DO AN ĐTCS THIẾT KẾ NGUỒN HÀN HỒ QUNAG 1 CHIỀU ppsx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (593.41 KB, 58 trang )
Mục
lục
Trang
Lời
giới
thiệu
2
Chơng
1
:Tổng
quan
về
công
nghệ
hàn
3
Chơng
2:
Lựa
chọn
phơng
án
thiết
kế
. 6
Chơng
3
:Thiết
kế
và
tính
toán
mạ
ch
lực
. 11
Chơng
4:Thiết
kế
và
tính
toán
mạch
điều
khiển
14
Kết
luận
24
Tài liệu
th
am
khảo
25
Lời giới thiệu
1
Để phát triển công nghiệp hiện đại nh công nghiệp đóng tàu, chế tạo máy, cơ
khí
Công nghệ hàn hồ quang chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp.Năm 1802
Ông V.V.Petrop ngời Nga phát minh ra hồ quang chính thức đánh dấu s phát triển
của công nghệ hàn hồ quang. Ngày nay công nghệ hàn hồ quang đợc ứng dụng rất
nhiều vào công nghiệp và đời sống vì với u điển nổi bật của mình năng suất cao, dễ
cơ khí hoá,tự đông hoáVì vậy viêc thiết kế nguồn điện hồ quang một chiều là
rất cần cho nghành công nghiệp để thúc đẩy phát triển đất nớc.
Trong đồ án : Thiết kế nguồn hàn hồ quang cho nguồn điện một chiều. Em
xin trình bày cách thiết kế nguồn điện cho hàn hồ quang. Đồ án gồm những phần
sau:
Chơng 1 :Giới thiệu về công nghệ hàn.
Chơng 2 :Lựa chọn phơng án thiết kế mạch lực.
Chơng 3 :Tính toán mạch lực.
Chơng 4 : Tính toán và thiết kế mạch điều khiển.
Chơng 5: Kết luận và tài liệu tham khảo.
Trong thời gian vừa qua em luôn cố tìm tòi, học hỏi để đồ án của mình đạt đợc
sự chính xác nhất và hiệu quả nhất .Tuy nhiên do trình độ có hạn, kinh nghiệm thực
tế cha nhiều nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận đ-
ợc chỉ bảo từ phía các thầy.
Em xin chân thành cảm ơn thầy : Võ Minh Chính đã hớng dẫn em hoàn thành
đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên:
Phạm Trung Kiên
Chơng i: tổng quan về công nghệ
hàn
Trong chơng này chúng ta sẽ tìm hiểu về công nghệ hàn kim loại, đặc biệt tìm
hiểu sâu về công nghệ hàn hồ quang để làm cơ sở cho việc tính toán và thiết kế
nguồn hàn.
I. các phơng pháp hàn và khái niệm về hàn.
1. Khái niệm hàn.
- Hàn là quá trình kết nối hai vật kim loại với nhau băng cách dùng áp lực hoặc
bằng cách nung nóng chỗ nối đến nóng chảy.Saukhi đã nối xong thi không thể tách
rời kim loai ra khỏi nhau nữa.
2. Các phơng pháp hàn
a. Phơng pháp hàn bằng áp lực hay phơng pháp hàn ép dẻo.
- Khi hàn bằng biến dạng dẻo phần mối hàn ở vị trí tiếp xúc bị co do ngoại lực tác
dụng lên . phần đó kim loại đợc ép đồng thời và lớp ôxít ở vị trí bị phá huỷ tạo
khả năng cho bề mặt tiếp xúc đồng đều hơn,các nguyên tử dịch lại gần nhau hơn
2
và khiến cho liên kết kim loại bền vững chắc hơn.Các trờng hợp hàn áp lực kim loại
ở trạng thái rắn.
- Khi hàn áp lực ngời ta không nung nóng sơ bộ hoặc nu có thì nung nóng trong
thi gian ngắn.Khi đó cơ tính của kim loại không bị thay đổi.Ngoài ra có thể nung
nóng trớc khi hàn làm cho kim loại giảm đợc tính chống biến dạng và tăng đợc tính
linh động của các nguyên tử và khi đó trên bề mặt kim loại tạo thành một mạng
tinh thể chung.
b. Phơng pháp hàn nóng chảy.
- Khi hàn nóng chảy thì kim loại que hàn và vật hàn bị nóng chảy tạo ra một vùng
hàn khi đó không cần tác đông một ngoại lc vào mối hàn, khi hàn nóng chảy dễ
làm cho các nguyên tử vật chất gần nhau đến một khoảng cách liên kết kim loại tạo
thành mạng lới tinh thể .Khi nguội vùng hàn kết tinh tạo thành mối hàn và làm cho
vật cần hàn hợp thành một thể thống nhất.
- Nguồn nhiệt để sử dụng hàn hồ quang nóng chảy phải có nhiệt độ hơn 2000 độ
C .Dựa vào tính chất của nguồn nhiệt mà ngơI ta chia hàn nóng chảy ra các phơng
pháp hàn sau
+Hàn hồ quang.
+Hàn đúc.
+Hàn xỉ điện.
Trong các công nghệ này thì hàn hồ quang đợc ng dụng nhiều nhất.
Ii. ứng dụng và u nhợng điểm của công nghệ hàn.
1. u điểm.
- Năng suất cao,thiết bị đơn giản, giá thành thấp
- Tiêt kiệm kim loại
- Dễ cơ khí hoá, t động hoá nên tiết kiệm thời gian và sức lao động
2. Nhợc điểm .
- Hàn có ng suất nên lam cho kim lọai bị biến dạng, có lỗ khí, tạp chất, kết cấu kim
loại b thay đổi làm thay đổi tính chất cơ lý hoá của kim loại.
3. ng dụng.
Ngày nay thì hàn hồ quang không thể thiếu trong công nghiệp nh công
nghiệp đóng tàu, chế tạo máy .ngoài ra đợc ứng dụng trong nhiều nghành khác
nh xây dựng.
Iii. giới thiệu về công nghệ hàn hồ quang.
