Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
ĐỀ TÀI
“ Thiết kế bộ nguồn cho máy hàn tự
dộng dùng thyristor đảm bảo được các yêu
cầu công nghệ’’
SV:Đinh Trọng Thuận
- 2 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội, các lĩnh
vực khoa học, kỹ thuật ứng dụng vào các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp điện tử
nói riêng, các thiết bị điện tử công suất được ứng dụng và được chế tạo ngày càng nhiều, đặc biệt là ứng
dụng vào các ngành kinh tế quốc dân và đời sống, làm cho yêu cầu về sự hiểu biết và thiết kế các loại
thiết bị này hết sức cần thiết đối với kỹ sư ngành điện
Cùng với sự phát triển của ngành điện tử công suất thì việc ứng dụng rộng rãi các loại máy hàn
vào công nghiệp là hết sức quan trọng nói một cách cụ thể hơn là đối với các ngành cơ khí chế tạo.
Để hiểu rõ được vai trò của điện tử công suất và các loại máy hàn trong đó có hàn tự động. Trong
bản đồ án môn học này được sự hướng dẫn của thầy Đỗ Mạnh Cường với đề tài :
“ Thiết kế bộ nguồn cho máy hàn tự dộng dùng thyristor đảm bảo được các yêu cầu công nghệ’’
Em có đưa ra một số phương án trình bày trong bản đồ án thiết kế. Tuy nhiên với sự hiểu biết và
những kiến thức đã học còn hạn chế nên bản đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót nhất
định.Em rất mong nhận được sự góp ý và chỉ bảo của các thầy cô giáo để bản đồ án của em được hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên
Đinh Trọng Thuận
- 3 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
Chương 1
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ
1.1.Nguyên lý của hàn một chiều

h
A
B
C
D
h
U
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
1.2. Cấu trúc máy hàn
Tùy theo nhu cầu sử dụng và tiêu chuẩn của nhà sản xuất nên cấu tạo các loại máy hàn cũng khác biệt nhau.Tuy nhiên
cấu tạo máy hàn có thể chia thành các phần chính sau:
- Nguồn điện có thể là xoay chiều AC hoặc một chiều DC được tạo ra từ bộ biến đổi
- Mỏ hàn và kẹp mass cùng cáp dẫn điện
- Bình khí và van điều áp có thể là khí Argon tinh khiết, Heli tinh khiết, CO2 tinh khiết, Hỗn hợp Argon + heli, Hỗn hợp
Argon + CO2
- Ngoài ra còn các bộ phận khác như vỏ, đồng hồ, làm mát, các nút điều khiển vv
1.3. Phân loại
a. Theo chế độ hàn người ta chia làm 2 loại
-Kiểu thường: dòng điện được khống chế theo dạng hình thang: có điểm tăng dòng, duy trì và giảm dần về không
-Kiểu có xung: cũng như trên nhưng dòng khống chế được điều chế một tần số nào đó. Độ rộng và chu kỳ cũng có thể
thay đổi cho phù hợp với vật
b. Phân loại theo kiểu máy : có 3 loại
-Máy dùng chỉnh lưu diode
-Máy dùng chỉnh lưu bằng thyristor
-Máy inveter
c. Phân loại theo dòng hàn: có 2 loại
-Máy hàn DC
Inveter AC >DC >AC >DC
Thyristor AC >DC
+- Máy hàn AC >DC >AC

Với đề bài cho : thiết kế bộ chỉnh lưu dùng cho máy hàn 1 chiều có các thông số :

U
vào
(v) U
d0
(v) I
đm
( A )
3x380 75 200
Sơ bộ ta có công suất một chiều P
d
= U
d
. I
d
=75 . 200=15000w
Theo các tài liệu cho thấy :
- Công suất > 5 KW ta dùng sơ đồ chỉnh lưu ba pha
- Đện áp một chiều ra tải cao > 30V nên dùng sơ đồ hình cầu
- 6 -
3
T
T
1
2
4
T
6
T

dd
==
3
d
TBV
I
I =
2max
.6UU
ng
=
max
.05,1
dba
PS =
( khi góc mở = 0 )Hình 2.2 Đồ thị điện áp
- 7 -
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế
2.3. Tính toán các tham số của sơ đồ
2.3.1 Phía nguồn:MBA ( chọn MBA ba pha ba trụ )
- Điện áp sơ cấp MBA: U
1
=3 X 380 (V)
- Công suất một chiều:

15000200.75.
0

VUU
dBA
75,375.05,0%5
0
===∆
∑
++−=∆−=→ )75,35,32,3(75
0
UUU
dd
=64,5 (V)
Với sơ đồ 3 pha có điều khiển ta có công thức sau: mà
α
cos 34,2
20
UU
d
=
0
.
arccoscos
d
d
dod
U
U
UU
α
α
αα

T
4
R
c
T
6
R
c
2
T
l
R
c
T
1
R
T
3
R
c
T
5
Vât han
R
s
u
phd
CD
AT
C

- Số vòng dây sơ cấp:
280
36,1
380
36,1
1
1
===
U
W
( vòng / vôn )
- Số vòng dây thứ cấp:
28
36,1
34
36,1
2
2
===
U
W
( vòng / vôn )
2.3.2.Phía mạch lực: tính toán chọn van
- Điện áp chỉnh lưu không tải :
)(75
0
VU
d
=
-Điện áp ngược đặt lên van là: U

DTI
= 2 vậy van phải
chịu được dòng điện là: : I
V
= K
DTI
. I
TBVAN
= 2.66,6 = 133,2 (A)
chọn thyristor T10-80 do nga chế tạo ( phụ lục 2trang 432 sách hướng dẫn thiết kế điện tử công suất của
thầy Phạm Quốc Hải ) với các thông số sau:
- U
max
= 1200V
- I
max
= 1200A
- ∆U

=2.7V
- I
gm
= 150 mA
- U
gm
=4 V
- dU/dt = 50 – 1000 V/µs
- di/dt = 40 - 200 A/µs
- T
off

điện tích khi chuyển mạch gây nên. Mạch RC đấu giữa các pha thứ cấp MBA là để bảo vệ quá điện áp do cắt không tải
MBA gây nên. Trong mạch bảo vệ quá điện áp ta chọn R=80Ω , C=0,25µF
2.4.Tính toán cuộn kháng lọc:
Với yêu cầu của điện áp hàn có K
đmv
=
23,0
30cos
1
.
*
=
dm
K
, hệ số san bằng của mạch lọc : K
sb
=
dmr
dmv
K
K
, với sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta có: K
đmr
= 0,057
⇒
K
sb
=
03,4
057,0

L
sb
ldm
d
==−
Π
==
−
vậy : điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc :
)(51,0 mHL =
dòng định mức chạy qua cuộn kháng: I
dm
=200 (A)
biên độ dòng xoay chiều bậc 1: I
1m
=10%I
dm
=20 (A)
do dòng điện cuộn kháng lớn và điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở cuộn kháng xấp xĩ điện kháng:
Z
l

≈
X
l
= wl = 2.
π
.f.5,12.10
-4
= 0,16

, trấn 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

Hình 3.1 Sơ đồ khối

Hình 3.2 Sơ đồ điện áp
3.2. Thiết kế mạch điều khiển:
3.2.1. Tính toán các khâu trong mạch điều khiển:
a.Tính toán khâu đồng bộ:
- 12 -
U 2
.
U ~
- E
+ E
+ E 1
R 1
+
-
3
2
1
84
T R F
1 5
4 8
D 1
1 4 1
D 2
1 4 1

R
U
I
R
+
==
Hình 3.3 Sơ đồ mạch
→
1112
52,1048,11248,148,1
VRVRVR
E
R
=
−
=
−
=
→
21
7RVR ≈
chọn R
2
= 5 (k
Ω
) , VR
1
= 50 (k
Ω
)

0
mặt khác T
rc
= T
p
+ T
n
- 13 -
+ E
+ E 2
U 2
U 3
-
+
1
2
3
4 8
R 3
V R 2
1 3
2
D 3
1 41
R 4
C 1
D Z
- E
Lời nói đầu
trong đó : t

