Đồ án Tìm hiểu, thiết kếnguồn hàn một chiều ding bộchỉnh lưu có : Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -1- LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển nền kinh tế của mỗi quốc gia phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ gới hóa và tự động hóa trong các quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất công nghiệp hiện đại sự cơ giới hóa và tự động hóa giúp nâng cao năng suất lao động và chất lợng sản phẩm. Một trong những vấn đề đang được các nhà sản xuất rất quan tâm hiện nay là việc ghép nối các chi tiết với nhau để cấu thành sản phẩm. Trong tất cả các phơng pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phơng pháp hàn điện có nhiều ưu điểm hơn tất cả và đáp ứng được hầu hết các yêu cầu của các nhà sản xuất . Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện đã xuất hiện và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, chế tạo máy ,vận tải, xây dựng nông nghiệp ...và trở thành một phần tất yếu không thể thiếu . Một trong những phương pháp nâng cao chất lượng của các mối hàn là sử dụng máy hàn hồ quang một chiều để hàn. Đề tài tốt nghiệp trong cuốn đồ án này là tìm hiểu, thiết kế nguồn hàn một chiều ding bộ chỉnh lưu có : Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V. Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thày giáo Đỗ Trọng Tín em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao và rút ra những vấn đề cần thiết về hàn điện với các phương pháp sử dụng hợp lí và kinh tế . Nội dung của đồ án được trình bày theo sáu chương : - Chương I : Giới thiệu chung về hàn điện . - Chương II : Tính chọn phương án . - Chương III : Tính toán thiết kế mạch lực . - Chương IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển . - Chương V : Thi công lắp ráp mạch điều khiển . - Chương VI : Kết luận . Trong quá trình tìm hiểu ,nghiên cứu và thực hiện đồ án này em đã cố gắng trình bày những vấn đề về hàn điện nói chung và máy hàn một chiều nói riêng. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -2- Nhưng vì thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài có hạn cùng với kinh nghiệm , kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong thày giáo hướng dẫn cùng các thày cô giáo trong khoa Điện góp ý , giúp đỡ em củng cố kiến thức của mình và rút ra những bài học kinh nghiệm quí báu để cho những lần sau em thực hiện tốt hơn. Em xin được chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thiên Huy . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -3- Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HÀN ĐIỆN I. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ HÀN ĐIỆN : Trong tất cả các phương pháp ghép nối các chi tiết với nhau thì phương pháp hàn điện có nhiều ưu việt hơn tất cả. Chính vì vậy mà ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp , xây dựng , chế tạo máy ... và hàn điện đã trở thành một phần tất yếu không thể thiếu. Phương pháp hàn điện có những ưu điểm nổi bật sau : + Khả năng ghép nối các chi tiết cao với chất lượng mối hàn tốt . + Chi phí sản xuất hạ , cho năng suất lao động cao . + Ít tiêu hao nguyên vật liệu . + Bảo vệ môi trường vệ sinh công nghiệp . + Công nghệ đơn giản, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao. I.1. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP HÀN ĐIỆN : Có thể phân loại các phương pháp hàn điện theo sơ đồ tổng quát sau: Hàn điện Hàn hồ Hàn tiếp xúc Hàn tay Hàn tự động Hàn đường Hàn điểm Hàn nối Dưới lớp trợ dung Trong ga bảo vệ Một điểm hai mặt Hai mặt một điểm Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -4- Hình I-1 : Phân loại các phương pháp hàn điện . I .2. HỆ SỐ TIẾP ĐIỆN CỦA NGUỒN HÀN: Máy hàn là loại máy làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại . Đặc trưng quan trọng của chế độ này là hệ số tiếp điện . Hệ số tiếp điện TĐ% của nguồn hàn hồ quang được tính theo công thức TĐ%= minmax max nglv lv tt t + 100% Trong đó : tlvmax : Là thời gian hàn hết một que hàn ( máy hàn tay) hoặc thời gian hàn hết một lô điện cực (máy hàn tự động). Đây là thời gian làm việc max tngmin : Là thời gian thay xong một que hàn hoặc một lô điện cực và mồi được cho hồ quang cháy lại .Đây là thời gian nghỉ ngắn nhất . Để đảm bảo tuổi thọ cho máy thì khi vận hành phải luôn đảm bảo : Ih2.TĐ% = Ihđm2.TĐđm% =const Trong đó Ihđm và TĐđm% là các thông số có ghi trên nhãn máy. II. HÀN HỒ QUANG : Hàn hồ quang là phương pháp hàn sử dụng hiện tượng hồ quang điện. Hàn hồ quang được dùng với các phương pháp hàn bằng tay, hàn tự động hoặc bán tự động . II. 1. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI NGUỒN HÀN HỒ QUANG : Nguồn hàn hồ quang có thể sử dụng là nguồn một chiều hoặc nguồn xoay chiều nhưng phải đáp ứng được các yêu cầu sau : * Điện áp không tải phải đủ lớn để mồi được hồ quang : +Đối với nguồn hàn một chiều : Khi cực từ là kim loại yêu cầu : Uomin=(30÷40) v Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -5- Khi cực từ là than yêu cầu : Uomin=(40÷50) v. +Đối với nguồn xoay chiều yêu cầu : Uomin=(50÷60) v . * Đảm bảo an toàn khi vận hành nhất là ở chế độ ngắn mạch .Khi đó dòng ngắn mạch lớn có thể gây cháy dây hàn. Dòng ngắn mạch : Inm=(1,2÷1,4)Iđm. * Nguồn hàn phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho máy hàn. * Phải đảm bảo điều chỉnh được dòng hàn vì dòng hàn phụ thuộc vào đường kính que hàn. Dòng hàn được tính theo công thức sau : Ih=(40÷60)d. Trong đó: Ih : Dòng điện hàn: tính bằng (A). d : Đường kính que hàn : tính bằng (mm). * Đường đặc tính vôn_ampe của nguồn hàn phải phù hợp với từng phương pháp hàn: +Đối với phương pháp hàn hồ quang bằng tay thì đường đặc tính ngoài yêu cầu phải dốc (mềm) :đường 1 +Đối với phương pháp hàn hồ quang tự động thì đường đặc tính ngoài yêu cầu phải cứng : đường 2 (2) I®m2 I®m3 (1) (3) h Ih I®m1 o O U Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -6- Hình I-2 : họ đặc tính ngoài của nguồn hàn hồ quang . *Điện thế của nguồn hàn phải thay đổi nhanh theo chiều dài của hồ quang khi chiều dài hồ quang tăng lên nó phải tăng lên, khi chiều dài hồ quang giảm đi nó phải hạ thấp xuống . II.2. CÁC NGUỒN HÀN HỒ QUANG : Quá trình hàn hồ quang gồm có các công việc : + Đốt cháy hồ quang . + Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tuỳ theo sự nóng chảy vật hàn . + Giữ cho hồ quang cháy ổn định với một chiều dài nhất định. + Di chuyển que hàn theo đường hàn . Đường đậc tính nguồn hàn như sau: h Ih oU I®m3 (3) Imåi hq 20 30 40 50 60 70 Hình I- 3 : Đường đặc tính nguồn hàn . Có hai loại nguồn hàn hồ quang : nguồn hàn hồ quang xoay chiều và nguồn hàn hồ quang một chiều. II.2.1. Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều: Khi hàn bằng điện xoay chiều người ta thường sử dụng biến áp hàn vì : +Dễ chế tạo, giá thành hạ . +Có thể tạo ra được dòng điện hàn lớn khoảng : 500÷2000 A. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -7- Biến áp hàn thường có hai kiểu : II.2.1.a> Biến áp hàn (BAH) có cuộn kháng ngoài : Thường là máy biến áp hạ áp một pha, ở mạch thứ cấp có mắc nối tiếp một cuộn phản kháng : a W1 W2 Wck H×nh I-4: S¬ ®å nguyªn lÝ MBAH cã cuén kh¸ng ngoμi Cuộn kháng mắc nối tiếp với mạch thứ cấp của BAH có nhiệm vụ hạ thấp điện thế của BAH đến một trị số cần thiết để phát sinh hồ quang. Khi ngắn mạch ở mạch hàn cuộn kháng thu lấy điện thế thứ cấp của BAH để giảm dòng ngắn mạch xuống. II.2.1.b > Máy biến áp hàn kiểu hỗn hợp : Máy biến áp hàn có cuộn kháng liên hệ trực tiếp với mạch từ chính: Sơ đồ nguyên lí : a W2W1 H×nh I-5: S¬ ®å nguyªn lÝ MBAH kiÓu hçn hîp. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -8- Với cả hai phương pháp trên để điều chỉnh dòng hàn ta thay đổi khe hở (a) khi khe hở (a) tăng thì từ trở của mạch từ tăng, từ thông giảm đi, điện tự cảm và trở kháng của nó giảm đi dòng điện hàn tăng lên và ngược lại : U2=Uhq +Uck +Trong khi làm việc dòng I2 tăng thì Uck cũng tăng làm Uhq giảm. +Khi ngắn mạch : I2=Inm ;Uhq=0. Kết quả khi điều chỉnh (a) cho ta họ đường đặc tính như sau : a a a 0 I I U 2 31 I I Ih h < < I II 0 (1) (2) (3) a1 a2 a 3 0 U01 U02 U03 u a a a2 31< < a3a2a1 nm1 nm2 nm3 nm1 nm2 nm3 Hình I-6: Họ đặc tính khi điều chỉnh khe hở (a)cuộn khử từ. II.2.2. Các nguồn hàn hồ quang một chiều : Nguồn hàn hồ quang một chiều được sử dụng cấp cho các máy hàn hồ quang tự động, bán tự động hoặc bằng tay. Có hai loại nguồn hàn một chiều : +Dùng máy phát hàn một chiều . +Dùng bộ chỉnh lưu biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều cấp cho máy hàn . II.2.2.a.> Máy phát hàn một chiều : Các máy phát hàn một chiều phải đáp ứng đượcyêu cầu là phải tạo ra họ đặc tính ngoài dốc cho phương pháp hàn bằng tay và mềm cho hàn tự động. có thể sự dụng các loại máy phát hàn một chiều sau: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -9- a.1> máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ độc lập và cuộn khử từ mắc nối tiếp : Sơ đồ nguyên lí : + - w2 f w1u 2 cm 1 VR +- w1: Cuén kÝch tõ ®éc lËp. w2: Cuén khö tõ nèi tiÕp. +Cách 1 : Thay đổi số vòng dây của cuộn W2 bằng chuyển mạch CM. Đây là phương pháp điều chỉnh thô, dòng điện sẽ thay đổi đột ngột (nhảy cấp ) do vòng dây W2 sẽ thay đổi đột ngột:(hình :I-7a) +Cách 2 : Thay đổi dòng kích từ Ikt của W1bằng chiết áp VR1. Đây là phương pháp điều chỉnh tinh dòng điện sẽ thay đổi tuyến tính liên tục : (Hình : I- 7b) ww i 0 0 u i i i iu u u i i i < < H×nh :1-7a H×nh :1-7b kt3 kt2 kt1 03 02 01 0 u u h h 2221 iiiii nm2 nm3nm1 kt3kt2kt1 nm2nm1 w > w 2221 Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -10- HìnhI-7 : Họ đặc tính ngoài và đặc tính điều chỉnh của máy hàn một chiều. 10a.2> Máy phát hàn một chiều có cuộn kích từ song song cuộn khử từ nối tiếp : Sơ đồ nguyên lí : f + rv w1 2 w2 cm 1 w1: Cuén kÝch tõ. w2: Cuén khö tõ . H×nh vÏ : I-8 Phương pháp điều chỉnh và họ đặc tính ngoài tương tự như mục :a.1> a.3> Máy phát hàn một chiều có cực từ rẽ: Để điều chỉnh dòng hàn ta điều chỉnh VR. Khi đó ta điều chỉnh được cả dòng kích từ trong cuộn kích từ chính W1 và cuộn phụ W2 . Tạo ra đường đặc tính ngoài dốc. Sơ đồ nguyên lí : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -11- F W1 W2 VR A C Z - + a.4> Nhận xét : Mặc dù có một số ưu điểm nhưng khi sử dụng máy phát hàn một chiều để hàn hồ quang thường gặp những khó khăn sau : + Quá trình điều chỉnh khá phức tạp .