Đề tài thiết kế bộ chỉnh lưu máy hàn hồ quang một chiều

SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Đồ áN MÔN HọC
ĐIệN Tử CÔNG SUấT

Đề số 11:
Thiết kế bộ chỉnh lu dùng cho máy hàn 1 chiều có các
thông số sau:
Uvào(V)
3x380

Ura(V)
40

-1-

Ira(A)
1500


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

LờI NóI ĐầU
Ngày nay,cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công
nghệ và những ứng dụng của nó trong công nghiệp nói
chung và trong công nghiệp điện tử nói riêng.Những thiết bị
điện tử công suất lớn đà ra đời và đang trở nên thông

dụng,cần thiết đối với cuộc sống vì vậy việc nắm bắt,am
hiểu rõ về thiết bị này đối với các kỹ s điện là ắt buộc
Sự ra đời, phát triển nhanh chóng và ngày càng hoàn thiện
của các linh kiện điện tử, bán dẫn công suất lớn nh Diode,
Thyristor, Triac, Tranzitor và đặc biệt là vi xử lí đà tạo ra một
bớc đột phá mới làm thay đổi một cách sâu sắc, toàn diện
cũng nh thúc đẫy mạnh mẽ sự phát triển các thiết bị, hệ
thống thiết bị điện- điện tử, các hệ thống điều khiển
Đối với sinh viên khoa điện nói chung và đặc biệt là sinh
viên ngành tự động hóa của chúng em thì việc nắm vững lí
thuyết môn học Điện Tử Công Suất và biết cách ứng dụng
chúng vào thực tế là điều rất quan trọng. Hiện nay hàn
điện là một công nghệ đợc sử dụng rộng rÃi trong công
nghiệp, trong xây dựng và trong công nghiệp chế tạo máy. ở
học kỳ này em đợc các thầy cô giao cho đồ án môn học có
đề tài là: Thiết kế bộ chỉnh lu máy hàn hồ quang một chiều.
Đợc sự hớng dẫn, chỉ bảo tận tình cuả các thầy cô trong
bộ môn và đặc biệt là sự hớng dẫn trực tiếp của thầy T Duy
H, emđà hoàn thành đồ án đúng thời gian quy định.
Mặc đù em đa cố gắng rất nhiều trong việc tìm hiểu
cũng thiết kế đồ án nhng do trình độ có hạn nên đồ án
không thể tránh khái sai sãt, rÊt mong sù ®ãng gãp ý kiÕn
cđa các thầy cô và các bạn để đồ án đợc hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

-2-


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

ChơngI: khái niệm chung về công nghệ hàn một chiều
1.Khái niệm về hàn điện:
hàn điện là một công nghệ phổ biến nhất trong kỹ thuật
hiện đại.ở các ngành đóng tàu,ngành xây dựng,ngành chế
tạo máy móc không thể thiếu máy hàn điện.Hàn điện củng
đợc áp dụng ở những đơn vị sản xuất nhỏ và những công ty
lớn trong các ngành công nghiệp khác.
2.Định nghĩa hàn:
Hàn là quá trình nối hai vật liệu bằng kim loại với nhau bằng
cách nung nóng chổ nối đến nóng chảy hoặc gần nóng
chảy.
3. Hồ quang điện và hàn hồ quang điện:
Hồ quang điện hàn là một dạng phóng điện trong chất
khí với mật độ dòng điện lớn(102 đến 103A/mm2). ở điều
kiện bình thờng chất khí hầu nh không dẫn điện. Nếu đặt
lên hai ®iƯn cùc trong m«i trêng kh«ng khÝ mét ®iƯn trêng
cã cờng độ đủ lớn thì có thể phá vỡ cách điện của chất khí
và có khả năng dẫn dòng điện lín, phơ thc vµo tÝnh chÊt

-3-


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều

chÊt khÝ, ¸p st cđa nã, nhiƯt độ môi trờng, vật liệu làm
điện cực, độ lớn của cờng độ điện trờng

Đặc tính V-A, đặc tính tĩnh của hồ quang:

Uh

Để giảm đợc U mồi mà vẫn
gây đợc hồ quang ngời ta cho
hai điện cực tiếp xúc nhau

B

A
C

gây ra I đoÃn mạch. Nếu I

D

đoÃn mạch đủ lớn sẻ nung kim

Ih

loại chổ tiếp xúc nóng chảy.
Thờng sử dụng đoạn đặc tính CD đẻ hàn.
Hàn điện hồ quang là dùng nhiệt lợng của hồ quang điện
nung nóng chổ hàn làm cho kim loại vật hàn chảy và kim loại
bổ sung chảy để nối hai vật lại.
Khi hàn: Cho que hàn chạm vào vật hàn 0.1 s xong đa lên
cao 3-4 mm. Do tác dụng của điện trở nên đầu nút que hàn
và chổ vật hàn tiếp xúc với que hàn bị nung nóng. Khi nhấc
que hàn lên khỏi vật hàn que hàn bắn ra điện tử, các điện

tử bắn nhanh đập vào vật hàn biến động năng thành nhiệt
năng dẫn đến vật hàn bị chảy. Môi trờng giữa que hàn và
vật hàn chịu tác dụng của điện trờng bị ion hóa, các ion dời
đi lên rất nhanh biến động năng thành nhiệt năng dẫn đến
que hàn nóng chảy và nhỏ giọt xuống vật hàn.
4. Các yêu cầu chung đối với nguồn hàn hồ quang:
Nguồn điện cung cấp cho hàn hồ quang có thể là xoay
chiều hoặc một chiều.
-4-


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Trong đó nguồn hàn hồ quang một chiều có hai loại là :
- Bộ biến đổi quay(máy phát hàn một chiều)
- Bộ biến đổi tĩnh(bộ chỉnh lu).
Với sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn đà đa
ra nhiều ứng dụng trong nguồn hàn một chiều. Nguồn hàn
một chiều dùng bộ chỉnh lu có những u việt sau đây so với
máy phát hàn một chiều:
+ Chỉ tiêu năng lợng cao
+ Không có phần quay
+ Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bÃo dỡng và sữa
chữa thấp.
Tuy nhiên chúng đều có những yêu cầu chung sau:
- Điện áp không tải đủ lớn và lớn hơn áp khi có tải để mồi
đợc hồ quang và hàn đợc dễ dàng:
Nguồn hàn một chiều vói điện cực là:

Kim loại : U0min = (30 - 40) V
Than : U0min = (45 - 55) V
- Đảm bảo an toàn lúc làm việc ở chế độ làm việc cũng nh
ở chế độ ngắn mạch làm việc. Bội số làm việc ngắn mạch
không đợc quá lớn.

I =

I nm
= 1,2 ữ 1,4
I dm

Trong đó: I -bội số dòng điện ngắn mạch
I nm - dòng điện ngắn mạch [A]

- Nguồn hàn phải có công suÊt lín.

-5-


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

- Nguồn hàn phải có khả năng điều chỉnh đợc dòng hàn;
vì nh ta đà biết dòng điện hàn phụ thuộc vào đờng kính
que hàn. Dòng điện hàn đợc tính theo biểu thức sau:
I h = (40 ữ 60)d

Trong đó : I h - dòng điện hàn [A]

d - đờng kính que hàn [mm].
- Đờng đặc tính ngoài của nguồn hàn phải đáp ứng theo
từng phơng háp hàn.
Đặc tính ngoài là đờng biểu diễn quan hệ giữa áp trên
hai đa ra của máy với dòng tải.
Các đặc tính ngoài của nguồn điện
U

hàn:

1
4

1: Đặc tính dốc

3

2: Đặc tính thoải
2

3: Đặc tính cứng
4: Đặc tính tăng

I

Nguồn hàn dùng cho phơng pháp hàn hồ quang bằng tay
phải có đờng đặc tính ngoài dốc.
Nguồn hàn dùng cho phơng pháp hàn hồ quang tự động
phải có đờng đặc tính ngoài cứng.

