Đồ án Tìm hiểu, thiết kế nguồn hàn một chiều ding bộ chỉnh lưu có : Ihmax= 400 A ; Udmax= 70V

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 cuộn thứ cấp : Bd2= 2.(2.3,65)+0,5 =15,1mm =1,51cm. +Cách điện giữa hai lớp dây:0,5mm. +Bề dày khuân quấn dây: 1mm. Do sai số khi dập lá thép nên khuân quấn cần rông hơn mạch từ .Chiều rộng về cả hai bên:1+1=2mm. Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp :=1+1+0,5 =2,5mm = 0,25cm. *Chu vi trung bình cuộn thứ cấp : Ctb2 = 2.[(8,5 + 2.0,25 + 1,51 ) +(11,3 +2.0,25 +1,51)] =47,64 cm. *Chiều dài dâyquấn cuộn thứ cấp: l2 = W2 . Ctb2 .2 = 17 . 47,64 . 2 = 1619,76cm =16,2m. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -29- (2). Dây quấn sơ cấp : *Số vòng dây một pha cuộn sơ cấp : W1 = 4,2 3801 = vU U = 158 vòng. *Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp : S1 = 21 4,135,2 5.33 mm J I == Chọn dây quấn sơ cấp : 2 x 7,1 (cm). Kể cả cách điện : 2,5 x 7,6 (cm). *Số vòng dây một lớp cuộn sơ cấp : W11 = 95,076,0 1.225 − =28 vòng. *Số lớp : n1 =158/28 =5,6. → phải có 6 lớp :(5x28vòng)+(1x18vòng). *Bề dày cuộn sơ cấp : Bd1 = 6.2,5 + 5.0,5 =17,5mm =1,75cm. +Cách điện giữa hai lớp dây:=0,5mm. +Cách điện giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp: a12=1cm. *Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : = 2,5 + 15,1 + 10 = 27,6mm. *Chu vi trung bình cuộn thứ cấp : Ctb1 = 2.[(8,5 + 2.2,76 + 1,75 ) +(11,3 +2.2,76 +1,75)] =68,68 cm. *Chiều dài dây quấn cuộn thứ cấp: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -30- l1 = W1 . Ctb1 = 158 . 68,68 = 10851cm = 109 m. +Khoảng cách cách điện ngoài cùng của các cuộn dây của các pha là : a22 = 1,5 cm. *chiều rộng cửa sổ : c = (2,76 + 1,75 ).2 + 1,5 = 10,5 cm. (3). Kích thước các lá thép : Mạch từ MBA gồm ba loại lá thép : 1 ; 2 ; 3; như đánh dấu trên hình vẽ. *Lá 1 : +Kích thước : h x a = 25cm x 8,5cm. +Số lượng : = 35,0 b . 3 = 35,0 8,10 . 3 = 93 lá. *Lá 2 : +Kích thước : L2 x a = (2c +a) = 29,5cm x 8,5cm. +Số lượng : = 35,0 b .1 = 35,0 8,10 .1 = 31 lá. *Lá 3: +Kích thước :L3 x a = (c + a) x a = 19cm x 8,5cm. +Số lượng : = 35,0 b x 2 = 35,0 8,10 .2 = 62 lá. II.2.c). Trọng lượng máy biến áp: *Trọng lượng khối lá thép 2 : Gg2 = 1 x (L2 x a x b) x γFe x 10-3 =29,5 . 8,5 . 10,8 . 7,65 . 10-3=20,7 Kg. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -31- *Trọng lượng khối lá thép 3 : Gg3= 2x(L3x a x b) x γFe x 10-3 = 2 .19,85 .8,5 .10,8.7,65. 10-3=26,7 Kg. *Trọng dây quấn cuộn sơ cấp : Gd1 = 3 x (l1 x 0,2 x 0,71) x γCu x 10-3 = 3. ( 10900 . 0,2 . 0,71 ) . 8,9 . 10-3 = 41,3 Kg. * Trọng lượng dây quấn cuộn thứ cấp : Gd1 = 3 x (l2 x 0,315 x 2,05) x γCu x 10-3 = 3. ( 1620 . 0,315 . 2,05 ) . 8,9 . 10-3 = 28,4 Kg * Trọng lượng máy biến áp: Gba = GT + Gg2 + Gg3 + Gd1 + Gd2 = 52,7 + 20,7 + 26,7 + 41,3 + 28,4 = 169,8 Kg ≈170 Kg. II.3. Tính toán ngắn mạch: II.3.a) Tổn hao ngắn mạch : *Tổn hao đồng trong dây cuốn sơ cấp : ΔPCu1 = 2,4 . J12 . Gd1 = 2,4 . 2,52 . 41,3 = 620 W. Trong đó : J1 = 2,5 A/mm2 Mật độ dòng điện. Gd1 = 41,3 Kg Trọng lượng dây sơ cấp . *Tổn hao đồng trong dây cuốn thứ cấp : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -32- ΔPCu2 = 2,4 . J22 . Gd2 = 2,4 . 2,52 . 