Đối với những máy có công suất lớn đôi khi phải sủ dụng những động cơ riêng để khởi động và điều chỉnh. +Gây tiếng ồn lớn khi làm việc , không an toàn khi vận hành . +kích thước kồng kềnh , cần bảo dưỡng luôn luôn dẫn đến chi phí vận hành cao trong khi hiệu suất lại không cao . Ngày nay do ứng dụng tiến bộ KHKT điện tử dẫn đến sự phát triển của công nghiệp và khả năng tự động hóa trong sản xuất mà các máy phát hàn ít được sử dụng và dần bị thay thế trong các nhà máy, xí nghiệp thay vào đó là các loại máy hàn sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lưu. II.2.2.b.> Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu : *Cấu tạo : gồm hai bộ phận chính : Máy biến áp hàn và bộ chỉnh lưu. +Máy biến áp hàn : là loại máy biến áp đặc biệt chuyên dụng tạo ra điện áp nhỏ và dòng điện lớn .Công suất lớn . +Bộ chỉnh lưu : có thể sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu một pha hoặc ba pha ; đối xứng hoặc không đối xứng .Ta thường sử dụng các sơ đồ chỉnh lưu sau: + Cầu một pha có điều khiển . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -12- + Cầu ba pha có điều khiển đối xứng hoặc không đối xứng . + Sơ đồ tia ba pha có điều khiển . + Sơ đồ sáu pha hình tia. II. hàn hồ quang tự động . Quá trình hàn gồm có các công việc : +Đốt cháy hồ quang . +Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tùy theo sự nóng chảy . +Giữ cho hồ qang cháy với một chiều dài nhất định . +Di chuyển que hàn theo đường hàn . Hàn tự động thì tất các công việc trên đều được thực hiện bằng máy móc . Hàn nửa tự động thì một số công việc được thực hiện bằng máy một số được thực hiện bằng tay . Hàn hồ quang tự động được dùng đặc biệt trong các ngành chế tạo tàu biển, máy bay , nồi hơi , ... với chất lượng mối hàn tốt , ngọn lửa hồ quang cháy ổn định và chống xâm thực của không khí vào mối hàn. *Trong máy hàn có hai hệ thống truyền động riêng biệt : +Hệ truyền động đẩy điện cực vào vùng hàn:Sử dụng hệ máy phát_ Động cơ hoặc hệ bộ biến đổi tiristor _Động cơ ( T _ Đ ). +Hệ truyền động di chuyển xe hàn. *Các hệ truyền động trên máy hàn hồ quang tự động yêu cầu điều chỉnh tốc độ êm , phạm vi điều chỉnh tốc độ tới D=10:1. III. hàn tiếp xúc . Hàn tiếp xúc là phương án lợi dụng hiệu ứng nhiệt của dòng điện chảy qua điểm tiếp xúc giữa hai tấm kim loại để tạo ra sự dính kết giữa hai tấm kim loại . Có ba cách hàn tiếp xúc điển hình : + Hàn điểm : để hàn các tấm kim loại mỏng . + Hàn nối : để hàn ống hoặc thanh . + Hàn đường : để hàn các thùng chứa . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -13- Yêu cầu đối với nguồn hàn : Phải có máy biến áp đặc biệt với : +Nguồn sơ cấp : 380 v ; 50 Hz ; S= (25 ÷50)KVA +Thứ cấp : (1,8÷36 )v . +Dòng hàn : Ih ≥ 10 .103 A. + Phạm vi điều chỉnh dòng hàn rộng : D=10÷1. Có hai cách điều chỉnh dòng hàn : +Dùng biến áp hàn tự ngẫu có thể thay đổi số vòng dây cuộn sơ cấp. +Dùng bộ điều áp xoay chiều tiristor. Chương II: tính chọn phương án I . nhận xét chung : Ngày nay với trình độ khoa học ngày càng hiện đại, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật vào trong sản xuất ngày càng được mở rộng. Trong đó các máy hàn điện dùng các bộ chỉnh lưu được ưu tiên sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, và đã đáp ứng được các sản xuất và đổi mới công nghệ . Việc dùng các bộ chỉnh lưu có các ưu điểm nổi bật sau : +Có thể tạo ra bộ nguồn có công suất lớn . +Tổn thất điện áp bé : 1,5V. +Độ nhạy của hệ thống cao vì quán tính từ bé.