Công nghệ hàn đợc ứng dụng vào cuộc sống và đợc ứng dụng vào công nghiệp
cho đến nay có rất nhiều phơng pháp hàn khác nhau.Tuy nhiên ứng dụng và phổ
biến rộng rãi nhất vẫn là công nghệ hàn hồ quang điện.Sau đây chúng ta đi tìm
hiểu kỹ hơn về công nghệ hàn này.
1. Khái niệm chung:
- Hồ quang : là sự phóng điện qua môi trờng không khí giữa hai điện cực đồng thời
phát sinh ra ánh sáng và nhiệt lợng rât cao .Một điện cực la vật cần đợc hàn và một
cực la que hàn.
- Hàn hồ quang : là công nghệ dùng nhiệt lọng của hồ quang nung nóng chỗ cần đ-
ợc hàn đến lúc nóng chảy,làm cho vật cần hàn(kim loại) vá kim loại nóng chảy bổ
xung vào chỗ hàn để nối hai vật cầm hàn với nhau .
- Kỹ thuật hàn hồ quang : bao gồm mồi hồ quang duy trì hồ quang ngắn và ổn định,
thực hiện chuyển động điện cực hàn theo yêu cầu với tốc độ hồ quang chính xác.
Hồ quang đợc mồi bằng cách ta gõ đầu điện cực trên bề mặt mối ghép .
Điện cực đơc gi iavới góc thích hợp theo bề mặt mối ghép và vị trí hàn,ở cuối đờng
hàn, hồ quang còn đợc duy trì trong khoảng thời gian ngắn để bù cho vệt lõm cuối
đờng hàn , sau đó phải lấy điện cc ra nhanh để dần tắt hồ quang.
2. Sự hình thành hồ quang điện
- Khi hàn ta nối đầu âm vào que hànvà đầu dơng còn lại nối vào vật cần hàn
- Ta cho que hàn chạm vào vật hàn khoảng 1/10 sau đó đa que hàn lên độ cao
khoảng 3 4 mm. Do tác dụng của điện trở que hàn và vật hàn nên tại vỉ trí đầu
3
rút que hàn và chỗ vật hàn tiếp xúc với que hàn bị nung nóng . Khi nhấc que hàn
khỏi vật hàn thì lúc đó ở que hàn bắn ra các điện tử. Các điện tử bắn xuống rất
nhanh , đập vào vật hàn biến động năng thành nhiệt năng làm cho vật hàn bị nóng
chảy và tủa ra hai bên.Xung quanh môi trờng của vật hàn và que hàn chịu tác dụng
của điện trờng nên bị ion hoá rất mạnh . Các ion ở dới đi lên rất nhanh, biến động
năng thành nhiệt năng làm cho que han nóng chảy và làm nóng môi trờng xung
quanh và nhỏ giọt xuống khe bù vào chỗ lõm và hinh thành len mối hàn.
3. Phân loại
- Hàn hồ quang có thể phân loại thành các dạng sau:
1 Hàn hồ quang tay.
2 Hàn hồ quang rung.
3 Hàn hồ quang tự động.
4 Hàn hồ quang bán tự động.
5 Hàn bằng ngọn lửa Plasma.
- Hàn hồ quang tự động thích hợp cho những nơi cần những mối hàn đẹp , chất l-
ợng cao, cần tốc độ nhanh
- Hàn hồ quang tay thích hợp trong nhng nơi sản xuất nhỏ hoặc những nơi khó đặt
que hàn cho hàn tự động.
Iv. nguồn điện cho hàn hồ quang điện
Để đáp ứng đợc mối hàn đẹp chắc chắn , chất lợng cao , ngoài những yếu tố
về vật liệu hàn , tay nghề thợ hàn , vị trí mối hàn .thì nguồn điện cung cấp cho
việc hàn vô cùng quan trọng, Vì vậy ta phải xem xét các dạng nguồn điện cho hàn
hồ quang , đánh giá u nhơc điểm của nguồn điện từ đó chúng ta dựa vào các đặc
điểm của hồ quang điện của hồ quang để đa ra các yêu cầu cho nguồn điện hàn .
Đó chính là nền tảng cho việc thiết kế.
1. Các dạng nguồn điện hàn
A. Các biến áp hàn
- Trớc đây máy biến áp hàn đợc sử dụng khá phổ biến va rộng rãi nhất là dùng
nhiều trong hàn hồ quang xoay chiều. Khác với máy biến áp điện lực thông thuờng,
biến áp hàn vừa là một máy biến áp và vừa là một trở kháng điều chỉnh đơc để tăng
cờng sự ổn định cho hồ quang điện . Tuy nhiên do dòng điện hàn là dòng xoay
chiều nên chất lợng mối hàn không cao trong mối hàn thờng có các lỗ khí .Do đó
lên phơng pháp dùng máy biến áp hàn chỉ thích hợp cho những nơi không có yêu
cầu quá cao về chất luợng mối hàn
B. Các máy phát điện hàn một chiều.
- Loại nguồn điện này chỉ dùng cho hàn hồ quang một chiều . Nó gồm một động cơ
không đòng bộ ba pha và một máy hàn một chiều . Trong thiết bị này, nặng lợng
điện xoay chiều sẽ đợc động cơ không đồng bộ ba pha biến đổi thành cơ năng làm
quay máy phát hàn điện một chiều, máy phát hàn một chiều sẽ phát ra dòng điện
một chiều sử dụng cho quá trình hàn . Có thể nhận thấy ngay là chất lợng và hiệu
xuất của thiết bi này không cao vì năng lợng bị chuyển hoá liên tục sẽ gây tổn hao.
Hơn nữa cấu tạo của thiết bị này cồng kềnh, đắt tiền cho lên ngày nay ngời ta
không sử dụng thiết bị này nữa.