28,4 = 426 W. *Tổng tổn hao đồng : ΔPCu1 = ΔPCu1 + Δ PCu2= 620 + 426 = 1046 (W). *Các tổn hao phụ : Theo công thức kinh nghiệm: ΔPt = 10.K .S = 10 . 0,01 . 35 =3,5 (W). Trong đó : +K=0,01 hệ số kinh nghiệm . +S=35 KVA. *Tổn hao ngắn mạch của máy biến áp : ΔPn = ΔPCu1 . Kf1 + ΔPCu2 . Kf2 + ΔPt = 620 . 1,05 + 426 . 1,05 + 3,5 = 1101,8 (w). Trong đó : Kf1 = Kf2 = 1,05 là các hệ số. Thường lấy từ 1,01 đến 1,05. II.3. b.) Điện áp ngắn mạch : *Thành phần ngắn mạch tác dụng : Unr = S.10 nΔΡ % = 35.10 8,1101 % = 3,15%. *Thành phần ngắn mạch phản kháng : Unx = 2 310......9,7 V RRt U KaSf −β % Trong đó : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -33- +St :Dung lượng trên một trụ. St= Sba = 35/3 (KVA). +KR : Hệ số Ragowski : KR = 0,93 0,98 . Ta chọn KR = 0,95. +β = 1,35. +aR : Chiều rộng qui đổi từ trường tản : aR= a12 + 3 21 dd BB + =10 + 3 5,171,15 + = 20,8(mm) Thay số : =2,08(cm). Unx = 32 10.95,0.4,2 08,2.35,1).3/35.(50.9,7 − = 2,13% *Điện áp ngắn mạch toàn phần : Un% = 8,313,215,3 2222 =+=+ nxnr UU %. III. tính chọn van và các thiết bị bảo vệ : III.1. Tính chọn van : Việc tính chọn van phụ thuộc rất nhiều vào các thông số cơ bản của mạch lực và các điều kiện làm mát van vì điều kiện làm mát van có vai trò quyết định đến hiệu suất sử dụng van: +Làm mát tự nhiên bằng không khí : Hiệu suất : H = 25%. +Dùng cánh tản nhiệt được quạt mát với tốc độ gió 16 (m/s): H = 35%. +Cho dầu biến thế chảy qua cánh tản nhiệt : H = 95%. ở đây ta chọn phương thức làm mát thứ hai với : H = 35 % Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -34- *Điện áp ngược lớn nhất mà tiristor phải chịu : Ungmax = 6 . U2 = 6 . 39 = 95,5(V). *Điện áp ngược của van cần chọn là: Ungv = Kdtu . Ungmax = 1,4 . 95,5 = 133(V). Trong đó : Kdtu =1,4 là hệ số dự trữ điện áp . *Dòng điện làm việc của van: Ilv = 3 400 3 =dI =133,7 (A). *Dòng điện định mức của van cần chọn : Iđmv = =H KI dtIlv . 35 100.7,133.4,1 =534 (A). Trong đó: KdtI=1,4 hệ số dự trữ dòng. Chọn loại tiristor mã hiệu : ΤΠ - 630 - 3 do liên xô sản xuất có các thông số sau: *Điện áp ngược cực đại : Ungmax = 300 V. *Dòng điện định mức : Iđmv = 630 A. *Dòng điện xung điều khiển : Ig = 0,4 A. *Điện áp xung điều khiển : Ug = 8V. *Thời gian khóa : toff = 120μs *Tốc độ biến thiên điện điện áp : du/dt = 100 v/μs *Tốc độ biến thiên dòng điện : di/dt = 50 A/μs *Sụt áp trên van : ΔUT = 1 v. Chọn loại điot mã hiệu : B - 600 - 30.có các thông số: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -35- *Điện áp ngược cực đại : Ungmax = 300 V. *Dòng điện cực đại : Imax = 600 A. *Sụt áp trên điot : ΔUD = 1 V. Chọn điện trở và aptômat: ở đây: * RSh ta dùng loại sunt : 500A – 75 mV . * AT chọn loại : AT - 50 A . có: U = 600 V ; Imax = 50 A. III.2. Baỏ vệ van Các van bán dẫn rất nhậy cảm với điện áp quá lớn so với điện áp định mức ta gọi đó là quá diện áp . Có hai nguyên nhân gây nên sự quá diện áp : *Nguyên nhân bên ngoài : Do sự thay đổi đột ngột mạch điện cảm với các nguyên nhân ngẫu nhiên mhư : Cắt không tải với một máy bién áp trên đường dây, Khi có sấm sét ... *Nguyên nhân bên trong : Do sự tích tụ điện tích trong các lớp bán dẫn khi ta khóa Tiristor bằng điện áp ngược. Các điện tích này đổi ngược hành trình tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời gian rất ngắn (Có hình) Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -36- Sự thay đổi này làm giữa anốt và catốt của van xuất hiện quá điện áp : Để bảo vệ van khi quá điện áp ta dùng mạch RC đấu song song với van. Sơ đồ mạch bảo vệ van khi quá điện áp : Mạch này nhằm bảo vệ quá điện áp do tích điện khi chuyển mạch từ trạng thái mở sang trạng thái khóa gây nên : Uqđa=L.