Độ ổn định dòngvà áp cao +Hiệu suất cao, không gây ồn ào, chi phí vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa thấp . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -14- +Kích thước bé nên thuận lợi khi làm việc ở những nơi cần di chuyển có chấn động . Tuy nhiên các bộ chỉnh lưu cũng có những hạn chế sau: +Chi phí đầu tư ban đầu lớn . +Đòi hỏi người sử dụng phải có một trình độ nhất định . Hệ thống chỉnh lưu được chia thành nhiều loại: +Một pha hoặc ba pha . +Đối xứng hoặc không đối xứng . +Có điều chỉnh hoặc không có điều chỉnh. Tuy nhiên trong phạm vi đề tài này em xin trình bày ba phương án dùng bộ chỉnh lưu có thể dùng khi thiết kế nguồn hàn một chiều sau: +Dùng sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển . +Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển không đối xứng . +Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển đối xứng. II. phương án 1 :Dùng bộ chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển: II. 1. Sơ đồ nguyên lí : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -15- II. 3. Các thông số của mạch : +Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lưu: Ud = απωπ απ α CosUtdtSinU 22 2221 =∫+ ; +Giá trị dòng trung bình ra tải : Id = d d R U ; +Trị số dòng trung bình qua các tiristor : Iv = 2 dI ; +Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA: I2 = dI22 π ; +Công suất một chiều trên tải : Pd = 0,9.U2.Id ; +Công suất tính toán của MBA: Sba = 1,23.Pd ; Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -16- +Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các tiristor : Ungmax =1,41.U2 ; II.4. Nhận xét : a>Ưu điểm : +Sơ đồ mạch lực đơn giản dùng hết ít tiristor; +MBAlà loại một pha có công suất MBA so với suất một chiều nằm trong giớ hạn cho phép ; giá thành thấp. +Điện áp đặt lên các tiristor là thấp , mạch làm việc ổn định . b>Nhược điểm : +Khả năng điều chỉnh điện áp kém. +Công suất đạt được là thấp do chỉ sử dụng một pha dòng điện nên dễ gây mất đối xứng lưới điện . c>Phạm vi ứng dụng : Sơ đồ chỉng lưu cầu một pha thường được sử dụng đối với những máy hàn có công suất nhỏ yêu cầu về điều chỉnh dòng điện không cao, yêu cầu chất lượng mối hàn không cao . III . phương án 2 :Dùng bộ chỉnh lưu cầu có điều khiển ba pha không đối xứng: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -17- III.3. Các thông số của mạch : +Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lưu: Ud = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + 2 163 2 α π CosU ; +Giá trị dòng trung bình ra tải : Id = d d R U ; +Trị số dòng trung bình qua các tiristor : Iv = 3 dI ; +Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA: I2 = dI3 2 ; +Công suất một chiều trên tải : Pd = 2,34.U2.Id ; Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -18- +Công suất tính toán của MBA: Sba = 1,05.Pd ; +Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các tiristor, điôt : Ungmax = 6 .U2 ; III.4. Nhận xét : a>Ưu điểm : +Sơ đồ mạch lực đơn giản dùng cả điôt và tiristor; +Dùng ba tiristor nên mạch điều chỉnh đơn giản ; +Điện áp ra ít đập mạch chất lượng điện áp tương đối tốt; b>Nhược điểm : +Khả năng điều chỉnh điện áp không cao ; +Sử