C. Các chỉnh lu hàn.
- Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn các
chỉnh lu hàn đang trở thành nguồn điện chủ đạo cho công nghệ hàn điện. Các chỉnh
lu hàn có nhiều u điển nổi bật : đơn giản,gọn nhẹ dễ chế tạo,giá thành thấp chất l-
ợng điên áp và dòng điện ổn định caoCác chỉnh lu hàn gồm biến áp , van chỉnh l-
u, bộ lọc và mạch điều khiển. Máy biến áp ở đây thờng dùng là máy biến áp nhiều
pha để có lới điện đợc phân phối tải một cánh cân bằng. Van chỉnh lu là các
Thyristor và điode công suất.
2. Các yêu cầu đối với nguồn hàn
4
- Điện áp khi không có tải( điện áp hai đầu ra của nguồn điện khi mạch hàn hở)
phải đủ lớn để gây hồ quang nhng không đợc vợt quá giá trị an toàn với ngời thợ
hàn (điện áp không vơt quá 90V ).
- Công suất của nguồn điện hàn phải đủ để cung cấp cho dòng điện hàn để duy trì
hồ quang cháy ổn định đảm bảo cho mối hàn.
- Nguồn điện hàn phải điều chỉnh đợc trong giới hạn cần thiết.
- Dòng ngắn mạch không đợc qua lớn để máy không bị quá tải
- Dòng điện hàn phải ổn định có điện áp thấp và dòng điện cao để duy trì hồ quang
điện cháy ổn định rât cần thiết cho chất lợng mối hàn.
- Nguồn hàn gọn nhẹ giá thành rẻ hợp lý và dễ sử dụng.
Chơng ii
Lựa chọn phơng án thiết kế
I. SƠ Đồ CấU TRúC CủA NGUồN HàN Hồ QUANG ĐIệN MộT CHIềU
1. Sơ đồ.
2. Chức năng từng khối.
-
Máy
biến
áp
:
Có
hai
nhiệm
vụ.Thứ
nhất
là
biến
điện
áp
xoay
chiều
lấy
từ
l
ới
về
diện
áp
một
chiều
có
độ
lớn
phù
hợp
vờ
i
yêu
cầu của tải.
Thứ
hai là làm
nhiệm vụ
cách
ly
giữa
mạch
chỉnh
l
u
với l
ới
điện
xoay
chiều.
- Khối
chỉnh
l
u
có
điều
khiển:
có
nhiệm
vụ
biến
dòng
điện
xoay
chiều
lấy t
ừ
máy
biến
áp
thành
dòng
điện
một
chiều.
Sau
khối
này
điện
áp
có
dạng
nhấp
nhô
và
chất l
ợng
điện
áp
ch
a tốt
nên
ta
phải
dùng
thêm
một
bộ
lọc
.
- Bộ
lọc :
có
thể
gồm
cuộn
cảm
L
ho
ặc
tụ
C
hoặc
cả
L
và
C.
Bộ
lọc
có
tác
dụng
san
phẳng
các
thành
phần
sóng
hài bậc cao và làm
cho
điện
áp
có
hệ
số
đập
mạch
phù
hợp
với
yêu
cầu của tải.
- Mạch
điều
khiển
có
tác
dụng
tạo
ra
các
xung
điều
khiển
để
đ
a
đến
cực
điều
khiển
của các
Thyristor
hay
nói
cách
khác
m
ạch
điều
khiển
có
nhiệm
vụ
là
điều
khiển
quá
trình
mở
van
hoàn
toàn
tự
động.
Mạch
điều
khiển
còn
phải
có
khả
năng
thay
đổi
góc
trong
toàn
bộ
dải
điều
chỉnh.Với
máy
hàn.
mạch
điều
khiển
còn
cần
phải
có
thêm
chức
năng
bảo
vệ
khi
xảy
ra
sự
cố
ngắn
mạch
tải.
II. CáC PHƯƠNG áN THIếT Kế Bộ CHỉNH LƯU
1. Chnh lu hỡnh tia 3 pha :
U = U cos = 1,17U; 2/ I= ; 3/ I = ; 4/ U= U; 5/ S = 1,34P
5
Máy biến áp Chỉnh lu có điều khiển
Bộ lọc
Que hàn
Mạch điều khiển
2. Chỉnh lu cầu 3 pha :
Sơ đồ mạch
6
TÝnh to¸n: I = ; 2/ I = ; 3/ U = U ; 4/ S = 1,05P ; 5/ U = U coα
U O O O O O
t
U
t
i
t
i
t
U
t
0
3. ChØnhl lu cÇu 3 pha kh«ng ®èi xøng:
7
Tính toán:1.I = ; 2/ I = ; 3/ U = U ; 4/ S = 1,05P ; 5/ U = U co
III. Đánh giá u nhợc điểm của từng sơ đồ và lựa chọn ph-
ơng án thiết kế.
1.Chỉnh lu 3 pha hình tia:
a. Ưu điểm.
8
- Số xung đập mạch trong một chu kỳ của sơ đồ = 6 nên điện áp ra cao, cuộn
kháng lọc sẽ nhỏ gọn hơn.
- Mạch điều khiển đơn giản vì chỉ phải điều khiển đóng mở cho 3 van.
- Trong máy biến áp không có hiện tợng từ hóa cỡng bức vì dòng điện chạy trong
cuộn dây thứ cấp máy biến áp là dòng xoay chiều nên dòng vòng của thành phần
một chiều gây nên mỗi trụ biến áp = 0.
b.Nhợc điểm.
- Điện áp ngợc nên van lớn, chọn van sẽ khó
- Sụt áp trong mạch van lớn, không phù hợp với lới điện dới 10 V
- Mạch phức tạp
2. Chỉnh lu cầu 3 pha.
a. Ưu điểm.
- Cho phép đấu thẳng vào lới điện 3 pha
- Độ đập mạch rất nhỏ(5,7%)
- Công suất máy biến áp xấp xỉ bằng công suất tải, đồng thời gây méo lới điện ít
b. Nhợc điểm.
- Sử dụng số van lớn nên giá thành cao
- Phải mở các van đồng thời theo đúng thứ tự pha nên khó khăn khi chế tạo, vận
hành sửa chữa.
3. Chỉnh lu cầu 3 pha không đối xứng.
a. Ưu điểm.
