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

Header Page 1 of 120.

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
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 1 of 120.

Header Page 2 of 120.

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
Cơ quan chủ trì

Viện Công nghệ

Hà Nội, 2 2009

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 2 of 120.

1


Header Page 3 of 120.

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

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 3 of 120.

2


Header Page 4 of 120.

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

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 4 of 120.

1


Header Page 5 of 120.

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 nớc 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.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 5 of 120.

2


Header Page 6 of 120.

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:
[ 10 ]
Pth = W.A.F.Bmax
Trong đó: - Pth 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.
- Bmax 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.Bmax 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 ( Bmax ), 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 silic 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.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 6 of 120.

3


Header Page 7 of 120.

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 S1 và S2. Hai cặp tiếp điểm này hoạt động
liên hoàn với nhau: khi cặp tiếp điểm S1 đóng thì cặp S2 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.

s1

s2

dc
80V

ac
220V
s2

s1

Hình 1. Sơ đồ nguyên lí máy hàn Inverter.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 7 of 120.

4


Header Page 8 of 120.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 8 of 120.


Header Page 9 of 120.

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-Fe2O3, trong đó
Fe2O3 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 ferit 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
100o C. Vật liệu fe-rit phải có mật độ từ thông bão hoà cao trong nhiệt độ làm việc

có thể lên đến 100o 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
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 9 of 120.

6


Header Page 10 of 120.
MnZn 77 & 78 materials

F

E

A

D
B

C

E Cores 
MnZn 77 & 78 materials

View Chart Legend
Part
Number
9477019002
9477016002

R

9477015002

R

9477014002
9477034002
9477375002

R

R

9477500002
9478036002
9477625002

R

9478625002

R

A

B

C

D

12.70
0.25
0.500
19.30
0.40
0.760
25.40
0.50
1.000
25.40
0.50
1.000
25.4
0.50
1.000
34.55
0.70
1.360
40.75

0.80
1.604
42.85
0.75
1.687
47.10
0.75
1.855
47.10
0.75
1.855

05.80 0.25
0.224
08.20 0.25
0.318
09.80 0.30
0.380
09.80 0.30
0.380
16.00 0.25
0.630
14.50 0.25
0.567
16.50 0.15
0.650
21.15 0.25
0.828
19.85 0.40
0.773

19.85 0.40
0.773

03.45 0.50
0.125
04.75 0.20
0.187
06.60 0.50
0.250
12.70 0.25
0.500
06.60 0.50
0.250
09.25 0.25
0.365
12.20 0.40
0.480
15.85 0.75
0.609
15.60 0.25
0.615
15.60 0.25
0.615

04.10
0.15
0.161
05.60
0.25
0.225

06.35
0.25
0.225
06.35
0.25
0.225
12.70
0.35
0.507
09.50
0.25
0.380
10.15
0.25
0.405
14.95
0.25
0.593
12.00
0.25
0.477
12.00
0.25
0.477

E

F

09.30Min

0.365
Min
14.30Min
0.562
Min
18.80Min
0.740
Min
18.80Min
0.740
Min
18.80Min
1.004
Min
25.50Min
1.044
Min
27.80Min
1.095
Min
30.40Min
1.197
Min
31.60Min
1.245
Min
31.60Min
1.245
Min

03.30 –
0.25
0.125
04.95 –
0.35
0.187
06.60 –
0.50
0.250
06.60 –
0.50
0.250
06.60 –
0.50
0.250
09.40
0.15
0.370
12.20
0.35
0.480
11.90
0.25
0.468
15.60
0.25
0.615
15.60
0.25
0.615

Wt.
(g)
0.80

I/A
(cm-1)
27.60

Ie
(cm)
2.77

Ae
(cm2)
0.10100

Ve
(cm3)
0.27900

Al
(nH)
475
Min

2.40

17.90

4.00

0.22500

0.90000

825
Min

5.40

12.06

4.90

0.40000

1.95000

1300
Min

11.0

6.03

4.90

0.80000

3.92000

2625
Min

8.40

18.00

7.30

0.40000

2.98000

870
Min

16.0

7.92

6.90

0.86000

6.00000

2050
Min

30.0

5.12

7.60

1.50000

11.5000

3225
Min

48.0

5.34

9.80

1.84000

18.1000

3600
Min

57.0

3.74

8.90

2.37000

21.1000

4500
Min

57.0

3.74

8.90

2.37000

21.1000

5100
Min

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

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 10 of 120.

