 5s rồi
khởi động lại máy.

2.07.04. Mạch đệm công suất
.
Cũng trong mạch tạo xung có phần mạch đệm công suất đợc thiết kế đảm

bảo cho dòng xung điều khiển rất lớn, trở kháng thấp dới 10 để đảm bảo tách
đợc các xung nhiễu cả tần số thấp và tần số cao. Mạch đợc kết hợp bởi đèn bán
dẫn trờng IRFZ44 với dòng tối đa 50A và biến áp xung T
1
, T
2
nội trở < 0,2 cho
phép truyền tải xung dòng rất cao, đầu ra đợc lọc nhiễu bởi R
47
, R
48
và hạn dòng
bởi R
46
tuyệt đối an toàn cho IGBT.

2.08. Điều khiển kỹ thuật số
.
Trung tâm của phần điều khiển kỹ thuật số là con chip vi điều khiển và phần
mềm của con chip này.

2.08.01. Chức năng thiết kế của các chân vi điều khiển.


Số tt
chân
thiết kế
Số tt.
chân trên
chip

Cấu hình cần đáp ứng
1. 2. 3. 4. 5. 37. 38. 39. 40.
36.
Chân vào logic cho các phím ấn (+) (-) (UP)
(DOWN) (MEMORY).
6. 7. 8. 16. 24. 16. Xuất dữ liệu hiển thị Led (8Led ghép sát). Chân 6
CP. Chân 7 DATA. Chân 8 STR.
9. 17. Chân ra tơng tự 255 mức cấp tín hiệu điều khiển
dòng hàn.
10. 19. 20. 21. 22. Chân ra tơng tự 255 mức cấp tín hiệu điều khiển
điện áp hàn.
11. 4. Chân vào tơng tự cho việc đo điện áp nguồn.
12. 2. Chân vào tơng tự lấy tín hiệu dòng điện phản hồi

18
để đo và điều chỉnh dòng ra tự động.
14.15. 33. Chân ra Logic điều khiển quạt làm mát tự động.
16. 7. Chân vào Logic lấy tín hiệu quá nhiệt.
17. 9. Chân vào Logic cho việc kiểm soát lỗi quá tải
IGBT.
18. 10. Chân ra Logic cho việc điều khiển ngắt xung.
19. 20. 21 28. 29. 30. Chân ra đèn báo bộ nhớ 1; bộ nhớ 2; bộ nhớ 3.
22. 23. 27. 23. Chân ra đèn báo hàn; đèn báo quá tải.
24. 35. Chân vào Logic dự phòng.
25. 15. Chân vào logic cho việc kiểm soát điện áp.
26. 8. Chân ra Logic cho việc điều khiển còi cảnh báo.

2.08.02. Nội dung điều khiển cho từng chân của chíp vi điều khiển
.

Chân 1. 2. 3. 4. 5. nhận tín hiệu bàn phím tác động mức 1.
Chân 1. là phím (+); chân 2. là phím (-); chân 3. là phím ( UP ); chân 4. là
phím ( DOWN ); chân 5. là phím ( Memory Lu ).
Mỗi xung (+) hay (-) thì tăng hay giảm một giá trị ở góc phải trên màn hình
và các đầu ra tơng ứng.
Mỗi xung (UP) hay (DOWN) sẽ làm màn hình chuyển sang một chức năng
khác theo chiều dịch lên hay dịch xuống. Khi màn hình đang hiển thị chức năng
nào thì xung (+) và (-) sẽ tác động vào chức năng đó (các chức năng cụ thể ở phần
sau).
Tất cả các thay đổi giá trị đợc tác động từ bàn phím đều đợc lu vào bộ nhớ,
màn hình hiện tại đang ở bộ nhớ nào thì các thay đổi sẽ đợc lu vào bộ nhớ đó khi
không ấn phím. (Nếu trong 10 giây không có phím nào đợc ấn để thay đổi thông
số của phần đấy thì coi là không ấn phím).
Chân 5 tác động sẽ chuyển lần lợt quay vòng từ bộ nhớ hiện tại đến bộ nhớ
kế tiếp.

Chân 19. 20. 21 khi máy đang đọc và ghi ở bộ nhớ 1 thì chân 19 lên mức 1, ( hai
chân còn lại là mức 0 ); khi máy đang đọc và ghi ở bộ nhớ 2 thì chân 20 lên mức 1;
khi máy đang đọc và ghi ở bộ nhớ 3 thì chân 21 lên mức 1.
Khi khởi động máy các dữ liệu từ bộ nhớ sẽ đợc nạp vào các chức năng cài
đặt thay cho việc cài đặt ban đầu và bộ nhớ 1 đợc coi là mặc định, nên đợc nạp
ngay sau khi khởi động.

19

Chân 6. 7. 8 xuất dữ liệu hiển thị cho bộ Led 7 thanh. Bộ Led này gồm 8 Led ghép
sát thành 1 hàng ngang tạo ra một màn hình thống nhất cho hiển thị cả chữ và số.
Chân 6 xuất xung nhịp, chân 7 xuất dữ liệu, chân 8 xuất xung chốt.

Chân 9. là chân ra tơng tự đa ra các mức tơng ứng giá trị hiển thị Led của dòng

điện từ 000 đến 255. Đây là giá trị dòng điện đợc cài đặt và điều chỉnh nên nó
luôn đợc duy trì không bị ngắt khi màn hình chuyển chế độ hiển thị.