Chơng II: CáC PHƯƠNG áN THIếT Kế
Có rất nhiều phơng án lựa chọn để thiết kế bộ chỉnh lu
cho nguồn hàn 3 pha.ở đây ta xét các phơng án sau:
- Chỉnh lu tia 3 pha cã ®iỊu khiĨn.
-6-


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

- Chỉnh lu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng.
- chỉnh lu cầu 3 pha có điều khiển.
2. Sơ đồ hình tia 3 pha:
a. Sơ đồ đồ thị:

b. Công thức tính toán:
- Điện áp chỉnh lu nhận đợc:
5

3 6 +
3 6
Ud =
2U 2 Sind =
U 2 Cosα = U d 0 Cosα
Π
∫
+
α
2Π 6

2Π

Víi U d 0 =

3 6
U 2 = 1,17U 2
2

- Điện áp ngợc đặt lªn van:
U ng max = 6U 2 = 2,45U 2

- Dòng điện tải trung bình: I d =

Ud
Rd

- Dòng điện trung b×nh qua van: I v =
-7-

Id
3


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

- Dòng điện thứ cấp máy biến ¸p :
I2 =

1
2Π

5Π
+α
2
6
2
Π
+α
6

∫

i dθ =

5Π
I
1 6 +α 2
I d dθ = d = 0,58 I d
Π
∫
2Π 6 +α
3

- C«ng suÊt m¸y biÕn ¸p :
S=

3U 1 I 1 + 3U 2 I 2
= 1,35Pd

2

3. Sơ đồ 3 pha điều khiển không đối xứng:
a. Sơ đồ và đồ thị:
b. Công thức tính toán:
- Điện áp chỉnh lu nhận đợc:
Ud =

3 6
U 2 (1 + Cosα ) = 1,17U 2 (1 + Cosα )
2

- Điện áp ngợc đặt lên van:
U ng max = 6U 2 = 2,45U 2
U

d
- Dòng điện tải trung bình: I d = R
d

- Dòng điện trung bình qua van:
Iv =

Id
3

- Dòng điện thứ cấp máy biến áp :


5

3 2
2 6
2
I2 =
i 2 dθ +
Π
Π
∫
2Π 6 +α
3Π ∫ 2

+α

2

i 2 = 0,816 I d

-8-


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

- Công suất máy biến áp :
S=

3U 1 I 1 + 3U 2 I 2
= 1,05Pd

2

- §iƯn áp chỉnh lu nhận đợc:

Ud =

3 6
U 2 (1 + Cosα ) = 1,17U 2 (1 + Cosα )
2Π

U ng max = 6U 2 = 2,45U 2
-9-

- Điện áp ngợc đặt lên van:


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu
U

d
- Dòng điện tải trung bình: I d = R
d

- Dòng điện trung bình qua van: I v =

Id
3

- Dòng điện thứ cấp máy biến áp :


5

3 2
2 6
2
I2 =
i 2 dθ +
Π
Π
∫
2Π 6 +α
3Π ∫ 2

+α

2

i 2 = 0,816 I d

- Công suất máy biến áp :

S=

3U 1 I 1 + 3U 2 I 2
= 1,05Pd
2

4. Sơ đồ 3 pha có điều khiển:
a. Sơ đồ và ®å thÞ:

- 10 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

b.Công thức tính toán:

= = α = α = α = α = 30

o

1

2

nÕu

U
I

dα

tbv

U

S

4

5

6

α ≤ 60

o

= U d 0 COSα = 2,34U 2 COSα

=

I

d

3

ngV max

ba

3

= 2,54U 2

= 1,05 P d max (khi gãc më b»ng 0)

V. Nhận xét chung:
1. Sơ đồ hình tia 3 pha:
Thờng đợc lựa chọn khi công suất tải không quá lớn so với
biến áp nguồn cấp ( tránh gây mất đối xứng cho nguồn lới)
và tải không có yêu cầu quá cao về chất lợng điện áp một
chiều.
Loại này cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đa
ra tải. Công suất máy biến áp lớn hơn công suất một chiều
1,35 lần nhng sụt áp trên van nhỏ nên thích hợp với phạm vi
điện áp thấp. Vì sử dụng nguồn 3 pha nên cho phép nâng
công suất tải lên nhiều, độ đập mạch điện áp sau chỉnh lu
giảm cho nên giảm kích thớc cuộn kháng lọc.
2. Sơ đồ cầu 3 pha điều kiển không đối xứng:
- 11 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Sơ đồ này có dòng chạy trong thứ cấp máy biến áp là dòng
xoay chiều nên trong máy biến áp không có hiện tợng từ hoá
cỡng bức.
Công suất tính toán máy biến áp xấp xĩ công suất trên tải
chứng tỏ thành phần sóng điều hoà bậc cao trong sơ đồ
cầu là không đáng kể. Chất lợng điện áp một chiều khá tốt
điều này làm giảm điện kháng bộ lọc dẫn đến giảm kích
thớc bộ lọc.Mặt khác vì chỉ cần điều khiển 1 nhóm tiristo