7

Header Page 11 of 120.

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
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 11 of 120.

8


Header Page 12 of 120.

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.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 12 of 120.

9


Header Page 13 of 120.

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.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 13 of 120.

10


Header Page 14 of 120.

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.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 14 of 120.

11


220 V AC

B ộ h iể n th ị
v à b à n p h ím

Bộ
nguồn

Bộ nắn
dòng
B ộ lọ c

Đo điện áp lứơi

Hình 3. Sơ đồ khối máy hàn Inverter.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 15 of 120.

12
m ạ c h g ia o tiế p
m á y tín h

V ỉ m ạ c h đ iề u k h iể n

Bộ
tạ o x u n g

Bộ
công suất
c a o tầ n

B iế n á p
F e -rít
công suất
Bộ nắn
c a o tầ n

B ộ lọ c

M ỏ hàn
80 VDC
K ẹp m ass

Header Page 15 of 120.

Đo điện áp hàn

Đo dòng hàn


Header Page 16 of 120.

2.02. Bộ nguồn.
Từ nguồn điện lới dònmã kí tự hiển thị lên LED 7T.

Khởi động

Khởi tạo các
tài nguyên của
Vi điều khiển,
các modul ngắt

Modul ngắt lấy
mẫu ADC chu
kì 0,5 ms về áp
và dòng

Vòng lặp main

Modul ngắt đọc
giá trị của ADC
mỗi khi ADC đã
hoàn tất biến đổi

Modul ngắt định
thời quét phím và
điều khiển hệ thống
theo chu trình

Hình 19. Lu đồ tiến trình phần mềm.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 29 of 120.

26


Header Page 30 of 120.

Xóa cờ
Watchdog

Đến thời điểm
đọc bàn phím
( lặp lại sau10 ms )

Y
Xử lí lệnh ấn nút:
- Thay đổi mode hiển thị.
- Thay đổi các tham số.

- Về chế độ an toàn.

Kiểm tra:
quá tải, quá áp,
quá nhiệt, thấp áp?

Y

- Cảnh báo.
- Ngừng điều khiển.

N

Tính toán công suất
và đua ra tham số cho các
ngắt điều khiển.

Hình 20. Lu đồ thựât giải trong vòng lặp main.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 30 of 120.

27

N


Header Page 31 of 120.

6. Module SPI hiÓn thÞ ch÷ sè LED.
File Font_7T.h
const unsigned char Font_7T[5*16]={
//0,1...?-------16
0b11000000,//0
0b11111001,
0b10100100,
0b10110000,
0b10011001,
0b10010010,
0b10000010,
0b11111000,
0b10000000,
0b10010000,//9
0b11101111,//:
0b11111111,//;
0b11111111,//<
0b11111111,//=
0b11111111,//>
0b11111111,//?

//P,Q..._
0b10001100,//P
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b10001101,//V
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111110,//^
0b11110111,//_

//@,A...O
0b10011100,//@
0b10001000,//A
0b11111111,
0b11000110,//C
0b11111111,
0b10000110,//E
0b10001110,//F
0b10000010,//G
0b10001001,//H
0b11111001,//I

0b11111111,
0b11111111,
0b11000111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11000000,//O

//`,a...o
0b11111111,//`
0b10101011,//a
0b11111111,
0b10100111,//c
0b10100001,//d
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b10101011,//n
0b10100011,//o

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 31 of 120.

28

Header Page 32 of 120.