dụng máy biến áp ba pha nên giá thành tương đối cao ; +Điện áp ngược đặt lên các van lớn nên phải có mạch bảo vệ ; c>Phạm vi ứng dụng : Sơ đồ chỉng lưu cầu ba pha không đối xứng thường được sử dụng đối với những máy hàn có công suất trung bình, lớn, có chất lượng khá tốt, giá thành vừa phải . IV . phương án 3: Dùng bộ chỉnh lưu cầu có điều khiển ba pha đối xứng: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -19- IV.3. Các thông số của mạch : +Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lưu: Ud = απ CosU 2 63 ; +Giá trị dòng trung bình ra tải : Id = d d R U ; +Trị số dòng trung bình qua các tiristor : Iv = 3 dI ; +Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA: I2 = dI3 2 ; Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -20- +Công suất một chiều trên tải : Pd = 2,34.U2.Id ; +Công suất tính toán của MBA: Sba = 1,05.Pd ; +Điện áp ngược lớn nhất đặt lên các tiristor : Ungmax = 6 .U2 ; III.4. Nhận xét : a>Ưu điểm : +Sơ đồ mạch lực dùng hết nhiều tiristor nhất trong ba phương án nên việc thiết kế mạch điều khiển sẽ phức tạp nhất ; +Điện áp ra ít đập mạch, khả năng điều chỉnh dòng tốt chất lượng điện áp ra cao ; b>Nhược điểm : +Sử dụng máy biến áp ba pha nên giá thành tương đối cao ; +Điện áp ngược đặt lên các van lớn nên phải có mạch bảo vệ ; c>Phạm vi ứng dụng : Sơ đồ chỉng lưu cầu ba pha đối xứng thường được sử dụng đối với những máy hàn có công suất trung bình, lớn, có yêu cầu cao về điều chỉnh dòng hàn. Thực chất đây là một phương án tốt . IV. lựa chọn phương án thiết kế mạch lực: Với yêu cầu của đề tài là thiết kế máy hàn một chiều có : +Điện áp tải : Ud =70 V ; +Dòng hàn cực đại : Ihmax =400 A ; Qua quá trình phân tích ba phương án chỉnh lưu ở trên. Để đảm bảo các yêu cầu về nguồn hàn, đảm bảo tính thông dụng và kinh tế trong quá trình chế tạo em quyết định chọn phương pháp chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng để thực Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -21- hiện đề tài thiết kế máy hàn hồ quang một chiều theo yêu cầu của đề tài. Đây cũng là nội dung chính của đồ án này . Chương II: tính toán thiết kế mạch lực I. Sơ đồ mạch lực : Qua quá trình phân tích lựa chọn phương án thiết kế trong chương II ta xây dựng được sơ đồ mạch lực như sau : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -22- Trong sơ đồ có sử dụng : +AT:(Aptômát) Dùng để đóng cắt ngồn, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp MBA. +CK : (Cuộn kháng điện ) là cuộn kháng có lõi thép dùng để hạn chế dòng ngắn mạch . +Rsh: (Shunt điện trở) thực hiện phản hồi âm điện áp để điều chỉnh dòng điện và bảo vệ quá tải . +BAH :(Biến áp hàn) Là máy biến áp ba pha có sơ đồ đấu dây Δ/Y làm mát bằng không khí . +Bộ chỉnh lưu : Dùng chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -23- II. tính toán máy biến áp : Yêu cầu : +Điện áp ra của chỉnh lưu : Ud = 70 V; +Dòng điện hàn cực đại : Ihmax= 400 A; Điện áp chỉnh lưu khi không tải : Udo=Ud + ΔUd Trong đó : ΔUd =ΔUba + ΔUv + ΔUck ΔUv : Sụt áp trên van dẫn ở đây gồm một tiristor và một điốt : ΔUv =2 V; ΔUck : Sụt áp trên điện kháng : ΔUck =10%Ud =10%.70 = 7V; ΔUba : Sụt áp bên trong máy biến áp thường lấy : ΔUba =(5% ÷ 10%)Ud ; Chọn : ΔUba =5%Ud= 5%.70 =3,5 V; Vậy : ΔUd = 3,5 + 2 + 7 = 12,7 V ; Suy ra : Udo =70 +12,5 =82,5 V ; II.1) Các thông số cơ bản của máy biến áp: Ta có công thức : Ud = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + 2 163 2 α π CosU ; Chọn góc mở α = 300 ứng với giá trị Udmax. * Điện áp thứ cấp : U2 = )1(63 2. α π Cos U d + = )35cos1(63 .2.7,82 0+ π = 39 (V) * Giá trị hiệu dụng dòng thứ cấp biến áp : I2 = dI3 2 = 0,816 . 