T1,T3,T5 nên chỉnh lu cầu ba pha bán điều khiển đơn giản
hơn điều khiển sơ đồ có điều khiển.
3.Sơ đồ cầu 3 pha có ®iỊu khiĨn:
Sè xung ®Ëp m¹ch trong 1 chu kú lín m = 6 ( làm giảm kích
thớc cuộn kháng hạn chế dòng điện đập mạch ở sau khối
chỉnh lu) nên chất lợng điện áp tốt hơn.
Sơ đồ này có hệ số sử dụng biến áp rất cao,công suất MBA
gần bằng công suất tải.Và trong MBA không có hiện tợng từ
hoá cỡng bức vì dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp là
xoay chiều,nên tổng ampe vòng của thành phần 1 chiều
gây nên trên mỗi trụ biến áp bằng không.
Vì vậy ta chọn mạch chỉnh lu cầu ba pha có điều
khiển là thích hợp nhất.

Chơng III.

- 12 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Thiết kế tính toán mạch lực
I.

Thiết kế m¹ch lùc:

b

a

c
CD
at

r

c

2c c

1c c

1c c

1c c
r

c

T4

t1

2c c

r

c

r

2c c

T6

t3

2c c

r

c

r

c

2c c

T2

t5

2c c

l

r

s

u

phd

Sơđồ mạch lực

II. Thiết kế máy biến áp:
1. Các thông số cơ bản của máy biến áp:
- Điện áp sơ cấp: U1 =3 x 380 (V)
- Điện áp pha thứ cấp:
Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải:
- 13 -

vËt hµn


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều

U d 0 = U d + ∑ ∆U

∑ ∆U = ∆U

Trong ®ã :

V

+ ∆U L + U ba

Sụt áp trên van: U V = 2.1,6 = 3,2 (V )
Sụt áp trên cuộn kháng lọc: U L = 3,5 (V )
Sụt áp trên máy biến áp : ∆U ba = 5%U d = 0,05.40 = 2 (V )
⇒ U d 0 = 40 + 3,2 + 3,5 + 2 = 48,7 (V )

- Công suất máy biến ¸p:
S ba = k sd Pd = 1,23.48,7.1500 = 89,85 ( KVA )

- Với sơ đồ cầu 3 pha có ®iỊu khiĨn ta cã:
Ud0 =

3 3
U 2 Cosα
Π

lÊy α = 30 0
⇒ 48,7 = 1,654U 2 Cos30 0
⇒ U2 =

48,7
= 33,99 34 (V )
1,654Cos30 0

- Điện áp pha thứ cÊp m¸y biÕn ¸p :
U 2 = 34 (V )

- Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp :

I 2 = 1,11I d = 1500.1,11 = 1665 ( A)

- Dßng sơ cấp máy biến áp :
- I1 = I2.kBA =

u
I
u
2

1

2

=

34
1665 = 148,97(A)
380

Chọn mạch từ 3 trụ, tiết diện mỗi trụ :
Q Fe = k Q

S ba
mf

⇒ QFe = 6

89850
= 146,8 (cm 2 )

3.50

k Q : HƯ sè phơ thc ph¬ng thức làm mát, lấy k Q = 6 (máy

biến áp kh«)
- 14 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều

m: Sè trơ cđa m¸y biÕn ¸p
- Số vòng vôn: 4,44. f .Q.B = 4,44.50.146,8.10 4 = 3,2 (vôn/vòng)
- Số vòng dây sơ cấp: W1 =