//p,q...tg
0b11111111,//p
0b11111111,
0b10101111,//r
0b10010010,//s
0b10000111,//t
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b11111111,
0b10111111,//~--->0b11111111 //tg
};
Hàm đẩy SPI_LEDD
//---------------------------------------------------------------------------//
void SPI(unsigned char Pos)
{
LATCH=0;
for(tmp=0;tmp{
SSPBUF = 255;
NOP(); NOP(); NOP();NOP(); NOP();
while(!SSPIF);
}

for(tmp=Pos;tmp<8;tmp++)
{
SSPBUF = SPIOUT[tmp];
NOP(); NOP(); NOP();NOP(); NOP();
while(!SSPIF);
}
NOP(); NOP(); NOP();NOP(); NOP(); NOP();NOP(); NOP();
LATCH = 1;
}
Trong đó POS là biến vị nhấp nháy.
Ví dụ: SPI(0): không nhấp nháy.
SPI(3): nhấp nháy ở vị trí: 1 3.
Mảng : SPIOUT[8] l dữ liệu đẩy ra ứng với Led 7T từ Led thứ 1 đến
Led thứ 8.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 32 of 120.

29


Header Page 33 of 120.

Ví dụ: muốn Led thứ x hiển thị chữ t thì chỉ cần gán:
SPIOUT[x-1]=Font_7T[t-48];
2.09. Mạch xử lý tín hiệu đo. ( Bản vẽ INV.160 02.03.0 ).
Để thực hiện việc điều khiển, trong quá trình hàn cần phải đo đợc 2 thông số:
điện áp hàn và dòng điện hàn. Để có thể đo chính xác ta phải xử lí tín hiệu đo.
2.09.01. Mạch xử lí tín hiệu đo dòng điện hàn.
Qua nhiều lần thử nghiệm các phơng pháp đo dòng khác nhau cả trực tiếp
và gián tiếp, cuối cùng nhóm đề tài chọn phơng pháp đo trực tiếp qua 1 điện trở
sụt. Phơng pháp này là tối u bởi đây là trờng hợp đo dòng xung tần số cao, rất

dễ bị sai số bởi các hài của giải tần số cao này. Chúng tôi dùng 1 đoạn dây đồng
tiết diện 12 mm2 và điều chỉnh độ dài sao cho dòng điện đi qua 0 200 A thì đo
đợc điện áp ở 2 đầu là 0 625 mV và điều chỉnh VR1 + R23 sao cho có tổng điện
trở là 80K nh vậy hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại thuật toán U7B là K =
(VR1+R23)/R20 = 80K/10K = 8. Khi đó ở đầu ra của bộ khuếch đại thuật toán U7B ta
đợc dải điện áp tơng ứng cho dòng 0 - 200A là 0 - 625x8 = 500 mV. Với dải điện
áp từ 0-500 mV là hoàn toàn phù hợp với đầu vào tơng tự của vi xử lý. Tín hiệu
này đợc đa đến chân số 2 của vi xử lý để tiến hành việc đo và điều khiển dòng
hàn.
2.09.02. Mạch xử lý tín hiệu đo điện áp hàn.
Trên Board vi xử lý nguồn hàn đợc đa vào J2 qua bộ chia R20 / VRHT để
có mức phù hợp, lọc qua C10 và C11 rồi đa đến chân 3 của vi xử lý để đo điện áp
hàn. Bộ vi xử lý sẽ lấy kết quả đo liên tục tính trung bình và gửi ra màn hình menu
đo điện áp hàn.
2.10. Màn hình hiển thị:
Nhóm đề tài đã xem xét, tham khảo về vấn đề nên chọn màn hình hiển thị nh
thế nào, dùng LED hay LCD vì mỗi loại có những u nhợc điểm khác nhau. Màn
hình LCD có u điểm là hiển thị đợc cả chữ cái và con số, tiêu tốn năng lợng ít
hơn, có khả năng hiển thị ở nơi có cờng độ ánh sáng cao dựa trên nguyên lý phản
quang, nhng ngợc lại nó lại rất kém, khó nhìn ở nơi có cờng độ ánh sáng yếu.
Màn hình LED thì hiển thị các con số khá tốt, còn các chữ cái không đợc tốt lắm,
và không nhìn rõ khi đa ra trớc ánh nắng mặt trời, tiêu thụ điện năng nhiều hơn
nhng lại rất phù hợp với điều kiện dùng trong nhà, ở môi trờng có ánh sáng
không mạnh lắm thì loại này lại rất nổi bật. Vì đặc thù loại máy hàn của đề tài chủ
yếu là dùng trong nhà xởng nên nhóm đề tài quyết định dùng màn hình LED bao
gồm 8 LED 7 thanh để hiển thị cho cả phần chữ và phần số nh ở phần thiết kế
chức năng vi điều khiển đã trình bày. ( Hình 22 ).