- Mạch chỉ gồm 3 Diode và 3 Thyristor nên rất đơn giản , dễ chế tạo và điều khiển
- Sụt áp trên van nhỏ, điện áp tốt, hiệu suất sử dụng máy biến áp cao
- Tiết kiệm năng lợng
b. Nhợc điểm.
- Không thực hiện đợc quá trình nghịch lu
- Không ứng dụng đợc cho các tải đòi hỏi phải đảo chiều.
4. Lựa chọn phơng án.
Qua phân tích u nhợc điểm của các phơng án trên ta thấy mỗi phơng án đều
có những u nhợc điểm và lĩnh vực ứng dụng riêng. Tuy nhiên dựa vào yêu cầu của
đề bài là:" Thiết kế nguồn hàn hồ quang một chiều " có dòng hàn cực đại là
360 A và điện áp không tải là 60 V. Ta thấy phơng án Chỉnh lu cầu 3 pha
không đối xứng là phù hợp.
CHƯƠNG III THIếT Kế Và TíNH TOáN MạCH
LựC
I. SƠ Đồ MạCH LựC TổNG QUáT.
9
II.TíNH TOáN CáC THÔNG Số CủA MạCH LựC.
Theo yêu cầu của đề bài ta cần phải thiết kế nguồn hàn hồ quang điện một
chiều có thông số sau:
* Dòng hàn cực đại: 360 A
* Điện áp không tải: 60 V
1.Tính chọn van động lực.
- Dòng trung bình của van I =
3
d
I
=
3
360
= 120 A
- Dòng làm việc của van : I = k.I = 4.120= 480 A (với điều kiện làm việc chọn I =
25%I )
- Điện áp ngợc ca van :U = k,U Với U = 2,34U U = 2,34.60= 140,4 V
U = 2,45U = 2,45.140,4= 343,98 V
- Chọn Thyristor loại ST280CHO4CO có Umax= 400 V, I max = 500A, I =
150mA,t =100às;T
max
=150
0
C, U =1,4V,I
pk
=7200A, U
dk
=3,0 V, I
r
=75 mA
- Chọn Điode loại: SH04C500 Có Umax= 400 V, I max = 500A, T
max
=180
0
C, U
=0,85 V, I
pk
=5500A, I
r
=50 mA
2. Tớnh bin ỏp lc:
- Điện áp chỉnh lu khi không tải :
10
R C
T
1
1 1
U = U + U + U + u
- Công suất tối đa của tải:
P = U.I =60.480= 28800 (VA)
- Công suất biểu kiến của nguồn
S = k.P = 1,05.28800 = 30240 (VA)
- Tính toán dây quấn biến áp
- Mạch t : Q = k cm chn máy biến áp khô chọn k = 6, m=3, f= 50Hz Q =
6
50.3
30240
= 85,19 cm
W = =
4
10.19,85.1,1.50.44,4
380
= 184 vòng
W = =
4
10.19,85.50.1,1.44,4
4,140
= 68 vòng
3. Tính toán thiết kế bảo vệ.
a. Bảo vệ quá nhiệt cho Thyristor
- Khi l m việc trên van bán dẫn có sụt áp do tổn hao công suất P= U.I. Tổn
hao n y sinh nhiệt làm nóng van. Thyristor và Diode nhạy cảm với nhiệt độ nên
dễ bị đánh thủng. Vậy để đảm bảo cho van hoạt động tốt thì nhiệt độ làm việc
của van phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép.
- Truyền nhiệt của van ra môi trờng, hiệu suất làm việc của van ( I <70%I)
- Tổn thất trên một Thyristor: P= U.I= 1,4.140,4 = 196,56 W
- Diện tích bề mặt tỏa nhiệt: S =
- T nhiệt độ chênh lệch với môi trờng. Chọn T = 27
- Nhiệt độ cho phép của Thyristor : T = 150
- Chọn nhiệt độ trên cánh tỏa nhiệt T = 80
- T = T - T = 53
- K = 10. 10
-4
W/m C
Vậy S = 0,37 m
b. Bảo vệ quá dòng và quá áp cho Thyristor.
* Bảo vệ quá dòng.
- Để bảo vệ ngắn mạch và quá tải về dòng. Ta dùng aptomat hoặcc cầu chì , có
dòng bảo vệ I = (1,1 ữ 1,3)I
- Chn Aptomat có dòng l m việc I = =
380.3
30240
= 46 A
- Chọn Aptomat có dòng định mức : I = 1,1I = 1,1.46 = 50,6 A; U = 380V
* Bảo vệ quá áp.
- Khi có mạch R C mắc song song với Thyristor tạo ra mạch vòng phóng điện
tích trong quá trình chuyển mạch nên Thyristor không bị quá điện áp trị số điện trở
và điện dung của mạch tuỳ thuộc vào từng mạch van:
11
R
C
2
2
R
C
2
2
R
2
C
2
Ta chọn R
1
= ( 5ữ30) ; C
1
= (0,25 ữ4) àF
C. Bảo vệ xung điện áp từ lới điện.
Chọn R
2
= 1,25 ; C
2
= 4 àF
chơng IV. THIT K MCH IU KHIN
S khi mch lc v mch iu khin
1. Khâu đồng pha:
a. Nguyên
l
ý
hoạt
động
:
Điện
áp
đ
a
ra
sau
biến
áp
đồng
pha
là
điện
áp
đồng
pha
với
điện
áp
của
Thyristor
cần
mở
nhng
có
biên
độ
nhỏ
hơn.
Máy
biến
áp
đồng
pha
là loại
máy
biến
áp
chỉnh
l
u
hai
nửa
chu
kỳ.
Điện
trở
R
1
.
Mạch
Opamp
là
m
ạch
so sánh
hai
đầu
vào.
Điện
áp
ở
cửa âm
đợc
đặt
ở
U
0
.
Khi
V
-
>
V
+
thì
U
ra
=
-E
và
ngợc
lại
khi
V
-
<
V
+
thì
U
ra
= + E
.
