Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
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 đợc 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 u điểm hơn tất cả và đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu của các
nhà sản xuất . Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện đã xuất hiện và đợc
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 phơng pháp nâng cao chất lợng 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 lu có : I
hmax
= 400 A ; U
dmax
= 70V.
Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thày giáo Đỗ Trọng Tín em đã hoàn thành
nhiệm vụ đợc giao và rút ra những vấn đề cần thiết về hàn điện với các phơng
pháp sử dụng hợp lí và kinh tế .
Nội dung của đồ án đợc trình bày theo sáu chơng :
- Chơng I : Giới thiệu chung về hàn điện .
- Chơng II : Tính chọn phơng án .
- Chơng III : Tính toán thiết kế mạch lực .
- Chơng IV : Tính toán thiết kế mạch điều khiển .
- Chơng V : Thi công lắp ráp mạch điều khiển .
- Chơng VI : Kết luận .

+ Công nghệ đơn giản, khả năng cơ giới hóa và tự động hóa cao.
I.1. Phân loại các phơng pháp hàn điện :
Có thể phân loại các phơng pháp hàn điện theo sơ đồ tổng quát sau:

Hình I-1 : Phân loại các phơng 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 trng quan trọng
của chế độ này là hệ số tiếp điện .
Hệ số tiếp điện TĐ% của nguồn hàn hồ quang đợc tính theo công thức
TĐ%=
minmax
max
nglv
lv
tt
t
+
100%
Trong đó :
t
lvmax
: 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
t
ngmin
: Là thời gian thay xong một que hàn hoặc một lô điện cực và mồi đợc
cho hồ quang cháy lại .Đây là thời gian nghỉ ngắn nhất .

bảo vệ
Một điểm

hai mặt
Hai mặt
một điểm
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
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 nhng phải đáp ứng đợc các yêu cầu sau :
* Điện áp không tải phải đủ lớn để mồi đợc hồ quang :
+Đối với nguồn hàn một chiều :
Khi cực từ là kim loại yêu cầu : U
omin
=(30ữ40) v
Khi cực từ là than yêu cầu : U
omin
=(40ữ50) v.
+Đối với nguồn xoay chiều yêu cầu : U
omin
=(50ữ60) 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 :
I
nm
=(1,2ữ1,4)I
đm
.
* Nguồn hàn phải đảm bảo cung cấp đủ công suất cho máy hàn.

I
h
I
đm
1
o
O
U
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 đờng hàn .
Đờng đậc tính nguồn hàn nh sau:

h
I
h
o
U
I
đm
3
(3)
I

Hình I-4: Sơ đồ nguyên lí MBAH có cuộn kháng ngoài
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 :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-6-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
a
W2
W1
Hình I-5: Sơ đồ nguyên lí MBAH kiểu hỗn hợp.
Với cả hai phơng 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 ngợc lại :
U
2
=U
hq
+U
ck
+Trong khi làm việc dòng I
2
tăng thì U
ck
cũng tăng làm U

I
0
(1)
(2)
(3)
a
1
a
2
a
3
0
U
01
U
02
U
03
u
a
a
a
2
3
1
<
<
a
3
a

có thể sự dụng các loại máy phát hàn một chiều sau:
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
w1
u
2
cm
1
VR
+
-
w
1
:
C
uộn kích từ độc lập.
w
2
:
Cuộn khử từ nối tiếp
.

+Cách 1 : Thay đổi số vòng dây của cuộn W
2

i
i
<
<
Hình :1-7a
Hình :1-7b
kt
3
kt
2
kt
1
03
02
01
0
u
u
h
h
22
21
i
i
i
i
i
nm
2
nm

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 đợc cả dòng
kích từ trong cuộn kích từ chính W
1
và cuộn phụ W
2
. Tạo ra đờng đặc tính ngoài
dốc.
Sơ đồ nguyên lí :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-9-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
F
W1
W2
VR
A
C
Z
-
+
a.4> Nhận xét :
Mặc dù có một số u điểm nhng khi sử dụng máy phát hàn một chiều để hàn
hồ quang thờng 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 thớc kồng kềnh , cần bảo dỡng luôn luôn dẫn đến chi phí vận hành cao
trong khi hiệu suất lại không cao .

*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 phơng 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 đờng : để hàn các thùng chứa .
Yêu cầu đối với nguồn hàn :
Phải có máy biến áp đặc biệt với :
+Nguồn sơ cấp : 380 v ; 50 H
z
; S= (25 ữ50)KVA
+Thứ cấp : (1,8ữ36 )v .
+Dòng hàn : I
h


10 .10
3
A.
+ Phạm vi điều chỉnh dòng hàn rộng : D=10ữ1.
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.

+Dùng sơ đồ cầu ba pha có điều khiển đối xứng.
II. phơng án 1 :Dùng bộ chỉnh lu cầu một pha có điều khiển:
II. 1. Sơ đồ nguyên lí :SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-12-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
II. 3. Các thông số của mạch :
+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lu:
U
d
=






CosUtdtSinU
22
22
2
1
=

+
;
+Giá trị dòng trung bình ra tải :
I

d
;
+Công suất tính toán của MBA:
S
ba
= 1,23.P
d
;

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-13-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên các tiristor :
U
ngmax
=1,41.U
2
;
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>Nhợc điểm :
+Khả năng điều chỉnh điện áp kém.
+Công suất đạt đợc là thấp do chỉ sử dụng một pha dòng điện nên dễ gây mất
đối xứng lới điện .
c>Phạm vi ứng dụng :
Sơ đồ chỉng lu cầu một pha thờng đợc sử dụng đối với những máy hàn có

d
=
d
d
R
U
;
+Trị số dòng trung bình qua các tiristor :
I
v
=
3
d
I
;
+Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA:
I
2
=
d
I
3
2
;
+Công suất một chiều trên tải :
P
d
= 2,34.U
2
.I