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 33 of 120.

30


Header Page 34 of 120.

2.11. Phần bảo vệ nhiệt:
Để đảm bảo an toàn cho máy hàn trong mọi điều kiện làm việc không bị sự cố
khi quá nhiệt, nhóm đề tài sử dụng loại cảm biến nhiệt độ dạng đặt mức cố định
tiếp điểm công tắc đã tích hợp sẵn thành modul, ở đây chúng tôi sử dụng 2 cảm
biến loại T90 để lắp cho biến áp và bóng bán dẫn IGBT, bảo đảm khi nhiệt độ vợt
quá 800 máy sẽ ngừng hoạt động và cảnh báo quá nhiệt, lúc này ngời sử dụng phải
đợi máy tự làm mát bằng gió rồi tắt nguồn và bật lại để máy làm việc tiếp.
2.12. Phần giao tiếp với máy tính.
Máy hàn của đề tài là sản phẩm vừa nghiên cứu, thử nghiệm, vừa từng bớc
hoàn chỉnh. Trong quá trình thử nghiệm và hoàn chỉnh này, phần mềm cho chíp vi
điều khiển phải sửa đổi cả hàng chục lần. Nếu mỗi lần sửa đổi lại phải rút chíp ra
khỏi bản mạch của nó, sau đó lại cắm lại thì dễ dẫn đến một vài chân cắm trong số
40 chân của chíp có thể bị gãy. Để tránh việc thờng xuyên phải rút ra, cắm vào
này, nhóm đề tài đã thiết kế thêm mạch giao tiếp với máy tính qua cổng RS232.

2
2

D9

GND

LED_PRO

U7

8

1

7

1
RS232

15

Tx12

Rx5

Rx12

Tx5

1

6

6
2

10/16

7

C24

8
4

1k

10
C25

C23

3

R48
9

C4C3+

5
4

10/16

Vpp

C26
2

VDD

C3-

C1C2C1+

10/16

9

13

5

14

Tx12

Rx5

Rx12

Tx5

3
R49
1

10/16

12

RX

11

TX

10k

S12
Q10
C828

R51

Reset

VDD
DB9

MAX232

VDD

16

VDD

Hình 21. Mạch giao tiếp máy tính.
Cũng nhờ cổng giao tiếp này mà sau này khi cần cải tiến, thay đổi tính năng

của máy hàn ta cũng có thể dễ dàng thực hiện. Lúc đấy chỉ cần một bộ dây cắm kết
nối với cổng COM của máy tính, rồi qua máy tính ta có thể thay đổi toàn bộ
chơng trình phần mềm của chíp vi điều khiển mà không cần tháo chíp ra khỏi
máy. Cổng kết nối đợc thiết kế với tốc độ làm việc 19200 bit/s.
Ngoài ra để có thể nạp đợc phần mềm ngay khi máy đang hoạt động, mạch
này còn đợc thiết kế thêm một mạch Reset từ chân số 7 của cổng COM máy tính.
Mạch này chỉ tốn 1 Tranzitor Q10 và 2 điện trở R48, R49.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 34 of 120.

31


Header Page 35 of 120.