''0
=
T
n
=
ms
x
6,0
180
1010
0
''0
=

chọn giá trị của tụ c
1
= 0,2
µ
f
gọi dòng địên trong quá trình nạp là I
n
. sau khoảng thời gian t = t
n
= 0,6 (ms) thì điện áp trên tụ đạt giá trị U
co
vậy ta có:
9
.
1
3

3
có giá trị là 3,5 k
Ω
gọi dòng địên trong quá trình phóng là i
p
. sau khoảng thời gian t = t
p
= 9,4 (ms) thì điện áp trên tụ về giá trị 0
vậy ta có: U
cp
=
dtI
C
U
tlp
pC
∫
−
0
0
1
=0
( )
A
t
CU
I
p
C
p

12
p
I
E
RVR
chọn R
4
= 20 k
Ω
, vr
2
= 50 k
Ω
có thể điều chỉnh được
c. Khâu so sánh:
Để đảm bảo cho dòng điện đi vào các cửa của khuyếch đại thuật
toán nhỏ hơn 1mA ta chọn R
5
=R
6
=15 k
Ω

Hình 3.7 Sơ đồ mạch
- 14 -
.
+ E
U r c
U 4
- E

T R C
R
 
= +
 ÷
 
chọn tần số phát xung là f = 10 Khz
→
9
8 3
3
10
2
1 1
2 ln 1 0,0001
10.10
R
R C
R f
 
+ = = =
 ÷
 
- 15 -
U 6
+ E
- E
D 6
R 1 1
R 8

2
là 10 nf
→
8
9
9
2
10
0,0001 0,0001
2500
2.15
2
2.10.10 .ln 1
2 ln 1
5
R
R
C
R
−
= = ≈
   
+
+
 ÷
 ÷
 
 
(
Ω

1 1 1
1 0 0
0 1 0
0 0 0
f. Khâu phản hồi:

Hình 3.12 Sơ đồ mạch
* Nguyên lí hoạt động của khâu phản hồi :
Lấy điện áp phản hồi từ nguồn hàn thông qua điện trở shunt, vì điện áp này nhỏ nên ta cho qua bộ khuếch đại để
được điện áp thích hợp. tiếp theo điện áp phản hồi được đưa vào bộ cộng (đảo) với điện áp mà ta đặt cho nguồn hàn làm
- 16 -
U ® k
+ E
- E
+
-
- E
+ E
- E
+ E
+ E
-
+
1
2
3
4 8
R 1 6
R 2 2
R 1 8

1747
= 0,0014
⇒
P
rs
= 1747
2
.0,0014 = 4272 w
chọn: Rs = 0,0015
Ω
vÀ P
rs
= 10 kw
g.Khối nguồn:

Hình 3.13 Sơ đồ mạch
* Tính toán biến áp
Công suất cấp cho các khối là rất nhỏ, thông thường ta chọn thông số của các biến áp của các khối như sau:
o Khâu ổn áp:
U
1_2
=17 v; I
1_2
=0,6 A
công suất của khâu ổn áp là:
P
1_2
=U
1_2
.I

3_2
=24.0,1=2,4 (w)
==> Tổng công suất của cả ba khâu là:
P= P
1_2
+P
2_2
+ P
3_2
=10,2 + 10 + 2,4 = 22,6 (w)
dòng điện sơ cấp trong máy biến áp là:

)(102,0
220
6,22
1
1
A
U
S
I ===

* Tính toán khâu chỉnh lưu và ổn áp:
Tạo nguồn nuôi e=12 V, ta dùng mạch chỉnh lưu cầu 1 pha dùng diode, điện áp thứ cấp máy biến áp nguồn
nuôi: U
2
=17 v
Để ổn định điện áp ra của nguồn nuôi ta dùng 2 IC ổn áp 7812 và 7912, các thông số chung của vi mạch này:
+ điện áp đầu vào : U
v

'
2
C
có: 25v/1000
F
µ3
C
=
'
3
C
=
F
µ
1
chọn C
4
có: 25v/1000
F
µ
các diode D
1
÷ D
8
chọn loại diode thông thường có các thông số:I
tb
= 1A , U