Sơ đồ chỉng lu cầu ba pha không đối xứng thờng đợc sử dụng đối với những
máy hàn có công suất trung bình, lớn, có chất lợng khá tốt, giá thành vừa phải .
IV . phơng án 3: Dùng bộ chỉnh lu cầu có điều khiển ba pha đối xứng: IV.3. Các thông số của mạch :
+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lu:
U
d
=


CosU
2
63
;
+Giá trị dòng trung bình ra tải :

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-16-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
I
d
=

+Công suất tính toán của MBA:
S
ba
= 1,05.P
d
;
+Điện áp ngợc lớn nhất đặt lên các tiristor :
U
ngmax
=
6
.U
2
;
III.4. Nhận xét :
a>Ưu điểm :
+Sơ đồ mạch lực dùng hết nhiều tiristor nhất trong ba phơng 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 lợng điện áp ra
cao ;
b>Nhợc điểm :
+Sử dụng máy biến áp ba pha nên giá thành tơng đối cao ;
+Điện áp ngợc đặt lên các van lớn nên phải có mạch bảo vệ ;
c>Phạm vi ứng dụng :
Sơ đồ chỉng lu cầu ba pha đối xứng thờng đợc 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 phơng án tốt .
IV. lựa chọn phơng án thiết kế mạch lực:
Với yêu cầu của đề tài là thiết kế máy hàn một chiều có :
+Điện áp tải : U

sh
: (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 /Y làm mát bằng
không khí .
+Bộ chỉnh lu : Dùng chỉnh lu cầu ba pha không đối xứng .
II .
tính toán máy biến áp :
Yêu cầu :
+Điện áp ra của chỉnh lu : U
d
= 70 V;
+Dòng điện hàn cực đại : I
hmax
= 400 A;
Điện áp chỉnh lu khi không tải :
U
do
=U
d
+ U
d
Trong đó :
U
d
=U
ba
+ U
v
+ U

U
d
= 3,5 + 2 + 7 = 12,7 V ;
Suy ra : U
do
=70 +12,5 =82,5 V ;
II.1) Các thông số cơ bản của máy biến áp:
Ta có công thức :
U
d
=






+
2
163
2


Cos
U
;
Chọn góc mở = 30
0
ứng với giá trị U
dmax

d
=U
do
.I
d
=82,7.400 = 33KVA
* Công suất máy biến áp :S
ba
=1,05 . P
d
= 1,05 .33 =35KVA
* Điện áp sơ cấp máy biến áp :U
1
=380 V
* Hệ số biến áp : K
ba
=U
2
/U
1
= 39/380 =0,103
* Dòng sơ cấp biến áp :I
1
= K
ba
.I =326,4 .0,103 =33,5 (A)
II.2) Tính toán các kích thớc chủ yếu của MBA lực :
II.2.a) Tính toán mạch từ:
*Tiết diện trụ : đợc tính theo công thức :
Q = k.

a: Chiều rộng trụ .
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 đợc : 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 =



Q.4
.
;
Trong đó :
Q: Tiết diện hiệu quả của trụ .
: hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của MBA .
Thờng lấy =1,15ữ 1,35. Ta chọn =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 lợng silic cao .

k : Hệ số ép chặt.
II.2.b) Tính toán dây quấn :
*Điện áp một vòng dây :
U
v
= 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 H
z
.

SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-22-
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
Thay số :
U
v
= 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 :
W
2
=
4,2


=8,9 Kg/dm
3
.
*Số vòng dây một lớp cuộn thứ cấp :
W
21
=
1095,0
05,2
1.225
.
.2
2
=

=

xk
b
hh
c
a
vòng.
Trong đó :
+h
a
=1cm: Cách điện với gông.
+b
2

Khoảng cách từ trụ tới cuộn thứ cấp :=1+1+0,5 =2,5mm = 0,25cm.
*Chu vi trung bình cuộn thứ cấp :
C
tb2
= 2.[(8,5 + 2.0,25 + 1,51 ) +(11,3 +2.0,25 +1,51)]
=47,64 cm.
*Chiều dài dâyquấn cuộn thứ cấp:
l
2
= W
2
. C
tb2
.2 = 17 . 47,64 . 2 = 1619,76cm =16,2m.
(2). Dây quấn sơ cấp :
*Số vòng dây một pha cuộn sơ cấp :
W
1
=
4,2
380
1
=
v
U
U
= 158 vòng.
*Tiết diện dây quấn cuộn sơ cấp :
S
1

Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đồ án Tốt Nghiệp
+Cách điện giữa hai lớp dây:=0,5mm.
+Cách điện giữa cuộn thứ cấp và cuộn sơ cấp: a
12
=1cm.
*Khoảng cách từ trụ tới cuộn sơ cấp : = 2,5 + 15,1 + 10 = 27,6mm.
*Chu vi trung bình cuộn thứ cấp :
C
tb1
= 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:
l
1
= W
1
. C
tb1
= 158 . 68,68 = 10851cm = 109 m.
+Khoảng cách cách điện ngoài cùng của các cuộn dây của các pha là :
a
22
= 1,5 cm.
*chiều rộng cửa sổ :
c = (2,76 + 1,75 ).2 + 1,5 = 10,5 cm.
(3). Kích thớc các lá thép :
Mạch từ MBA gồm ba loại lá thép : 1 ; 2 ; 3; nh đánh dấu trên hình vẽ.
*Lá 1 :
+Kích thớc : h x a = 25cm x 8,5cm.
+Số lợng : =


SVTH: Nguyễn Thiên Huy tđh1_k46
-25-