U 1 380
=
= 118,75 vòng ; chọn
3,2 3,2

w1=

120 vòng
- Số vòng dây thø cÊp: W2 =

U 2 34
=
= 10,6 vßng; chän
3,2 3,2

w2= 11

vßng
J 1 = J 2 = 2,5 A / mm 2

- Chọn mật độ dòng điện :
- Tiết diện dây dÉn s¬ cÊp:

Q1 =

I 1 148.97
=
= 59,6( mm 2 )
J1
2,5

- TiÕt diƯn d©y dÉn thø cÊp:

Q2 =

I 2 1665
=
= 666(mm 2 )
J2
2,5

II. TíNH CHọN VAN ĐộNG LựC
a. Các thông số để chọn van:
- Điện áp chỉnh lu không tải : U d 0 = 48,7 (V )

- Điện áp ngợc lớn nhất mà van phải chịu:

u

LV

= k NV .u 2 =

6 .34 = 83,3 (v)

⇒ U ng max = k dtU .u LV =1,6 . 83,3 = 133,28 (v); (chọn hệ số dự

trữ kdtU = 1,6.)
- Dòng điện làm việc cña van: Itbvan = I d 3 = 1500 3 = 500
(A)
Chọn chế độ làm mát cho van là làm mát bằng quạt gió.
Chọn hệ số dự trữ dòng điện : kdtI = 2
Van phải chịu đợc : Iv = kdtI . Itbvan = 2.500 = 1000 (A)
b. Chän van:
- 15 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều

- Tiristor: N520CH04GOO (tra ë phô lôc 2 trang 664 sách
điện tử công suất của thầy LÊ VĂN DOANH) với các thông số:
U ng max = 400

(V )

I max = 2200 ( A)
I G = 0,3
UG = 3
∆U = 1.3

( A)
(V )
(V )

I pik = 15500 ( A)
dU
= 300 (V / s )
dt
0
t max
= 125 0 C

III. Tính cuộn kháng lọc
Với yêu cầu của điện áp hàn có kđm = 0,02
Hệ số san bằng của mạch lọc : ksb = kđmv/kđmr
Với sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta có: kđmr=
0,057
ksb = kđmv/kđmr=

0,057
= 2,85
0,02
U

40

d
Tải có điện trở tơng đơng: Rd = I = 1500 = 0,027 ()
d

Ta có giá trị điện cảm:
L=

Rd
0,027
2
k sb − 1 =
2,85 2 − 1 = 6,81.10 −5 ( H ) = 0,0681 (mH )
mdm .w
3.2..50

Vậy : Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc : L = 0,068 (mH )
Dòng định mức chạy qua cuộn kháng: Idm=1500 (A)
Biên ®é dßng xoay chiỊu bËc 1: I1m=10%Idm=150 (A)

- 16 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Do dòng điện cuộn kháng lớn và ®iƯn trë bÐ do ®ã ta cã

thĨ coi tỉng trë cuộn kháng xấp xĩ điện kháng:
ZL XL = wL = 2. .f.0,068.10-3 = 21,35.10-3 ()
Điện áp rơi trên cuén kh¸ng läc:

∆U L = Z L .

I 1m
2

= 21,35.10-3.

150
2

= 2,265 (V)

Chơng IV:
Tính toán mạch điều khiển
I-Nguyên tắc điều khiển:
Hình dới là sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh hoạ. ở đây khâu
UT tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thờng có dạng răng ca,
đôi khi hình sin) theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của U ĐB.
Khâu so sánh SS xác định thời điểm cân bằng của 2 điện
áp UT và UĐK để phát động khâu tạo xung TX. Nh vậy trong
nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều
khiển
thay
đổi do
sự

thay

đổi trị số của UĐK, trên đồ thị đó là sự di chuyển theo chiều
dọc của trục biên độ. Đa số mạch điều khiển thực tế sử dụng
nguyên tắc này