12
b. Tính toán khối đồng pha:
R
2
hạn chế dòng vào bộ khuếch đại
R
2
=
V
A
I
U
=
3
10
9
= 9k. Chọn R
2
= 10k.
Khi đó có phơng trình:
3
0
R
EE
=
4
0
R
U
3
88,012
R
=
4
88,0
R
R
3
= 12,6R
4
.
Chọn R
4
= 10k, R
3
= 126k.
2. Khâu tạo xung răng c
a
a.
Nguyên
lý
làm việc :
-
Đầu
vào
của
mạch
là
xung
vuông
lấ
y
từ
khối
tạo
điện
áp
đồng
pha
.
-
Khi
U
x
<
0,
D
1
dẫn.
Tụ
C
1
sẽ
đợc
nạp
điện
theo
đờng
sau
:
Đầu
ra
của
A
2
->
C
1
->
R
5
->
D
3
->
đất
-
Khi
U
x
>
0,
D
3
sẽ
bị
khoá.
Tụ
C
1
phóng
t
heo
đờng
sau
:
+E
-
>
R
7
->
R
8
->
C
1
->
A
2
về âm
nguồn.
Quá
trình
cứ
lặp lại
nh
vậy
và ta
thu
đợc
một
điện
áp
dạng
răng
c
a
ở
đầu
ra.
b.
Tính toán:
- Ta chọn Diode Zener có thông số sau
:
U
ô
=9V;
I
ô
=100mA.
Chọn
nguồn
+ E là
12V
- Điện
áp
răng
c
a
đợc
hình
thành
do
sự
phóng
nạp
của
tụ
C
1
.
Khi
U
dp
<
0
thì
D
3
dẫn
tụ
C
1
đợc
nạp. Thời
gian
tụ
nạp
trong
khoảng
6
0
điện,
tầ
n
số
của
U
dp =
100
Hz.
Ta
có
thời
gian
tụ
nạp: t
n
=
180
6
.
100
1
= 0,33ms; t
p
=
100
1
- t
n
= 9,67ms
tại thời điểm 0,33ms khi tụ đợc nạp đến điện áp U
Z
. chọn C
1
= 0,47
F
à
- Khi U
dp
> 0 thì D
3
khóa, tụ phóng điện và giảm dần về 0
0 = -
+
187
).(
12
CRVR
.dt + U
Z
= -
187
).(
12
CRVR
t
p
+
+ U
Z
R
7
+ R
8
= 27,3k
Ta có U
Z
= (
5
5,10
R
-
87
12
RR +
).
1
C
t
n
R
5
= 850; VR
7
= 17,3k; R
8
= 10k.
3. Khâu so sánh điện áp U
đk
v
U
rc:
13
a. Nguyên
lý
:
+
Kh
i
U
rc
>
U
đk
thì
U
ra
=
-
E
+
Kh
i
U
rc
<
U
đk
thì
U
ra
= +E
b.Tính toán:
- KĐTT A3 chọn loại TL084
- Chọn R
9
= R
10
>
==
k
I
U
v
v
12
10.1
12
3
. Trong đó: Nguồn V
CC
= 12 V thì điện áp vào
A1 là U
V
= 12 V, dòng vào đợc hạn chế để I
V
< 1 mA
Ta chọn R
9
= R
10
= 15 k , lúc đó I
V
= 0,8 mA
4. Khâu tạo điện áp điều khiển:
26
a. Nguyên
lý
hoạt
động
:
-
Các
tín
h
iệu
vào
cầu
diode
đợc
lấy
ra
từ
biến
dòng.
T
hực
chất
củ
a các tín
hiệu này
là
điện
áp
lấy
ở
hai
đầu
mạch
thứ
cấp.
Do
các tín
hiệu
này
là
xoay
chiều
nên
ta
phải
cho
nó
qua
một
cầu
Diode
để
đ
a
nó
về
một
chiều
thì
mới
có
thể
sử
dụng đợc.
Tụ
C
sẽ
có
tác
dụng
san
phẳng
cá
c
thành
phần
sóng
hài bậc
cao.
-
Điện
áp
phản
hồi
U
ph
đợc
lấy
ra
qua
một
chiết
áp.
Chiết
áp
có
tác
dụng
t
hay
đổi
giá
trị
điện
áp
phản
hồ
i
sao
cho
có
giá
trị
phù
hợp
với
quá
trình
điều
khiển.
-
U
đ
và
U
ph
đợc
đ
a tới
một
đầu
vào
của
khuếch
đại thuật
toán.
Khi
bắt
đầu
hoạt
động
tụ
C
đợc
nạp
t
ừ
0
đến
một
giá
trị
bão
hòa.
Giá
trị
bão
h
òa
này
chính
là
điện
áp
điều
khiển
.
U
đk
=
U
đ
-
U
ph
-
Mạch
này
ngoài
nhiệm
vụ
tạo
điện
áp
điều
khiển,
nó
còn
có
nhiệm
vụ
bảo
vệ
chống
ngắn
mạch.
Thật
vậy,
khi
xảy
ra
sự
cố
ngắn
mạch,
dòng
điện
ngắn
mạch
rất
lớn
dẫn
đến
U
ph
tăng
vọt.
U
đk
=
U
đ
-
U
ph
sẽ
trở
nên
rất
âm.
Hai
đờng
U
đk
và
U
rc
không
cắt
nhau
nên
sẽ
không
có
xung
phát
vào
cực
điều
khiển,
van
không
thông
và
mạch
điện
sẽ
bị
ngắt
.
b. Tính toán:
-
Khối
mạch
tạo
điện
áp
điều
khiển
gồm
:
Biến
dòng,
khối
mạch
cầu
diode
và
khối
mạch
PI.
14
+
Chọn
biến
dòng
:
Theo
tính
toán
ở
trên,
dòng
I
2
phía
t
hứ
cấp là
147
A
nên
ta
chọn
loại
biến
dòng
150/5A
.