(di/dt). Do tải của ta có tính chất điện cảm nên khi có RC mắc song song với các van dẫn tạo ra mạch vòng phóng điện tích quá độ trong quá trình chuyển mạch van nên cac Tiristor không bị quá điện áp . Để xác định giá trị R,C ta trải qua các bước ; *Bước 1: Xác định hệ số quá điện áp : k = im imp Ub U . Trong đó : k là hệ số quá điện áp Uimp Giá trị cực đại của điện áp ngược đặt lên vai (Uimp của từng loại van được tra trong sổ tay tra cứu). Uim Giá trị cực đạ của điện áp ngựơc thực tế đặt lên van b hệ số dự trữ điện áp : b =1÷2 *Bước 2: Xác định các thông số trung gian: C*min(k) ; R*max(k) ; R*min(k) ; (sử dụng toán đồ hình ) *Bước 3: Tính: dt di max khi chuyển mạch. *Bước 4: Xác định điện lượng tích tụ: Q = f.(di/ dt) . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -37- (có thể sử dụng các đường cong trong sổ tay tra cứu) *Bước 5: Tính các thông số trung gian : C = C*min. imU Q2 R*min Q UL im 2 . ≤≤ R R*min Q UL im 2 . ; trong đó L là điện cảm của mạch R_L_C. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -38- iv. tính toán cuộn kháng điện Trong quá trình hàn dòng điện hàn sẽ tăng đột ngột từ giá trị I=0 đến giá trị Ih có thể làm hư hỏng các thiết bị có trong mạch .Để khắc phục điều đó ta dùng cuộn kháng điện mắc nối tiếp với mạch để hạn chế tốc độ tăng dòng.Khi dòng hàn tăng nhanh thì trong cuộn kháng xuất hiện một suất điện dộng tự cảm có chiều chống lại sự biến thiên của dòng điện nên làm giảm tốc độ tăng dòng . Có thể sử dụng cuộn kháng có lõi thép hoạc không có lõi thép.ở đây ta sẽ thiết kế cuộn kháng có lõi sắt. Các thông số : *Sụt áp trên cuộn kháng : Uck = 10% . Ud = 0,1 . 70 = 7 V. *Dòng điện qua cuộn kháng : Ick = Id = 400 A. *Công suất kháng điện : Sck = Uck . Ick = 7 . 400 =2800 (VA) = 2,8 KVA. *÷ết cấu mạch từ của cuộn kháng như sau : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -39- Dây quấn được quấn trên trụ T ở giữa : Có các thông số : *Diện tích trụ : Qck = (4 ÷ 6) fm Sck . =(4 ÷ 6) 50.1 2800 =(30 ÷ 40) cm2. Chọn tiết diện của trụ :Q=45 cm2. Hệ số điền đầy : k = 0,95. *Tiết diện hình học của trụ là: Qhh = Qck : k = 45 : 0,95 = 47,4 cm2. kích thước trụ : 6(cm) x 8(cm). Chọn mật độ từ cảm của trụ : BT = 0,7 tesla. *Điện áp trên một vòng dây cuộn kháng : Uvck = 4,44 . BT . Qck .f . 10-4 (v). = 4,44 . 0,7 . 45 . 50 . 10-4 = 0,7 V. *Số vòng dây cuộn kháng : Wck = Uck : Uvck = 7:0,7 = 10vòng. *Mật độ dòng điện qua cuộn kháng : J = 2,5 A/mm2 *Tiết diện dây cuốn : Sdck = Ick: J = 400 : 2,5 = 160 mm2 . Chọn dây quấn cuộn kháng bằng đồng kích thước : (4 x 18,5) x2 [cm]. kể cả cách điện : (4,5 x 19) x 2 [cm] sơ bộ chọn kích thước của cuộn kháng như sau : *Chiều cao trụ :hck = 10,5cm. Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -40- Dây quấn cuộn kháng chia thành hai lớp , mỗi lớp có 5 vòng dây. *Độ rộng cửa sổ: c = 4 (cm). *Chiều dài cuộn kháng: L= 2.c + 2.a/2 + a. =2.4 + 2.6/3 + 6 = 20 cm. *Xác định khe hở không khí : 4 ' 10..8,0 .. T ckck B KIW=δ = 410.7,0.8,0 1,1.400.10 =0,7 cm = 7mm. trong đó hệ số K’ =1,1 ÷ 1,2 xét đến từ thông rò khe hở không khí . (Ta chọn K’ = 1,1) Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -41- Chương III: tính toán thiết kế điều khiển Trên đây chúng ta mới thiết kế mạch lực cho máy hàn hồ quang một chiều dùng bộ chỉnh lưu . Để điều khiển được dòng điện của mạch lực ta phải đi xây dựng mạch điều khiển tức là phải đi xây dựng mạch điều khiển góc mở α của các Tiristor trong mạch lực. Trong chương này ta sẽ nghiên cứu cấu trúc của một mạch điều khiển và thiết kế mạch điều khiển cho sơ đồ mạch lực đã thiết kế trong chương II . i. yêu cầu đối với mạch điều khiển : Thiết kế mạch điều khiển là một khâu rất quan trọng khi thiết kế bộ chỉnh lưu Tiristor . Nó đóng vai trò chủ yếu qyết định đến chất lượng và đọ tin cậy bộ biến đổi . Một mạch điều khiển có các yêu cầu cơ bản sau : 1, Đảm bảo phát xung với đủ các yêu cầu để mở van : *Đủ biên độ Ur: thường xung điều khiển có biên độ từ 2 ÷ 10 V. *Đủ độ rộng xung tx : (tx = 200 μ s.). *Sườn xung ngắn : ts= 0,5 ÷ 1 μ s. Dạng xung điều khiển: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -42- 2, Đảm bảo tính đối xứng đối với các kênh điều khiển : Đối với các bộ biến đổi nhiều pha, nhiều van độ đối xứng xung điều khiển gữa các kênh sẽ quyết định chất lượng của hệ. Độ lệch cho phép ở các kênh khác nhau phải ở trong phạm vi từ 1o ÷ 3o ứng với cùng một giá trị điện áp điều khiển . Độ lệch pha của tín hiệu điều khiển đối với sơ đồ chỉnh lưu : 3, Đảm bảo cách li giữa mạch điều khiển và mạch lực . Có thể dùng biến áp xung để cách li giữa mạch lực và mạch điều khiển : Điện áp chịu đựng giữa sơ cấp và thứ cấp phải đạt được 1500 V ÷ 2000 V khi làm việc với điện áp lưới 3 x 380 V. sơ đồ biến áp xung : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -43- 4, Đảm bảo đúng qui luật thay đổi về pha của xung điều khiển : Đây là yêu cầu để đảm bảo phạm vi điều chỉnh của góc điều khiển α. Thông thường mạch điều khiển phải đảm bảo thay đổi được góc α từ 10o ÷ 170o . Giới hạn góc điều khiển α : Giới hạn góc điều khiển α : 5, Có thể hạn chế được phạm vi điều chỉnh góc α không phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp lưới . 6, Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử khác ỏ xung quanh . 7, Có khả năng bảo vệ quá áp, qúa dòng, mất pha ,... và báo hiệu khi có sự cố .Khi đó hệ thống phải nhanh chóng dừng phát xung điều khiển . 8, Đạt yêu cầu về độ tin cậy khi làm việc trong mọi điều kiện như : Nhiệt độ thay đổi , nguồn nhiễu tăng ... 9, Yêu cầu về lắp ráp vận hành : +Thiết bị dễ thay thế, lắp ráp và điều chỉnh . +Vận hành đơn giản và thuận tiện. +Các khối có khả năng làm việc độc lập . II.sơ đồ khối mạch điều khiển : Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ Án Tốt Nghiệp SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46 -44- Qua nghiên cứu tìm hiểu về các yêu cầu đối với mạch điều khiển sơ đồ chỉnh lưu dùng Tiristor ta có thể xây dựng sơ đồ mạch điều khiển như sau : Trong đó : +U