Chân 11. Chân vào tơng tự nhận tín hiệu trong khoảng 0 đến 5 V để đo điện áp
nguồn.

Chân 12. Chân này nhận tín hiệu dòng phản hồi đã điều chế thành điện áp trong
khoảng từ 0 đến 5V.

Chân 13. Chân này nhận tín hiệu điện áp hàn phản hồi đã điều chế thành điện áp
trong khoảng từ 0 đến 5V.
Chân 14 và 15. 2 chân ra Logic điều khiển quạt làm mát tự động. Khi dòng hàn
lớn hơn một giá trị đặt trớc thì 2 chân này lên mức 1, các trờng hợp khác thì 2
chân này xuống mức 0.

Chân 16. Khi chân này lên mức 1 thì cảnh báo quá nhiệt và hạ 2 chân 9, 10 xuống
mức 0 V, bật 2 chân 14, 15 lên mức 1 và duy trì 120 giây rồi hạ xuống mức 0.

Chân 17. Chân vào Logic cho việc kiểm soát lỗi quá tải IGBT, lỗi này đợc gửi đến
từ board mạch điều khiển.

Chân 18. Chân ra Logic cho việc điều khiển ngắt xung, chân này chỉ cho phép
xung điều khiển IGBT xuất ra khi mạch đã đợc kiểm tra không có lỗi.

Chân 22. Chân này lên mức 1 khi có dòng hàn, và xuống 0 khi dòng hàn về 0.

Chân 23. Khi dòng hàn lên đến dòng đặt quá tải thì chân này lên mức 1, cảnh báo
quá tải và ngắt xung ra ở chân 14 và 15, buộc phải ngắt nguồn và khởi động lại.

Chân 24. Chân vào Logic dự phòng.

Chân 25.
Chân vào Logic kiểm soát mức điện áp của xung điều khiển IGBT, nếu
điện áp của xung điều khiển sai thì chân này lên mức 1 và chân 18 sẽ ngắt xung.

Chân 26. Chân ra Logic điều khiển còi, khi bấm phím và khi có sự cố còi sẽ phát
tín hiệu báo theo nhiều kiểu kêu tơng ứng với mỗi trờng hợp cụ thể.


20

2.08.03. Các chế độ hiển thị màn hình
.
Màn hình của máy hàn có tất cả là 13 chế độ hiển thị lên màn hình, trong đấy
có 9 chế độ hiển thị các thông số, chức năng có thể cài đặt và 4 chế độ hiển thị sự
cảnh báo.

- Chế độ hiển thị dòng hàn đặt
:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ nhấp nháy và cho
phép thay đổi bằng các phím (+) hoặc (-) trong khoảng từ 000 đến 255.








Hình 6. Màn hình dòng hàn đặt.

- Chế độ nhiển thị dòng hàn thực
:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này, nếu dòng hàn đo đợc > 0 thì máy tự
động hiển thị dòng hàn thực. Tại chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ hiển thị giá trị điện
áp đo đợc ở chân dòng phản hồi chân 12.









Hình 7. Màn hình dòng hàn đo đợc.


- Chế độ hiển thị điện áp hàn
:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này màn hình sẽ hiển thị điện áp đo đợc
liên tục giữa hai đầu cực hàn của máy.







21

Hình 8. Màn hình điện áp hàn đo đợc.

- Chế độ hiển thị chức năng cài đặt quạt làm mát tự động
:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ hiển thị mức dòng
điện tối thiểu cần chạy quạt làm mát cho toàn máy.








Hình 9. Màn hình dòng hàn khi quạt làm mát chạy.

- Chế độ hiển thị điện áp nguồn
:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ hiển thị giá trị
điện áp đo đợc ở chân 10 trong khoảng từ 000 đến 511.

Hình 10. Màn hình hiển thị điện áp nguồn.


- Chế độ hiển thị điện áp đặt cắt quá áp
:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ nhấp nháy và cho
phép thay đổi bằng các phím (+) hoặc (-) trong khoảng từ 000 đến 260.




22







Hình 11. Màn hình hiển thị điện áp đặt cắt cao áp, khi điện áp
đạt đến mức hiển thị.

- Chế độ hiển thị điện áp đặt cắt thấp á
p:

Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ nhấp nháy và cho
phép thay đổi bằng các phím (+) hoặc (-) trong khoảng từ 150 đến 260.








Hình 12. Màn hình hiển thị đặt cắt thấp áp, khi điện áp đạt
đến mức hiển thị.

- Chế độ hiển thị dòng đặt cắt quá tải
:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 4 Led cuối cùng sẽ nhấp nháy và cho
phép thay đổi bằng các phím (+) hoặc (-) trong khoảng từ 000 đến 200.








Hình 13. Màn hình hiển thị dòng hàn đặt cắt, khi dòng hàn đạt
đến mức hiển thị.


- Chế độ hiển thị chức năng đặt cắt quá nhiệt

:
Khi ta nhấn UP hoặc DOWN đến chế độ này 3 Led cuối cùng sẽ nhấp nháy và cho
phép thay đổi bằng các phím (+) hoặc (-) để chuyển từ ON sang OFF hoặc ngợc
lại.