2.13. Mạch in.
Các mạch điện mang tính chất điều khiển và hiển thị đợc thiết kế, chế tạo ở
dạng mạch in. Có 4 bản mạch ( board mạch ) đợc thiết kế ở dạng mạch in: mạch
hiển thị và bàn phím, mạch điều khiển, mạch nắn cao tần, mạch vi xử lí. Mạch in vi
xử lí gồm nhiều phần mạch: mạch ổn áp nguồn, mạch kết nối máy tính, mạch cảnh
báo, mạch điều chế tín hiệu đo dòng.
Các mạch in này đợc thiết kế và chế tạo bằng phíp thủy tinh, mạch đồng 2
lớp để thu gọn kích thớc và tăng cờng khả năng chống nứt,vỡ. Các lỗ để lắp chân
linh kiện đợc khoan sẵn và mạ xuyên lỗ. Bề mặt của bản mạch đợc phủ lớp bảo
vệ lắc xanh cách điện, lớp lắc này có tính chịu đợc hoá chất và chịu nhiệt. Mặt lắp
linh kiện đợc in chữ vị trí các kinh kiện. Với thiết kế này mạch in chịu đợc tốt
các tác động khắc nghiệt của môi trờng nh nóng, ẩm, bụi, nhiễu công nghiệp
Mạch bằng phíp thủy tinh 2 lớp không bị cong vênh do độ ẩm cao và nhiệt độ thay
đổi, việc mạ xuyên lỗ giúp mối hàn ở chân linh kiện ăn xuyên suốt 2 lớp phíp, nên
rất chắc chắn, nhờ thế loại bỏ hẳn những hỏng hóc do long mối hàn ở chân linh
kiện, là điều thờng xảy ra đối với mạch 1 lớp phíp không mạ xuyên lỗ.

2.14. Phần vỏ máy và khung gá linh kiện.
Trong máy hàn bộ phận nóng nhất cần làm mát cỡng bức là bộ nắn cao tần
rồi đến biến áp công suất fe-rit, tiếp theo là bộ nắn dòng đàu vào và đầu ra. Để
luồng gió làm mát có thể làm mát tốt nhất các bộ phận này và chúng không gây cản
trở khả năng đợc làm mát của nhau, vỏ máy nơi đặt quạt nghiêng xuống 20o so với
mặt phẳng thẳng đứng ( INV.160 01 00 ). Trên mặt đáy tính từ đằng sau lại là
biến áp công suất fe-rit, rồi đến tấm tản nhiệt của bộ nắn cao tần, trên nó là các
bóng bán dẫn IGBT cần làm mát, tiếp theo sau tấm tản nhiệt của IGBT là tấm tản
nhiệt chung của các diot nắn dòng đầu vào và đầu ra. Tấm tản nhiệt của bộ nắn cao
tần ở vị trí thẳng đứng trên chân đỡ cách mặt đáy 3 cm. Tấm tản nhiệt của các diot
nắn dòng lại nằm ngang các mặt đáy 1 cm. Nhờ góc nghiêng của quạt nên một nửa
luồng gió từ quạt làm mát trực tiếp thổi lên tấm tản nhiệt, nửa kia lên biến áp fe-rit.
Luồng gió theo chiều nghiêng sau khi làm mát biến áp và bộ nắn cao tần, luồn
xuống dới tấm tản nhiệt của bộ nắn cao tần thổi vào tấm tản nhiệt của các diot nắn
dòng. Hai bên vỏ máy và mặt trớc nơi gần tấm tản nhiệt của các diot nắn dòng có
các khe thông gió, để luồng gió sau khi làm mát bộ nắn dòng thì thoát ra ngoài.
Mặt dới của máy đợc gắn 4 chân cao su cao 3 cm, để tạo nên khe hở với mặt nền.
Tấm đáy của máy đợc thiết kế nhiều lỗ nhỏ để dòng khí tự nhiên tham gia làm
mát máy bằng dòng đối lu tự nhiên. ( Bản vẽ INV.160 01.00 ).
Do máy nhỏ, thấp, nên tầm nhìn của ngời thợ hàn luôn cao hơn mặt máy, để
cho ngời thợ nhìn thấy tốt màn hình hiển thị, thì mặt trớc, nơi đặt màn hình hiển
thị, nghiêng lên so với mặt thẳng đứng 20o. Tấm trần là nơi lắp các mạch in cùng
biến áp nhỏ nuôi các vỉ mạch. Vỏ máy làm bằng tôn 1 mm, đợc lắp ghép đơn giản
nhng chắc chắn và đợc sơn tĩnh điện.
Máy hàn có trọng lợng chỉ khoảng 14 kg, nên đợc thiết kế 1 tay xách nhỏ
lắp ở phần trên của vỏ chữ U để tiện việc di chuyển máy bằng cách xách tay.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 35 of 120.