3
2
1
T R F 2
1 5
4 8
D 8
1 4 1
D 9
1 4 1
Lời nói đầu
công suất của BAX:
S = U
1 .
I
1
= 0,075 . 8 = 0,6 (VA )
chọn vật liệu lếi biến áp xung là ferit làm việc trên một phần của đặc tính từ hóa: B
s
= 0,45 t, độ từ thẩm µ
A
= 6000 a/m,
diện tích lõi 1cm
2
.
số vòng dây cuộn sơ cấp BAX:
SB
tU
W
s

m
W
W ===
+ giá trị trung bình ở sơ cấp và thứ cấp BAX
)(10.131,0
10.2
10.350
.075,0
2
2
6
11
AII
T
t
tb
x
−
−
−
===
)(10.98,1
10.2
10.350
.15,0
2
2
6
11
AII

ec
= 35 (v)
I
ec
= 2 (A)
β = 120 ( ở đây sử dụng β = 10.)
2
2
2
0,15
0,015( ) 15( )
10
ECT
BT
T
I
I A mA
β
→ = = = =
ta có: i
bt2
= i
ect1
= 15 (mA)
chọn TR
1
loại C828 với các thông số:
U
ec
= 35 (v)

12
= 10 k
Ω
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh:
a. Sơ đồ
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển
- 20 -
r
r
i
d
s
r
a
u
16
15
r
17
18
r
r
19
r
®k
u
5
r
§
and

u
u
s
e
e
-
3
+
oa
e
e
-
5
+
oa
Pha
C
e
e
-
1
+
oa
e
e
-
4
+
oa
§

8
r
10
r
r
9
2
c
7
r
e
e
-
+
oa
e
e
-
6
+
r
21
22
r
§
1
§
2
1
r

e
e
-
2
+
oa
dz
VR2
e
+
r
4
2
U
2
VR3
e
+
20
r
3
1
U
3
r
and1
25
r
not
Lời nói đầu

1
được nạp theo chiều từ U
3
qua tụ C
1
qua R
3
qua diode D
3
về U
2
. Khi U
2
có giá
- 21 -
Lời nói đầu
trị dương,transistor T mở diode D
3
khoá lúc này tụ C
1
phóng từ + C
1
qua transistor T về – C
1
.kết quả ta được U
3
có dạng
điện áp răng cưa.
Điện áp điều khiển được lấy từ điện áp phản hồi trên điện trở shunt được khuyếch đại lên để có độ lớn thích hợp,
sau khi qua khâu khuyếch đại đảo và khâu PI lọc sai số động ta được U

9
có tác dụng loại bỏ xung
âm. Do đó tín hiệu điện áp U
6
có dạng xung chùm dương. Điện áp U
4
được trộn với xung chùm U
6
bởi IC4081 rồi được
đưa qua tầng khuyếch đại do tín hiệu xung vẫn chưa đủ lớn để kích mở thyristor.
Tầng khuyếch đại gồm các transisto mắc theo kiểu dalington, xung dương được đặt vào bazơ của TR
1
làm TR
1
mở đồng thời TR
2
mở theo khi đó có xung đi vào biến áp xung. trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung để kích mở
thyristo. Khi điện áp trên biến áp xung giảm đột ngột, cuộn dây của biến áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng
ngược dấu lúc đó diode D
4
và D
7
có tác dụng trả ngược điện áp dập tắt sức điện động để bảo vệ các transistor khỏi bị quá
áp.

Kết luận
Sau một quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo
trong bộ môn đặc biệt là thầy Đỗ Mạnh Cường và sự giúp đỡ của các bạn cùng nhóm, em đã hoàn
thành các nhiệm vụ được giao của bản đồ án : Thiết kế bộ nguồn cho máy hàn tự động.Trong quá
trình thực hiện do trình độ và hiểu biết còn hạn chế nên chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu

2.3. Tính toán các tham số của sơ đồ 6
2.4. Tính toán cuộn kháng lọc 8
Chương 3- Tính toán mạch điều khiển 9
3.1. Nguyên tắc điều khiển 9
3.2. Thiết kế mạch điều khiển 9
3.2.1 Tính toán các khâu trong mạch điều khiển 9
3.2.2 Sơ đồ nguyên lý và thuyết minh 17
Kết luận 20
- 24 -
Lời nói đầu
- 25 -