THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Đề bài: Đề số 09:
Thiết kế bộ điều khiển chỉnh lưu cho máy hàn một chiều
Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế
Thiết kế bộ chỉnh lưu có điều khiển _U
vào
=380V
_I
đm
=250V
_U
max
=60V
Hải phòng 10/2012
1
1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HÀN MỘT CHIỀU.
1.1: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 được áp dụng ở những đơn vị sản xuất nhỏ và những
công ty lớn trong các ngành công nghiệp khác.
1.2: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.
1.3: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(10
2
đến 10

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 trường giữa que hàn và vật hàn chịu tác
dụng của điện trường bị ion hóa, các ion dười đi lên rất nhanh biến động
năng thành nhiệt năng dẫn đến que hàn nóng chảy và nhỏ giọt xuống vật
hàn.
1.4: 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.
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 lưu).
3
3
Với sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn đã đưa ra nhiều ứng
dụng trong nguồn hàn một chiều. Nguồn hàn một chiều dùng bộ chỉnh lưu
có những ưu việt sau đây so với máy phát hàn một chiều:
+ Chỉ tiêu năng lượng cao
+ Không có phần quay
+ Hiệu suất cao, chi phí vận hành, bão dưỡng 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 được hồ quang
và hàn được dễ dàng:
Nguồn hàn một chiều với điện cực là:
Kim loại : u
0min
= (30 - 40) v
Than : u
0min

Trong đó :
h
I
- Dòng điện hàn [A]
D - Đường kính que hàn [mm].
- Đường đặc tính ngoài của nguồn hàn phải đáp ứng theo từng phương
pháp hàn.
Đặc tính ngoài là đường biểu diễn quan hệ giữa áp trên hai đưa ra của
máy với dòng tải.
Các đặc tính ngoài của nguồn điện
1
2
3
4
U
I
Hàn:
1: Đặc tính dốc
2: Đặc tính thoải
3: Đặc tính cứng
5
5
4:Đặc tính tăng
Nguồn hàn dùng cho phương pháp hàn hồ quang bằng tay phải có đường
đặc tính ngoài dốc.
Nguồn hàn dùng cho phương pháp hàn hồ quang tự động phải có đường
đặc tính ngoài cứng.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH CÔNG SUẤT.
Có rất nhiều phương án lựa chọn để thiết kế bộ chỉnh lưu cho nguồn hàn 3
pha.ở đây ta xét các phương án sau:

∫
+
Π
+
Π
với
220
17,1
2
63
UUU
d
=
Π
=
- Điện áp ngược đặt lên van:

22max
45,26 UUU
ng
==
- Dòng điện tải trung bình:
d
d
d
R
U
I =
- Dòng điện trung bình qua van:
3

=
Π
=
∫∫
+
Π
+
Π
+
Π
+
Π
α
α
α
α
θθ
- Công suất máy biến áp :

d
P
IUIU
S 35,1
2
33
2211
=
+
=
2.1.2: Chỉnh lưu cầu bap ha có điều khiển không đối xưng.

U
I =
- Dòng điện trung bình qua van:

3
d
v
I
I =
- Dòng điện thứ cấp máy biến áp:
d
IidiI 816,0
3
2
2
3
6
5
2
2
2
2
6
2
22
=
Π
+
Π
=

d
+=+
Π
=

- Điện áp ngược đặt lên van:

22max
45,26 UUU
ng
==
10
10
- Dòng điện tải trung bình:
d
d
d
R
U
I =
- Dòng điện trung bình qua van:
3
d
v
I
I =
- Dòng điện thứ cấp máy biến áp:
d
IidiI 816,0
3

11
. Sơ đồ và đồ thị:
12
12
.Công thức tính toán:
30
654321
o
======
αααααα
NẾU
60
o
≤
α

αα
α
COSCOS
UUU
dd 20
34,2==
13
13
3
I
I
d
tbv
=

1
,t
3
,t
5
nên
chỉnh lưu cầu ba pha bán điều khiển đơn giản hơn điều khiển sơ đồ có điều
khiển.
.Sơ đồ cầu 3 pha có điều khiển:
Số xung đập mạch trong 1 chu kỳ lớn m = 6 ( làm giảm kích thước cuộn
kháng hạn chế dòng điện đập mạch ở sau khối chỉnh lưu) nên chất lượng
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 tượng từ hoá cưỡng 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 lưu cầu ba pha có điều khiển là thích hợp
nhất.
15
15
16
16
a
b c
r
c
T
4
2c c
1c c

phd
1c c
S¬ ®å m¹ch lùc
CD
at
2.2:Thiết kế mạch lực:
17
17
2.3: Thiết kế máy biến áp.
2.3.1: Các thông số cơ bản của máy biến áp.
- Điện áp sơ cấp: u
1
=3 x 380 (V)
- Điện áp pha thứ cấp:
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:

∑
∆+=
UUU
dd 0

Trong đó :
baLV
UUUU ∆+∆+∆=∆
∑
Sụt áp trên van:
)(2,36,1.2 VU
V
==∆
Sụt áp trên cuộn kháng lọc:

LẤY
0
30
=
α

)(66,48
30654,1
7,69
30654,17,69
0
2
0
2
V
Cos
U
CosU
≈=⇒
=⇒
- Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :

)(66,48
2
VU
=
- Dòng hiệu dụng thứ cấp máy biến áp :

)(5,27711,1.25011,1
2


)(95,11
50.3
21430
6
2
cmQ
Fe
==⇒

Q
k
: Hệ số phụ thuộc phương thức làm mát, lấy
6
=
Q
k
(máy biến áp khô)
M: số trụ của máy biến áp
19
19
- Số vòng vôn:
26,010.95,11.50.44,4 44,4
4
==
−
BQf
(vôn/vòng)
- Số vòng dây sơ cấp:
5,1461

5,2
53,35
2
1
1
1
mm
J
I
Q ===
- Tiết diện dây dẫn thứ cấp:
)(111
5,2
5,277
2
2
2
2
mm
J
I
Q ===
2.3.2: Tính chọn van động lực.
. Các thông số để chọn van:
- Điện áp chỉnh lưu không tải :
)(7,69
0
VU
d
=

DTI
= 2
Van phải chịu được : i
v
= k
dti
. I
TBVAN
= 2.83 = 166 (A)
. Chọn van:
- Tiristor: N520CH04GOO (trang 219 sách Tính toán và thiết kế thiết bị
điện tử công suất của thầy Trần Văn Thịnh) với các thông số:
max
max
400 ( )
2200 ( )
ng
U V
I A
=
=
0,3 ( )
G
I A
=
3 ( )
G
U V
=
1.3 ( )U V

với sơ đồ cầu 3 pha điều khiển đối xứng ta có: K
đmr
= 0,057

⇒
K
sb
= K
đmv
/K
đmr
=
85,2
02,0
057,0
=
Tải có điện trở tương đương:
)(24,0
250
60
Ω===
d
d
d
I
U
R
⇒
ta có giá trị điện cảm:


cuộn kháng xấp xĩ điện kháng:
z
l

≈
x
l
= wL = 2.
π
.f.1,27.10
-3
= 398,98.10
-3

)(
Ω
Điện áp rơi trên cuộn kháng lọc:
2
.
1m
LL
I
ZU
=∆
= 398,98.10
-3
.
2
25
= 42,3(v)

Điện áp một chiều nửa hình sin tại U
1
được đưa vào cực (+) của OA
1
so
sánh với điện áp phẳng U được đặt vào cực (-) của OA
1
do E
1
, VR
1
và R
2
tạo
ra. Kết quả ta được tín hiệu đầu ra U
2
của OA
1
có dạng xung vuông đồng bộ
với lưới.
Điện áp dạng xung vuông sau khi được tạo ra ở khâu đồng bộ trước đó
được đưa vào khâu tạo điện áp răng cưa. Khi U
2
có giá trị âm, diode D
3
mở,
tụ C
1
được nạp theo chiều từ U
3

được đưa vào cửa (-) của OA
3
và so sánh với điện
áp điều khiển U
ĐK
được đưa vào cửa (+). Khi U
3
> U
ĐK
thì điện áp đầu ra của
OA
3
là U
4
có giá trị âm. Ngược lại, khi U
3
< U
ĐK
thì điện áp đầu ra U
4
có giá
trị dương. Kết quả ta được U
4
có dạng xung vuông.
24
24
Khâu phát xung chùm có tác dụng tạo ra chùm xung dưới sự phóng nạp
của tụ C
2
. D

3.3.1.Tính toán khâu đồng bộ:
25
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
V R 1
1 3
2
R 2
U 1
25