32

Header Page 36 of 120.

3. Khảo nghiệm máy hàn

3.01. Máy hàn Inverter đợc thiết kế, chế tạo.
Máy hàn đợc chế tạo theo thiết kế riêng của nhóm đề tài, dựa vào các
nghiên cứu trên lí thuyết cũng nh khảo sát các máy hàn Inverter đang đợc sử
dụng ở nớc ta. Máy đợc chế tạo dùng để thực hiện công nghệ hàn que. Dòng hàn
đợc thiết kế theo chế độ hàn liên tục ( chu kì tải 100 % ) là 160 A, trong khi các
loại máy hàn que nói chung thờng đợc thiết kế với chế độ làm việc 40 60 %,
nh vậy nếu theo chế độ làm việc thông thờng này, máy hàn đợc thiết kế có thể
hàn với dòng lớn hơn 160 Am-pe đến 1,3 lần, tức là có thể hàn với que hàn lớn hơn
so với yêu cầu.
Máy hàn sau khi đợc chế tạo và hiệu chỉnh đã đợc khảo nghiệm ở Trung
Tâm Đào Tạo Viện Công Nghệ và Công ty TNHH Cơ khí và Xây dựng Chung Diện
ở Từ Liêm Hà nội. Tại những nơi này đã có nhiều thợ hàn khác nhau sử dụng máy
hàn, máy đã đợc đa vào thực hiện các nhiệm vụ sản xuất của đơn vị, làm việc
liên tục trong suốt ca sản xuất và đã đợc đánh giá tốt. Khi hàn: mồi hồ quang dễ,
hồ quang cháy êm, đều. Chất lợng mối hàn tốt: mối hàn ngấu, xung quang đờng
hàn ít có giọt kim loại bị bắn toé dính vào. Có thể hàn với que hàn có đờng kính từ
2 đến 4 mm, với tất cả các que hàn: từ que hàn thờng ( E 6013 ), đến que hàn chịu
lực cao ( E 7018 ). Máy nhỏ, nhẹ chỉ khoảng 14 kg nên việc di chuyển máy rất dễ
dàng. Máy đợc điều khiển bằng kỹ thuật số và có màn hình hiển thị nên việc cài
đặt các thông số cho máy dễ dàng và chính xác. Máy có nhiều tiện ích phục vụ cho
việc ngăn chặn các sự cố nh khống chế quá tải, quá áp, quá nhiệt
So sánh với các máy hàn que Inverter có ở nớc ta thì máy hàn của đề tài
có tính năng cơ bản tơng đơng. Máy hàn của đề tài ngoài nhiều chế độ hiển thị
và cảnh báo còn có thêm 3 chế độ nhớ để lu trữ thông tin. Việc tăng thêm các chế
độ hiển thị, cảnh báo và bộ nhớ không đòi hỏi thêm nhiều vật t, mà chủ yếu đòi

hỏi ngời lập trình phần mềm cho chip vi điều khiển phải có kinh nghiệm và trình
độ chuyên môn sâu
Một số vật t chủ chốt của máy hàn Inverter nh: lõi fe-rit, bộ IGBT có
tính năng phù hợp còn rất khó kiếm ở nớc ta, vì vậy chúng còn bị đội giá lên cao,
nên ảnh hởng đến khả năng sản xuất và tính cạnh tranh. Nếu giải quyết đợc việc
sản xuất các vật t này trong nớc, hoặc chí ít thì nhập khẩu với khối lợng lớn để
cho giá rẻ, thì với thiết kế đã đợc hoàn chỉnh, chúng tôi tin rằng máy hàn Inverter
có thể sản xuất ở nớc ta với giá không cao hơn giá của máy nhập ngoại.

