TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA: ĐIỆN_ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN
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
Giáo viên hướng dẫn: ĐOÀN VĂN TUÂN
Sinh viên: NGUYỄN HỮU CHIẾN
Hải phòng 10/2012
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

lại.
Khi hàn: cho que hàn chạm vào vật hàn 0.1 s xong đưa lên cao 3-4 mm.
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).
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.
3
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

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.
4
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
Hàn:
1: Đặc tính dốc
2: Đặc tính thoải
3: Đặc tính cứng
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:
- Chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển.
5
1
2
3
4
U

Π
+
Π
6
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
d

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

d
P
IUIU
S 35,1
2
33
2211
=
+
=
7
2.1.2: Chỉnh lưu cầu bap ha có điều khiển không đối xưng.
. Sơ đồ và đồ thị:
. Công thức tính toán.

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
=
∫∫
+
Π
Π
Π

- Điện áp ngược đặt lên van:

22max
45,26 UUU
ng
==
9
- 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
2
2
3
6
5
2

αααααα
NẾU
60
o
≤
α

αα
α
COSCOS
UUU
dd 20
34,2==
3
I
I
d
tbv
=
UU
ngV 2max
54,2=
P
S
d
ba
max
05,1=
(Khi góc mở bằng 0)
. Nhận xét chung:

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.
12
13
2.2:Thiết kế mạch lực:
2.3: Thiết kế máy biến áp.
14
a
b c
r
c
T
4
2c c
1c c
1c c
r
c
T
6
2c c
r
c
2c c
2
T
l

∑
∆+= UUU
dd 0

Trong đó :
baLV
UUUU ∆+∆+∆=∆
∑
Sụt áp trên van:
)(2,36,1.2 VU
V
==∆
Sụt áp trên cuộn kháng lọc:
)(5,3 VU
L
=∆
Sụt áp trên máy biến áp :
)(360.05,0%5 VUU
dba
===∆

)(7,6935,32,360
0
VU
d
=+++=⇒
- Công suất máy biến áp:

)(43,21250.7,69.23,1 KVAPkS
dsdba

15
- 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
AII
d
===
- Dòng sơ cấp máy biến áp :
- I
1
= I
2
.K
BA
=
I
u
u
2
1
2
=
5,277
380

4
==
−
BQf
(vôn/vòng)
- Số vòng dây sơ cấp:
5,1461
26,0
380
26,0
1
1
===
U
W
vòng ; chọn w
1
= 1465 vòng
- Số vòng dây thứ cấp:
1,187
26,0
66,48
26,0
2
2
===
U
W
vòng; chọn w
2

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
=
- Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu:

uku
NVLV 2
.=
=
6
.48,66 = 119,2 (v)

⇒
uk
LVdtU
ng
U .
max
=
=1,6 . 119,2 = 191 (v); (chọn hệ số dự trữ k
dtu
= 1,6.)
Dòng điện làm việc của van: i
tbvan
=

3 ( )
G
U V=
1.3 ( )U V∆ =
17

15500 ( )
300 ( / )
pik
I A
dU
V s
dt
=
=

Ct
00
max
125=

2.3.3: Tính cuộn kháng lọc
Với yêu cầu của điện áp hàn có K
đm
= 0,02
Hệ số san bằng của mạch lọc : K
sb
= K
đmv
/K


)(27,1)(10.27,1185,2
50 2.3
24,0
1
.
32
2
mHHk
wm
R
L
sb
dm
d
==−
Π
=−=
−
Vậy : Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc :
)(27,1 mHL =
Dòng định mức chạy qua cuộn kháng: I
dm
=250 (a)
Biên độ dòng xoay chiều bậc 1: I
1m
=10%I
dm
=25 (a)
Do dòng điện cuộn kháng lớn và điện trở bé do đó ta có thể coi tổng trở

3.1.Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển.
Hình dưới là sơ đồ cấu trúc và đồ thị minh hoạ. Ở đây khâu U
T
tạo ra điện áp
tựa có dạng cố định (thường có dạng răng cưa, đôi khi hình sin) theo chu kỳ
do nhịp đồng bộ của U
ĐB
. Khâu so sánh “SS” xác định thời điểm cân bằng
của 2 điện áp U
T
và U
ĐK
để phát động khâu tạo xung TX. Như vậy trong
nguyên tắc này thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi do
sự thay đổi trị số của U
ĐK
, trên 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
19
3.2.Thiết kế mạch điều khiển.
• Thuyết minh:
Khi cấp nguồn vào sơ cấp của biến áp đồng pha, phía thứ cấp của biến
áp được hạ áp. Sau khi qua mạch chỉnh lưu có điểm trung tính điện áp U
1
là
điện áp một chiều nửa hình sin.
Điện áp một chiều nửa hình sin tại U
1
được đưa vào cực (+) của OA
1

qua diode D
3
về U
2
.Khi U
2

có giá trị dương,diode D
3
khoá lúc này tụ C
1
phóng từ + C
1
qua DZ về –
C
1
.kết quả ta được u
3
có dạng điện áp răng cưa.
20
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
ĐK
có dạng đường thẳng.
Điện áp răng cưa U
3
được đưa vào cửa (-) của OA
3
và so sánh với điện

Điện áp U
4
được chộn 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.
Tằng 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 Tiristo. 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 điốt 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.
3.1: Tính toán các khâu trong mạch điều khiển:
21
3.3.1.Tính toán khâu đồng bộ:
Tính toán:
Chọn góc duy trì và thoát năng lượng θ =5
o
thì điện áp U

E
R
=
−
=
−
=
22
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

T ====
tương ứng với 360
0
 chu kì của điện áp răng cưa là :
)(10
2
ms
T
T
RC
==
tương ứng với 180
0
Mặt khác T
RC
= T
P
+ T
N
Trong đó : T
P
- thời gian phóng của tụ C
1.
T
N
- thời gian nạp của tụ C
1.
Như trên ta đã chọn θ = 5
0
tức là T

D Z
- E
Tương ứng với thời gian là: T
P
=
ms
x
4,9
180
10170
0
''0
=
T
N
=
ms
x
6,0
180
1010
0
''0
=

Chọn giá trị của tụ C
1
= 0,2
µ
f

10.2,0.9
10.6,0.10
.9
6
3
3
t
C
U
R
bh
Chọn R
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

E
I
p
+
=
( )
Ω===+→
−
3
4
2
42
10.15,63
10.9,1
12
p
I
E
RVR
Chọn R
4
= 20 k
Ω
, VR
2
= 50 k
Ω
có thể điều chỉnh được.
3.3.3: Khâu so sánh.
24

10
2
2 ln 1
R
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
 
+ = = =
 ÷
 
25
U 6
+ E