400 = 326,4 A Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -24- * Công suất tải : Pd =Udo.Id =82,7.400 = 33KVA * Công suất máy biến áp :Sba=1,05 . Pd = 1,05 .33 =35KVA * Điện áp sơ cấp máy biến áp :U1=380 V * Hệ số biến áp : Kba =U2/U1 = 39/380 =0,103 * Dòng sơ cấp biến áp :I1 = Kba.I =326,4 .0,103 =33,5 (A) II.2) Tính toán các kích thước chủ yếu của MBA lực : II.2.a) Tính toán mạch từ: *Tiết diện trụ : được tính theo công thức : Q = k. fm Sba . Trong đó : +k: Hệ số phụ thuộc vào phương thức làm mát .Thường k=5÷6. Ta chọn k=6. +Sba: Công suất máy biến áp (VA) : Sba=35000VA. +m: Số trụ : m=3. +f: Tần số dòng xoay chiều : f=50 Hz Thay số : Q = 6. 50.3 35000 =92 cm. Với máy biến áp có công suất Sba =35 KVA có thể thiết kế loại trụ hình chữ nhật như sau : a: Chiều rộng trụ . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -25- b: Chiều dày trụ . h: Chiều cao trụ. Ta có : Q = a.b Để đảm bảo về mặt kĩ thuật ta chọn a/b = 1,25. Ta được : a=8,5cm. b = 10,8cm. Tiết diện trụ tính lại : Q=a.b = 8,5.10,8 = 91,8cm . *Chiều cao trụ : Tính theo công thức kinh nghiệm : h = β ππ Q.4. ; Trong đó : Q: Tiết diện hiệu quả của trụ . β : hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của MBA . Thường lấy β=1,15÷ 1,35. Ta chọn β=1,35. Vậy : h = 35,1 14,3 8,91.4.14,3 = 25cm. Mạch từ của máy biến áp gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép lại. Ta chọn loại thép cán nguội mã hiệu 3404 do nga sản xuất có hàm lượng silic cao . Tra theo bảng 45- tài liệu thiết kế MBA điện lực - Phan tử Thụ ta có các thông số sau : +Suất tổn hao sắt : p =0,675 W/Kg. +Mật độ từ cảm : B = 1,2 tesla. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -26- +Bề dày lá thép : 0,35 mm. + Tỉ trọng thép : γFe =7,65 Kg/dm3. * Trọng lượng trụ : GT = m . Q . γFe . h . 10-3 (Kg) . = 3 .91,8 .7,65 .25 .10-3 = 52,7 Kg. Các lá thép được dập hình chữ I và ghép theo sơ đồ : Sau khi ghép mạch từ có dạng : ở đó : b’ =b . k = 10,8 .1,05 = 11,3 cm . k : Hệ số ép chặt. II.2.b) Tính toán dây quấn : *Điện áp một vòng dây : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -27- Uv = 4,44 . B . Q .f . 10-4 (v). Trong đó : +B : Mật độ từ cảm : B = 1,2 tesla. +Q: Tiết diện của trụ: Q = 91,8cm. +f: Tần số dòng xoay chiều : f=50 Hz. Thay số : Uv = 4,44 . 1,2 . 91,8 . 50 . 10-4 = 2,4 V. (1).Dây quấn thứ cấp : *Số vòng dây một pha cuộn thứ cấp : W2 = 4,2 392 = vU U = 17 vòng . +Chọn mật độ dòng điện là : J = 2,5 A/mm2. *Tiết diện dây quấn thứ cấp : S2= == 5,2 4,3262 J I 130,56 (mm2). Chọn dây quấn MBA co tiết diện hình chữ nhật có bọc sợi thủy tinh để cách điện . Mã hiệu dây ΠC do nga sản xuất . Tra theo bảng 22- tài liệu thiết kế MBA điện lực Phan tử Thụ ta được : +Tiết diện dây : 3,15 x 20 x 2 (mm). Kể cả cách điện : 3,56 x 20,5 x 2 (mm). +Tỷ trọng đồng : cuγ =8,9 Kg/dm3. *Số vòng dây một lớp cuộn thứ cấp : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -28- W21 = 1095,005,2 1.225. .2 2 =−=− xk b hh c a vòng. Trong đó : +ha=1cm: Cách điện với gông. +b2 = 2,05cm: kích thước dây. +kc =0,95 : hệ số ép chặt . *Số lớp : n2= == 10 17 ¦ 21 2 W W 1,7 → cuộn thứ cấp có hai lớp : 10vòng +7vòng. *Bề dày