- 17 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

II. Thiết kế mạch điều khiển:
1. Thuyết minh:
Khi cấp nguồn vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía
thứ cấp của biến áp đợc hạ áp. Sau khi qua mạch chỉnh lu có
điểm trung tính điện áp U1 là điện áp một chiều nửa hình
sin.
Điện áp một chiều nửa hình sin tại U1 đợc đa vào cực (+)
của OA1 so sánh với điện áp phẳng U đợc đặt vào cực (-) của
OA1 do E1, VR1 và R2 tạo ra. Kết quả ta đợc tín hiệu đầu ra U2
của OA1 có dạng xung vuông đồng bộ với lới.
Điện áp dạng xung vuông sau khi đợc tạo ra ở khâu đồng
bộ trớc đó đợc đa vào khâu tạo điện áp răng ca. Khi U2 có
giá trị âm, diode D3 mở, tụ C1 đợc nạp theo chiều từ U3 qua tơ
C1 qua R3 qua diode D3 vỊ U2.Khi U2 cã giá trị dơng,transistor
- 18 -

SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

T mở diode D3 khoá lúc này tơ C1 phãng tõ + C1 qua transistor
T vỊ – C1 .Kết quả ta đợc U3 có dạng điện áp răng ca.
Điện áp điều khiển đợc lấy từ điện áp phản hồi trên
điện trở Shunt đợc khuyếch đại lên để có độ lớn thích hợp,
sau khi qua khâu khuyếch đại đảo và khâu PI lọc sai số
động ta đợc Uđk có dạng đờng thẳng.
Điện áp răng ca U3 đợc đa vào cửa (-) của OA3 và so sánh
với điện áp điều khiển Uđk đợc đa vào cửa (+). Khi U3 > Uđk
thì điện áp đầu ra của OA3 là U4 có giá trị âm. Ngợc lại, khi
U3 < Uđk thì điện áp đầu ra U4 có giá trị dơng. Kết quả ta
đợc U4 có dạng xung vuông.
Khâu phát xung chùm có tác dụng tạo ra chùm xung dới sự
phóng nạp của tụ C2. D9 có tác dụng loại bỏ xung âm. Do đó
tín hiệu điện áp U6 có dạng xung chùm dơng.
Điện áp U4 đợc chộn với xung chùm U6 bởi IC4081 rồi đợc
đa qua tầng khuyếch đại do tín hiƯu xung vÉn cha ®đ lín
®Ĩ kÝch më thyristor.
T»ng khuch đại gồm các transisto mắc theo kiểu
dalington. Xung dơng đợc đặt vào bazơ của TR1 làm TR1 mở
đồng thời TR2 mở theo khi đó có xung đi vào biến áp xung.
Trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung để kích mở
tiristo. Khi điện áp trên biến áp xung giảm đột ngột, cuộn
dây của biến áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng ngợc dấu lúc đó điốt D4 và D7 có tác dụng trả ngợc điện áp dập
tắt sức điện động để bảo vệ các transistor khỏi bị quá áp.

III. Tính toán các khâu trong mạch điều khiển:

1.Tính toán khâu đồng

+ E

U1

D 1
14
.

1

R

8

bộ:

1

3

5

2
R 1

4

8

TR F

- 19 -

1

4

~
14

D 2

1

- E

2

U

+

1
+E1

3
VR 1

R 2

U 2


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Tính toán:
Chọn góc duy trì và thoát năng lợng =5 o thì điện áp U1
đặt vào cửa (+) của bộ so sánh là: U = 2 Umaxsin 5 o = 2
.12.sin 5 o = 1,48(V)
U

E

R2
Ta cã: I = R = R + VR
2
2
1

→

1,48 E − 1,48 12 − 1,48 10,52
=
=
=
R2
VR1

VR1
VR1

→VR1 ≈ 7R2
Chän R2 = 5 (k) , VR1 = 50 (k)
Để điện trở đầu vào của OA1 là lớn ta chọn điện trở R có giá
trị là 100(k)
2. Khâu tạo điện áp răng ca:
2

C 1

1

3
VR 2

+E2

R 4

D Z
+ E

1

14

R 3

2
3

-

1

+
4

- 20 -

U 2

8

D 3

- E

U 3


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Tính toán
Chu kì của điện áp lới là: T =