+
Với
mục
đích
lấy
đợc
tín
hiệu
vào
chỉnh
l
u
diode
là
10V
ta
sẽ
chọn
điện
t
rở
mắc
song
song
với
biến
dòng
có
giá
trị là
2
+
Các
diode
chọn
loại
1N4009
có
các
thông
số
nh
đã
trình
bày
ở
trên.
+
Tụ
C
có
nhiệm
vụ
lọc các
thành
phần
sóng
hài
bậ
c
cao.
C
có
giá
trị
càng
lớn
thì
khả
năng
lọc của
tụ
càng
tốt.
Chọn
C
3
=
1000
à
F
có
U
=
16V
- Trong
phần
tính
toán
mạch
lực
đã
chọn
=35
o
,
điện
áp
răng
c
a
ra
là
tuyến
tính:
U
rcmax
=9
V
(
do
có
Diode
ổn
áp
Zener
)
Suy
ra: U
dk
=
00
000
6180
)635180(
U
rcmax
=
174
139
.9 = 7,2V.
ứng
với
góc
min
=35
o
.
Nh
vậy
U
dk
=0
ữ
7,2V,
Ta
điều
chỉnh
VR
20
để
U
ph
= 2V. Sau
khi
cho
đi
qua
khối
PI
thì
U
dk
= U
dặt
- U
ph
-
Chọn
điện
trở
R
23
R
24
R
25
=
10k
.
-
Chọn
thời
gian
nạp
của
tụ
là T =
R
25
.
C
3
=
10
4
s
C
3
=
10
8
F
-
Chọn
biến
trở
có giá trị cực đại
10k
.
ta chỉ lấy
điện
áp
phản
hồi
đầu
ra
là
2V
nên
con
chạy
củ
a
b
iến
trở
ta đặt
ở
giá
trị
2k
.
-
Chọn
E =
-12
V,
điện
áp
U
đ
=
- 9,2
ữ - 2
V
.
Ta
chọn
R
21
=
2,8
k
,
biến
trở
VR
22
=
2
ữ
9,2
k. gi
ới
hạn
con
chạy
của
biến
trở
sao
cho
giá
trị của
nó
không
nhỏ
hơn 2k
.
5. Khâu phát xung :
a.Nguên lý hoạt động:
Khuếch đại thuật toán co 2 điểm lật trạng thái; U
p
=
E
21
1
RR
R
+
- Khi U
ra
= +E tụ C
2
đợc nạp điện qua R
12
, điện áp trên C
2
tăng dần cho đến khi U-
C2
= U
p
thì mạch lật trạng thái làm cho U
ra
= -E. Lúc này tụ C
2
phóng điện qua điện
R
12
. Khi tụ phóng điện, điện áp trên đó giảm cho đến khi U
c
=U
p
thì mạch lật trạng
thái U
ra
= +E và quá trình đợc lặp lại và hình thành nên xung vuông ở đầu ra
- Tần số dao động của xung vuông: f =
)21ln(2
1
2
1
R
R
RC +
(Hz)
b.Tính toán:
- Chọn IC loại TL084 có thông số kỹ thuật sau: V
cc
=
18V; U
V
=
30V; nhiệt độ
15
làm việc T= -25 ữ 85
0
C; công suất tiêu thụ P= 0,68 W; tổng trở vào R
in
= 10
6
M;
Dòng điện đầu ra I
ra
= 30pA; tốc độ biến thiên điện áp cho phép
dt
du
= 13
s
V
à
- Mạch phát xung điều khiển có f= 3kHz nên mạch tạo xung chùm cũng có tần số
f= 3kHz, chu kỳ của xung T=
f
1
=
3
10.3
1
= 334
à
s. Ta có T= 2.R
12
.C
2
ln( 1+2
14
13
R
R
)
Chọn
R
13
=
R
14
=
33
k
thì T =
2,2
R
12
.
C
2
T= 2,2
R
12
.C
2
R
12
.C
2
= 151,8
Chọn C
2
= 0,2
F
à
; U
c
= 16V thì R
12
= 759 .
6.Chọn cổng AND:
Mạch điều khiển dùng đến 3 cổng AND nên dùng IC 4081 họ CMOS có thông
số sau: V
cc
= 3 ữ 15V; nhiệt độ làm việc t=- 40 ữ 80
0
C; điện áp ứng với mức
logic 1 là 2ữ4,5 V
Điện trở R
16
có nhiệm vụ hạn chế dòng đa vào Bazơ của Tránistor T
1
. Chọn R
16
thỏa mãn diều kiện: R
16
3
I
U
=
3
10.100
5,4
= 45k. Trong đó U= 4,5 V là điện áp ra
cực đại sau cổng AND
7. Khuếch đại xung:
a.Nguyên lý hoạt động:
- Udx = 1 T
1
mở T
2
mở nên i
1
=
t
e
R
E
1.
1
với = L1/R1. Khi t 5 thì i
L
=
1R
E
, bên thứ cấp biến áp xung xuất hiện xung điện áp U
G
để mở
thyristor.
16
- Udx = 0 T
1
khoá T
2
khoá nên i
C
= 0, năng lợng cuộn cảm đợc giẩi phóng
qua R
1
, i
1
giảm dần i
1
=
1
1.
1
T
e
R
E
.e
-t
trong đó T
1
là thời điểm mà U
DX
= 0
b. Tính toán:
-
Hai
Transistor
T
1
và
T
2
đấu
Dar
lingt
on
có
nhiệm
vụ
khuếch
đại
dòng
điện
lê
n
nhiều
lần.
-Ta
chọn
T
1
là C
828.
Có thông số sau:
U
EC
=
35
V;
I
EC
=
100mA;
Hệ
số
khuếch
đại:
=
120
.
- ChọnT
2
là
H1061.
Có thông số sau:
U
EC
=
35
V;
I
EC
=
2
A
Hệ
số
khuếch
đại :
=
120
.
-
Điện
trở
R
18
có
nhiệm
vụ
hạn
chế
dòng
vào
Transistor
T
2
.
R
18
=
2
0
ECT
BAX
I
EE
=
2
924
= 7,5, chon R
18
= 10.