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 36 of 120.

33


Header Page 37 of 120.

3.02. Hớng dẫn sử dụng máy hàn Inverter một chiều điều khiển kỹ thuật số,
đạt dòng hàn 160 A.
1. Máy dùng để thực hiện công nghệ hàn que với que hàn từ 2 đến 4 mm.
2. Nguồn điện cho máy là điện lới 1 pha, 220 V.
3. Khi hàn tùy vào công việc cụ thể mà có thể đấu mỏ hàn vào cực âm
hay dơng của máy, còn bộ phận kẹp mát đấu vào cực còn lại.
4. Chức năng của 6 đèn báo ( hình 22 ):
- Đèn Nguồn : sáng khi máy có điện.
- Đèn Hàn : sáng khi đang hàn.
- Các đèn có số từ 1 đến 3: khi đèn nào sáng, nó cho biết ta đang làm
việc với chơng trình có số tơng ứng đợc lu trong bộ nhớ. Trong cùng
một thời điểm chỉ 1 trong 3 đèn này sáng. Sau khi khởi động máy thì
chơng trình 1 đợc thiết kế là mặc định nên tự động nạp vào phần cài đặt,
sẵn sàng làm việc.

- Đèn Lỗi : sáng khi có sự cố nh quá dòng, quá nóng, quá điện áp
5. Chức năng của 5 nút bấm ( hình 22 ):
- Nút
và là 2 nút đặt chuyển chế độ theo chiều thuận và
chiều nghịch của 9 chế độ cài đặt và hiển thị, mỗi lần bấm nhanh sẽ
chuyển sang 1 chế độ mới, theo thứ tự đã sắp sẵn và theo chiều ta đã chọn.
Sau đây là kí hiệu hiển thị chế độ trên màn hình theo đúng thứ tự xuất hiện
theo chiều thuận ( chiều mũi tên chỉ xuống):
+ I. H : dòng hàn đặt, con số chỉ dòng hàn hiện lên ở 3 LED cuối.
Trong chế độ này ta có thể cài đặt, thay đổi các con số dòng hàn ta
muốn hàn, bằng cách bấm vào nút + hoặc . Nút + là tăng,
nút là giảm . Mỗi lần bấm nhanh thì thay đổi 1A, bấm đè thì thay
đổi liên tục với tốc độ 30A/ s, ( hình 6 )
+ I. H.d : dòng hàn đo đợc thực tế trong khi đang hàn. Trong
chế độ này ta đọc đợc dòng điện thực tế đang hàn. Vì là dòng đo
đợc nên lúc này khi bấm 2 nút + hoặc đều không có tác
dụng, ( hình 7 ).
+ VoLd : điện áp hàn đo đợc trong khi đang hàn ( hình 8 ).
+ FAN : dòng điện khi quạt làm mát chạy. Trong chế độ này ta
có thể đặt dòng hàn tối thiểu mà quạt làm mát phải chạy, nếu ta hàn
với dòng nhỏ hơn thì quạt không chạy. Khi ngừng hàn hoặc khi dòng
điện hàn hạ xuống dới mức đã đặt, quạt vẫn chạy tiếp thêm 2 phút rồi
mới tự động dừng lại ( hình 9 ).
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 37 of 120.

34


Header Page 38 of 120.

Màn hình hiển thị

Các đèn báo

nguồn Hàn

1

2

3

Các phím bấm

lỗi

,
luu

Các cực lấy điện hàn

Hình 22. Mặt trớc máy hàn.
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 38 of 120.

35