1
1
=
= 0,02( s ) = 20 (ms) tơng ứng với
f 50

360 0
Chu kì của điện áp răng ca là : TRC =

T
= 10 (ms) tơng
2

ứng với 180 0
Mặt khác Trc = tp + tn
Trong đó : tp - thêi gian phãng cđa tơ C1
tn - thêi gian nạp của tụ C1
Nh trên ta đà chọn = 5 0 tøc lµ tn = 10 0  tp = 180 0 - 10
0

= 170 0
T¬ng øng víi thêi gian lµ: tp =

170 0 x10 ''
= 9,4ms
180 0

10 0 x10 ''
= 0,6ms
tn =

180 0

Chọn giá trị của tụ C1 = 0,2 à F
Gọi dòng địên trong quá trình nạp là In. Sau khoảng thời
gian t = tn = 0,6 (ms) thì điện áp trên tụ đạt giá trị UC0 vËy
ta cã:
U C0 =

1
C

→ R3 =

∫

0,6

0

i c dt =

U bh
t =9
C.R3

U bh
10.0,6.10 −3
t=
= 3333,33 ( Ω )
9.C

9.0,2.10 −6

Chän R3 cã giá trị là 3,5 k
Gọi dòng địên trong quá trình phóng là Ip. Sau khoảng
thời gian t = tp = 9,4 (ms) thì điện áp trên tụ về giá trị 0 vËy
ta cã:
tlp

U C 0 .C 9.0,2.10 −6
=
= 1,9.10 − 4 ( A)
Ucp
−3
tp
9,4.10
0
E2
12
E2
3
Ta cã: I p = VR + R →VR2 + R4 = I = 1,9.10− 4 = 63,15.10 ( Ω )
p
2
4

= U C0 −

1
C

∫ I p dt =0 → I p =

Chän R4 = 20 kΩ, VR2 = 50 k có thể điều chỉnh đợc.
3. Khâu so sánh:
- 21 -


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều

+E

U rc

U 4
8

R 5

2

-

R 7
.

1

3

+

R 6

D 4
14

4

U đk

1

-E

Đ ể đảm bảo cho dòng điện đi vào các cửa của khuyếch đại
thuật toán nhỏ hơn 1mA ta chọn R5=R6=15 k
4. Khâu phát xung chùm:

U 6

R 8

8

+E

2

R 1 1

-

1

+

D 6
4

3

R 1 0

R 9
C 3

Tính toán:


Chu kỳ dao động: T = 2 R8C3 ln 1 +


2 R9
ữ
R10

Chọn tần số phát xung là f = 10 kHz

- 22 -

-E


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều



→ 2 R8C3 ln 1 +


2 R9  1
1
= 0, 0001
÷= =
R10  f 10.103

Theo kinh nghiƯm thờng chọn R9 + R10 cỡ 20 k, để giảm độ
chênh lệch giữa 2 cửa vào của OA chọn R10 nhỏ hơn R9.Vậy
chọn R10 = 5k, R9 = 15k
Chọn trị số tụ điện C2 là 10 nF


R8 =

0, 0001
0, 0001

=
2500
 2 R9 
 2.15 
−9
(Ω)
2C2 ln  1 +
÷ 2.10.10 .ln 1 + 5 ữ


R
10


Chọn trị số của R8 là: 2,5 k
Để có sờn xung dốc đứng ta nên sử dụng loại OA có tham
số về tốc độ tăng áp lớn (nh LF351) hoặc dùng comparator
(nh LM301, LM339), các loại OA thông dụng nh LM324,
àa741 cho xung không thật dốc với khu vực tần số trên 10
(kHz)
5. Khâu trộn xung:
Khâu trộn xung sử dụng IC các cổng AND có 3 đầu vào
với các thông số:
Nguồn nuôi IC : Vcc =
3÷ 15 (V), ta chän: Vcc = 12 (V).
NhiƯt độ làm việc : - 40o C ữ 80o C
Điện áp ứng với mức logic 1: 2.5ữ 4,5 (V).
Dòng điện nhỏ hơn: 1 mA
Bảng chân lí của cổng AND:
X1