- Tính biến áp xung:
+ Tỷ số máy biến áp xung: m = 2ữ 3. Chọn m = 3
+ Điện áp cuộn thứ cấp máy biến áp xung: U
2
= U
dk
= 3V
+ Điện áp cuộn sơ cấp máy biến áp xung: U
1
= m.U
2
= 3.3= 9V
+ Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung: I
2
= I
dk
= 0,15 A
+ Dòng điện sơ cấp máy biến áp xung: I
1
=
m
I
dk
=
3
15,0
= 0,05 A
+Số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp xung: W
1
=
QB
tU
x
.
.
1
=
4
6
10.5,1.3,0
10.300.9
= 60 vòng
+Số vòng dây cuộn thứ cấp biến áp xung: W
2
=
m
W
1
=
3
60
= 20 vòng
- Các Diode là loại: 1N4009 có thông số sau: I
dm
= 10mA; U
ngmax
= 25V; U
m
= 1V.
8.Khối nguồn nuôi:
17
- Để
ổn
định
điện
áp
ra
của
nguồn
nuôi
Opamp,
ta
dùng
hai vi
mạch
ổn
áp
7812
và
7912
là vi
mạch
ổn
áp
cho
ta
điện
áp
+12V
và
-12
V.
-
Các
thông
số
của vi mạch:
U
V
=
7
ữ
35V; U
R
=
+12V
với
IC7812; U
R
= -12V với
IC7912; I
R
= 0ữ 1(A); Chn
C =
1000
àF,
U
=
16
V
để
lọc các
thành
phần
sóng
hài bậc cao
Với
loại
tụ
C
L
chọn
loại
tụ
có
C
L
=
10àF để
lọc
nhiễu.
Ta
chọn
thông
số
của
cá
c
biến
áp
của các
khối
nh
sau:
a.Khối nguồn nuôi IC:
U
21
= 17V; I
21
= 0,5A
S
21
=
3
U
21
I
21
=
3
.17.0,5= 14,7(VA)
Số vòng cuộn thứ cấp biến áp nuôi IC: W
21
=
4
21
10.4,3.50.1.44,4
U
=
075,0
17
= 226 vòng
b. Nguồn công suất:
U
22
= 10A; I
22
= 1A
S
22
=
3
U
22
I
22
=
3
.10.1= 17,32(VA)
Số vòng cuộn thứ cấp biến áp khối công suất:W
22
=
4
22
10.4,3.50.1.44,4
U
=
075,0
10
= 134
vòng
c.Khâu đồng pha:
U
23
= 12V; I
23
= 0,1A
S
23
= 3
U
23
I
23
= 3.12.0,1= 3,6(VA)
Số vòng cuộn thứ cấp biến áp khối đồng pha:W
23
=
4
23
10.4,3.50.1.44,4
U
=
075,0
12
= 160
vòng
Tổng công suất của khối nguồn là:
S= S
21
+S
22
+S
23
= 14,7+17,32+3,6= 35,62(VA) chọn S = 50(VA)
Phần sơ cấp máy biến áp:
Dòng sơ cấp I
1
=
1
.3U
S
=
380.3
52,36
= 0,0524 A
Số vòng cuộn sơ cấp biến áp: W
1
=
4
1
10.4.3.1.50.44,4
U
= 5034 vòng
d. Chọn Diode cho khối nguồn
- Dòng hiệu dụng: I
hd
=
2
2
I
=
2
0943,0
= 0,064 A
I
dm
k
i
I
hd
=10.0,064= 0,64 A
- Điện áp ngợc đặt nên Diode: U
N max
=
6
U
2
=
6
.9=22V
U
n
=k
n
.U
Nmax
=3.22= 66 V
- Diode loại KII208A có:I
dm
=1,5 A; U
N
= 100 V
Đồ thị:
18
S¬ ®å nguyªn lý:
19
VII . Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển
-
Giả
sử
ta cần
phát
xung
điều
khiển
cho
van
T
1
.
Điện
áp
ở
hai
đầu
cuộn
sơ
cấp
của
máy
biến
áp
đòng
pha
đợc
lấy
chung
với
điện
áp
ở
hai
đầu
T
1
.
Biến
áp
đồng
pha
có
nhi
ệm
vụ
cách
ly
mạch
điều
khiển
với
mạch
công
suất
đồng
thời
giảm
áp
đến
một
giá
trị
phù
hợp
cho
việc
điều
khiển.
Sau
khi
qua
biến
áp
đồng
pha,
điện
áp
ra
đồng
pha
với
điện
áp
2
đầu
T
1
nhng
có
biên
độ
nhỏ
hơn.
Điện
trở
R
2
có
nhiệm
vụ
làm
gi
ảm
dòng
vào
khuếch
đại
thuậ
t
toán
A
1
.
Khuếch
đại thuật t
oán
A
1
có
nhiệm
vụ
so
sánh
điện
áp
ra
từ
máy
biến
áp
đồng
pha
với
U=
U
0
V
đ
ể c
ho
r
a
mộ
t
xung
vuông.
Xung
vuông
này
chính
là
điện
áp
tựa
U
tựa
.
Điện
áp
tựa
đợc
đ
a
qua
một
khối
tạ
o
điện
áp
răng
c
a
dùng
khuếch
đại thuật
toán
A
2
ta
s
ẽ
đợc
điện
áp
ở
đầu
ra
có
dạng
răng
c
a.
Điện áp điều khiển U
đk
lấy từ khối mạch điều khiển(đã trình bày chi tiết nguyên ly
hoạt động
ở phần trớc )và điện áp răng ca đa vào một mạch so sánh hai cửa dùng khuếch đại
thuật toán
A
3
. Khi nào U
đk
>
U
rc
th
ì U
ra
= +E và ngợc lại khi nào U
đk
>
U
rc
thì U
ra
= -E
nguyên lý hoạt động của mạch điều
khiển
Giả
sử
ta cần
phát
xung
điều
khiển
cho
van
T
1
.
Điện
áp
ở
hai
đầu
cuộn
sơ
cấp
20
của
máy
biến
áp
đòng
pha
đợc
lấy
chung
với
điện
áp
ở
hai
đầu
T
1
.
