Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-1-

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 được các nhà sản
xuất rất quan tâm hiện nay là việc ghép nối các chi ti
ết 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 ưu điểm hơn tất cả và đáp ứng được hầu hết các yêu cầu
của các nhà sản xuất . Chính vì vậy mà ngày nay các máy hàn điện đã xuất hiện
và được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp, chế tạo máy
,vận tải, xây d
ựng nông nghiệp ...và trở thành một phần tất yếu không thể thiếu .
Một trong những phương pháp nâng cao chất lượng 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 lưu có : I
hmax
= 400 A ; U

Em xin được chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện :
Nguyễ
n Thiên Huy . Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-3-


Hàn điện
Hàn hồ
Hàn tiếp xúc
Hàn tay Hàn tự động Hàn đường Hàn điểm Hàn nối
Dưới lớp
trợ dung
Trong ga
bảo vệ
Một điểm
hai mặt

Hai mặt
một điểm

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-4- Hình I-1 : Phân loại các phương 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 trưng quan
trọng của chế độ này là hệ số tiếp điện .

hđm
và TĐ
đm
% là các thông số có ghi trên nhãn máy.
II. HÀN HỒ QUANG :
Hàn hồ quang là phương pháp hàn sử dụng hiện tượng hồ quang điện. Hàn
hồ quang được dùng với các phương pháp hàn bằng tay, hàn tự động hoặc bán tự
động .
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 nhưng phải đáp ứng được các yêu cầu sau :
* Điện áp không tải phả
i đủ lớn để mồi được hồ quang :
+Đối với nguồn hàn một chiều :
Khi cực từ là kim loại yêu cầu : U
omin
=(30÷40) v

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-5-

Khi cực từ là than yêu cầu : U
omin
=(40÷50) v.

®m
2
I
®m
3
(1)
(3)
h
I
h
I
®m
1
o
O
U
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-6-

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

Có hai loại nguồn hàn hồ quang : nguồn hàn hồ quang xoay chiều và nguồn
hàn hồ quang một chiều.
II.2.1. Các nguồn hàn hồ quang xoay chiều:
Khi hàn bằng điện xoay chiều người ta thường sử dụng biến áp hàn vì :
+Dễ chế tạo, giá thành hạ .
+Có thể tạo ra được dòng điện hàn lớn khoảng : 500÷2000 A.

Trng i Hc Bỏch Khoa H Ni

n Tt Nghip
SVTH: Nguyn Thiờn Huy TH1_K46
-7-

Bin ỏp hn thng cú hai kiu :

II.2.1.a> Bin ỏp hn (BAH) cú cun khỏng ngoi :
Thng l mỏy bin ỏp h ỏp mt pha, mch th cp cú mc ni tip mt
cun phn khỏng :

a
W
1
W
2
W
ck
Hình I-4: Sơ đồ nguyên lí MBAH có cuộn kháng ngoi

hq
+U
ck

+Trong khi làm việc dòng I
2
tăng thì U
ck
cũng tăng làm U
hq
giảm.
+Khi ngắn mạch : I
2
=I
nm
;U
hq
=0.
Kết quả khi điều chỉnh (a) cho ta họ đường đặc tính như sau :

a
a
a
0
I
I
U
2
3
1

a
2
3
1
<
<
a
3
a
2
a
1
nm
1
nm
2
nm
3
nm
1
nm
2
nm
3

Hình I-6: Họ đặc tính khi điều chỉnh khe hở (a)cuộn khử từ.
II.2.2. Các nguồn hàn hồ quang một chiều :
Nguồn hàn hồ quang một chiều được sử dụng cấp cho các máy hàn hồ quang
tự động, bán tự động hoặc bằng tay.
Có hai loại nguồn hàn một chiều :

1
VR
+
-
w
1
:
C
uén kÝch tõ ®éc lËp.
w
2
:
Cuén khö tõ nèi tiÕp
.+Cách 1 : Thay đổi số vòng dây của cuộn W
2
bằng chuyển mạch CM. Đây là
phương pháp điều chỉnh thô, dòng điện sẽ thay đổi đột ngột (nhảy cấp ) do vòng
dây W
2
sẽ thay đổi đột ngột:(hình :I-7a)
+Cách 2 : Thay đổi dòng kích từ I
kt
của W
1
bằng chiết áp VR
1
. Đây là

0
u
u
h
h
22
21
i
i
i
i
i
nm
2
nm
3
nm
1
kt
3
kt
2
kt
1
nm
2
nm
1
w > w
22

Để điều chỉnh dòng hàn ta điều chỉnh VR. Khi đó ta điều chỉnh được cả
dòng kích từ trong cuộn kích từ chính W
1
và cuộn phụ W
2
. Tạo ra đường đặc
tính ngoài dốc.
Sơ đồ nguyên lí :Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-11-

F
W1
W2
VR
A
C
Z
-
+

a.4> Nhận xét :


+ Cầu ba pha có điều khiển đối xứng hoặc không đối xứng .
+ Sơ đồ tia ba pha có điều khiển .
+ Sơ đồ sáu pha hình tia.
II. hàn hồ quang tự động .
Quá trình hàn gồm có các công việc :
+Đốt cháy hồ quang .
+Cho điện cực tiến dần về phía hồ quang tùy theo sự nóng chảy .
+Giữ cho hồ qang cháy với một chiều dài nhất định .
+Di chuyển que hàn theo đường hàn .
Hàn tự động thì tất các công việ
c trên đều được thực hiện bằng máy móc .
Hàn nửa tự động thì một số công việc được thực hiện bằng máy một số được
thực hiện bằng tay .
Hàn hồ quang tự động được dùng đặc biệt trong các ngành chế tạo tàu biển,
máy bay , nồi hơi , ... với chất lượng mối hàn tốt , ngọn lửa hồ quang cháy ổn
định và chống xâm thực của không khí vào mối hàn.
*Trong máy hàn có hai hệ thố
ng 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 ti
ếp xúc .
Hàn tiếp xúc là phương 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 .

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 nổ
i 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 .


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:
U
d
=

I
;
+Trị số dòng trung bình của cuộn thứ cấp MBA:
I
2
=
d
I
22
π
;
+Công suất một chiều trên tải :
P
d
= 0,9.U
2
.I
d
;
+Công suất tính toán của MBA:
S
ba
= 1,23.P
d
;

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp


đối xứng:
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-17-

I
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

+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 ;
+Đi
ện 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



IV.3. Các thông số của mạch :
+Giá trị trung bình của điện áp ngay sau mạch van chỉnh lưu:
U
d
=
α
π
CosU
2
63
;
+Giá trị dòng trung bình ra tải :
I
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:

d
;
+Điện áp ngược 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 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:
V
ới yêu cầu của đề tài là thiết kế máy hàn một chiều có :
+Điện áp tải : U
d

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-
SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-23-

II. tính toán máy biến áp :
Yêu cầu :
+Điện áp ra của chỉnh lưu : U
d
= 70 V;
+Dòng điện hàn cực đại : I
hmax
= 400 A;
Điện áp chỉnh lưu khi không tải :
U
do
=U
d
+ ΔU
d

Trong đó :
ΔU
d
=ΔU
ba
+ ΔU
v
+ ΔU
ck

=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
α
π
Cos
U
;
Chọn góc mở α = 30
0
ứng với giá trị U
dmax
.
* Điện áp thứ cấp :
U
2
=


SVTH: Nguyễn Thiên Huy TĐH1_K46
-24-

* Công suất tải : P
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

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
π
π