X2

Y

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0
R 17

+

R 19

+E

+E

+E

3

-

R 18

1

8

2

RS

C 2

8

R 15

R 22

2

+

3

1

+

2
3

-

1

+
4

4

4

R 16

R 21

-

8

6. Khâu phản
hồi:

-E

- 23 +-E

-E

R 20

2

-

1

3
VR 2

-E

U ®k


SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

Nguyên lý hoạt động của khâu phản hồi :
Ly in áp phn hi t ngun hn thông qua in tr Shunt,
vì in áp ny nh nên ta cho qua bộ khuếch đại để được điện ¸p
thÝch hợp. Tiếp theo điện áp phản hồi đợc đa vào bộ cộng
(đảo) với điện áp mà ta đặt cho nguồn hàn làm việc.
Sau đó điện áp phản hồi đợc đa qua khâu PI để loại bỏ các
sóng nhiễu có tần số cao làm cho mạch tăng tính ổn định
Chọn điện áp trªn điện trở Shunt URS = 2,5 V
Ta cã: RS = 2,51747 = 0,0014 ⇒ PRS = 1747 2.0,0014 = 4272 W
Chän: RS = 0,0015 Ω vµ PRS = 10 kW
7.Khối nguồn:

tính toán biến áp
Công suất cấp cho các khối là rất nhỏ, thông thờng ta
chọn thông số của các biến áp của các khối nh sau:
o Khâu ổn áp:
U 2 _ 1 =17 V; I 2 _ 1 =0,6 A
Công suất của khâu ổn áp là:
P 2 _ 1 =U 2 _ 1 .I 2 _ 1 =17.0,6=10,2 (W)
o Khâu nguồn công suất :
U 2 _ 2 =10 V; I 2 _ 2 =1 A
C«ng st cđa ngn ỉn ¸p lµ:
P 2 _ 2 =U 2 _ 2 .I 2 _ 2 =10.1=10 (W)


- 24 -

SV Kiều trí Dũng

Thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho mỏy hn 1 chiu

o Khâu đồng pha:
U 2 _ 3 =12 V; I 2 _ 3 =0,1 A
C«ng st cđa nguồn đồng pha là:
P 2 _ 3 =U 2 _ 3 .I 2 _ 3 =24.0,1=2,4 (W)
Tỉng c«ng st cđa cả ba khâu là:
P= P 2 _ 1 +P 2 _ 2 + P 2 _ 3 =10,2 + 10 + 2,4 = 22,6 (W)
Số von/vòng là:
N=4,44.B.f.Q=4,44.1.50.2,91.10 4 =0,064
(von/vòng)
Số vòng cn thø cÊp biÕn ¸p cđa khèi ỉn ¸p :
W2 _ 1 =

U 2 _1

17
= 266 (vòng)
0,064

=

N

Chọn mật độ dòng điện thứ cấp là J=2A/mm 2 .Thiết
diện dây thứ cấp là:
Q2 _ 1 =

I 2 _1
J

0,6
= 0,3 mm 2
2

=

Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q 2 _ 1 =0,3019 tơng đơng với đờng kính d 2 _ 1 = 0,62 mm
Số vòng cuộn thứ cấp biến áp của khối công suất :
W2 _ 2 =

U2_2
N

=

10
= 156 (vòng)
0,064

Chọn mật độ dòng điện thứ cấp là J=2A/mm 2 .Thiết
diện dây thứ cấp là:
Q2 _ 2 =

I2_2
J

=

1
= 0,5mm 2
2

Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q 2 _ 2 =0,5027 tơng ứng với đờng kính d 2 _ 2 =0,8mm
Số vòng cuộn thứ cấp biến áp khối đồng pha :
W2 _ 3 =

U2_3
N

=

12
= 188 (vòng)
0,064

Chọn mật độ dòng điện thứ cấp là J=2A/mm 2 .Thiết
diện dây thứ cấp là:
Q2 _ 3 =

I2_3
J

=

0,1
= 0,05mm 2

2

Chän d©y chn cã thiÕt diƯn d©y là: Q 2 _ 2 =0,05726tơng ứng với đờng kính d 2 _ 2 =0,27mm

Tính toán phía sơ cấp biến ¸p
- 25 -