Biến
áp
đồng
pha
có
nhi
ệm
vụ
cách
ly
mạch
điều
khiển
với
mạch
công
suất
đồng
thời
giảm
áp
đến
một
giá
trị
phù
hợp
cho
việc
điều
khiển.
Sau
khi
qua
biến
áp
đồng
pha,
điện
áp
ra
đồng
pha
với
điện
áp
2
đầu
T
1
nhng
có
biên
độ
nhỏ
hơn.
Điện
trở
R
2
có
nhiệm
vụ
làm
gi
ảm
dòng
vào
khuếch
đại
thuậ
t
toán
A
1
.
Khuếch
đại thuật t
oán
A
1
có
nhiệm
vụ
so
sánh
điện
áp
ra
từ
máy
biến
áp
đồng
pha
với
U=
U
0
V
đ
ể c
ho
r
a
mộ
t
xung
vuông.
Xung
vuông
này
chính
là
điện
áp
tựa
U
tựa
.
Điện
áp
tựa
đợc
đ
a
qua
một
khối
tạ
o
điện
áp
răng
c
a
dùng
khuếch
đại thuật
toán
A
2
ta
s
ẽ
đợc
điện
áp
ở
đầu
ra
có
dạng
răng
c
a.
Điện áp điều khiển U
dk
lấy từ khối mạch điều khiển và điện áp răng ca đợc đa
vào mạch so sánh hai cửa dùng khuếch đại thuật toán A
3
. Khi nào U
dk
>
U
rc
thì U
ra
= +E và ngợc lại khi U
dk
<
U
rc
thì U
ra
= - E .
Điện
áp
ở
đầu
ra
A
3
đợc
đ
a
vào
một
cổng
AND.
Do
phần
tử
AND
không
làm việc ở dải điện áp âm mà điện áp đầu ra A
3
lại có một phần giá trị âm nên ta sẽ
dùng Diode D
6
để loại bỏ phần điện áp âm này.
Đầu
vào
thứ
hai của
cổng
AND
là
đầu
ra
của
khâu
phát
xung
chùm.Diode D
5
cũng
làm
nhiệm
vụ
l
o
ại
bỏ
phần
điện
áp
âm.
Sau
khi
qua
cổng
AND,
tí
n
hiệu
vẫn
có
dạng
xung
chùm
nhng
đã
đợc
cắt
bỏ
một
phần.
Khối
khuếch
đại
xung
dùng
hai
Transistor
đấu
Darlington
nhằm
khuếch
đại
công
suất
của
xung
lên
nhiều
lần.
Biến
áp
xung
có
nhiệm
vụ
cách
ly
giữa
mạch công
suất
và
mạch
điều
khiển.
Diode
D
8
nhằm
bảo
vệ
trạng
thái
quá
áp
cho Transistor
khi
van
c
huyển
t
ừ
t
rạng
thái
t
hông
sang
trạng
thái
khoá.
D
9
để
chọn xung
dơng
vào
cực
điều
khiển
của
Thyristor
.
D
10
để
bảo
vệ
giữa
cực
G
và
K
khi
điện
áp
ngợc
đặt lên hai cực
đó.
Trong
sơ
đồ
này
giá
trị
điện
áp
tải
U
d
có
thể
thay
đổi
đợc
bằng
cách
điều chỉnh
chiết
áp
VR
20
hoặc
VR
22
để
thay
đổi
U
đk
.
Kh
i
U
đk
thay
đổi
thì
góc
cũng thay
đổi
theo
nên
điện
áp
tải
U
d
sẽ
thay
đổi.
21
Kết luận
Trong
mấy
tháng
qua,
với
sự
chỉ
bảo
nhiệt
tình
của
thầy
giáo
Võ Minh Chính .
Em
đã
hoàn
thành
đồ
án
của
mình
với
đề
tài " Thiết
kế
nguồn
hàn hồ
quang
điện
một
chiều
".
Trong
quá
trình
làm
đồ
án
em
đ
ã đạt
đợc
những
kết
quả
sau
:
1.
Nắm
đợc
kỹ
thuậ
t
hàn
hồ
quang
.
2.
Hiểu
sâu
sắc
nguyên
lý
hoạt
động
của các
sơ
đồ
chỉnh
l
u
từ
đó
biết
cách
chọn
lựa
một
sơ
đồ
phù
hợp
với
yêu
cầu của bài
toán.
3.
Biết
cách
tính
toán
mạch
lực
4.
Biết
cách
thiết
kế
và
tính
toán
mạch
điều
khiển
5.
Tăng
khả
năng
tự
nghiên
cứu,
tìm tòi.
Tuy
nhiên
,
một
số
vấn
đề
ch
a
đợc
tiếp cận
trong thực
tế
nên
đồ
án
của em
không
thể
tránh
khỏi
nhng
thiếu
sót,
em
mong
sẽ
nhận
đợc
sự
chỉ
bảo
từ
phía
các
thầy.
Cuối
cùng,
em
xin
đợc
gửi
lời cảm
ơn
chân
thành
tới
thầy
giáo Võ Minh Chính,
ngời
đã
chỉ
bảo
em hết
sức
tận
tình
trong
thời
gian
vừa
qua.
Nếu
không
có
sự
nhiệt
tình
của
thầy
thì em
không
thể
hoàn
thành
đồ
án
này
!
Em
xin
chân
thành
cảm
ơn
!
Hà
Nội,
ngày
22
tháng
11
năm
2010
Sinh
viên t
hực
hiện
Phạm Trung Kiên
T i li u tham khảo
22
1/ Điện tử công suất:
Tác giả: Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh
2/ Điện tử công suất:
Tác giả : Nguyễn Bính (NXB Khoa Hc K Thuật H N i 1996)
4/ B i tập điện tử công suất:
Tác giả: Phạm Quốc Hải, Dơng Văn Nghi
5/ Hớng dẫn thiết kế điện tử công suất:
Tác giả: Phạm Quốc Hải
23
24
25
