Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy hàn điểm di động, dòng hàn từ 500 – 6500A

Chia sẻ: Minh Nguyet | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

193
lượt xem 49
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy hàn điểm di động, dòng hàn từ 500 – 6500A “ nghiên cứu và giới thiệu sơ lược về hàn điểm, hàn điện trở, hàn điểm; thiết kế kỹ thuật, nguyên lý chung, khối năng lượng nguồn, khối chức năng điều khiển lập trình, khối hiển thị; thiết kế cơ khí; khảo nghiệm thực tế. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo tổng kết đề tài khoa học công nghệ: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy hàn điểm di động, dòng hàn từ 500 – 6500A

Bé C«ng th−¬ng Tæng C«ng ty M¸y ®éng lùc vµ m¸y n«ng nghiÖp ViÖn C«ng nghÖ B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi KH-CN M∙ sè: 241.07 RD/H§-KHCN Tªn ®Ò tµi: nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o m¸y hµn ®iÓm di ®éng, dßng hµn tõ 500 ÷ 6500A C¬ quan chñ qu¶n: Bé C«ng th−¬ng C¬ quan chñ tr×: ViÖn C«ng nghÖ Chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS. trÇn thanh tuyÒn 6795 12/4/2008 Hµ Néi, 03 - 2008
Nh÷ng ng−êi thùc hiÖn 1. KS. TrÇn Thanh TuyÒn ViÖn C«ng nghÖ 2. KS. Lª Sü Lan ViÖn C«ng nghÖ 3. KS. TrÇn Minh Ch©u ViÖn C«ng nghÖ 4. KTV. Tr−¬ng V¨n Thoa ViÖn C«ng nghÖ 5. KS. NguyÔn Ngäc Th¾ng ViÖn C«ng nghÖ
môc lôc trang PhÇn 1. giíi thiÖu s¬ l−îc vÒ hµn ®iÓm ....................................................... 01 1.1 Hµn ®iÖn trë................................................................................................ 01 1.2 Hµn ®iÓm......................................................................................................... 01 M« t¶ mèi hµn ®iÓm vµ c¸c lo¹i mèi hµn kh¸c................................ 02 1.3 M¸y hµn ®iÓm di ®éng............................................................................ 04 PhÇn 2. ThiÕt kÕ kü thuËt ..................................................................................... 05 2.1 Nguyªn lý chung...................................................................................... 05 S¬ ®å khèi............................................................................................................. 06 2.2 Khèi chøc n¨ng nguån......................................................................... 07 S¬ ®å m¹ch nguån........................................................................................... 07 2.3 Khèi chøc n¨ng c«ng suÊt................................................................ 08 S¬ ®å m¹ch ®iÖn c«ng suÊt........................................................................ 09 ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p ®éng lùc................................................................. 10 ThiÕt kÕ lâi t«n silic..................................................................................... 11 ThiÕt kÕ cuén d©y........................................................................................... 12 xö lý C¸ch ®iÖn, chèng Èm, chèng rung, chèng ån...................... 13 2.4 Khèi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn lËp tr×nh......................................... 13 2.4.1 ThiÕt kÕ chøc n¨ng vi ®iÒu khiÓn............................................... 13 Lo¹i vi ®iÒu khiÓn lùa chän....................................................................... 13 CÊu h×nh sö dông cho m¸y hµn ®Ò tµi................................................... 14 L−u ®å tiÕn tr×nh phÇn mÒm......................................................................... 15 l−u ®å gi¶i thuËt vßng lÆp main............................................................. 16 module spi hiÓn thÞ ch÷ sè led.................................................................. 17 hµm ®Èy spi_led................................................................................................ 18 danh s¸ch c«ng cô lµm viÖc.................................................................. 19
ThiÕt kÕ cÊu h×nh cøng vµ chøc n¨ng tõng ch©n chÝp................ 19 ThiÕt kÕ phÇn hiÓn thÞ mµn h×nh vµ c¸c menu cµi ®Æt................ 23 C¸c chÕ ®é hiÓn thÞ mµn h×nh sau khi chÕ t¹o hoµn thiÖn m¸y.................................. 28 2.4.2 ThiÕt kÕ phÇn cøng cho khèi ®iÒu khiÓn.............................. 30 PhÇn nguån......................................................................................................... 30 PhÇn ®Öm c«ng suÊt....................................................................................... 31 M¹ch ®iÒu chÕ tÝn hiÖu ®o l−êng............................................................ 32 M¹ch ®iÒu chÕ tÝn hiÖu ®o dßng hµn.................................................... 33 M¹ch t¹o ®iÖn ¸p quy chiÕu...................................................................... 34 M¹ch giao tiÕp m¸y tÝnh ............................................................................. 35 S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn ®Çy ®ñ................................................................. 36 2.5 Khèi hiÓn thÞ.............................................................................................. 36 S¬ ®å m¹ch hiÓn thÞ........................................................................................ 37 2.6 ThiÕt kÕ m¹ch in...................................................................................... 38 2.6.1 Board m¹ch hiÓn thÞ.......................................................................... 39 c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ.................................................................................. 40 - 44 2.6.2 Board m¹ch ®iÒu khiÓn.................................................................... 45 c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ................................................................................ 46 - 50 phÇn 3. ThiÕt kÕ c¬ khÝ ........................................................................................... 51 c¸c b¶n vÏ thiÕt kÕ............................................................................... 52 - 68 phÇn 4. kh¶o nghiÖm thùc tÕ ............................................................................. 69 b¶ng kÕt qu¶ kh¶o nghiÖm........................................................................ 69 c¸c h×nh ¶nh ®∙ chôp trong qu¸ tr×nh kh¶o nghiÖm......... 71 - 73 phÇn 5. nhËn xÐt chung ................................................................................ 73 - 75 tµi liÖu tham kh¶o.......................................................................................... 76
PhÇn 1. giíi thiÖu s¬ l−îc vÒ hµn ®iÓm: 1.1 Hµn ®iÖn trë: Trong nhiÒu nguyªn lý hµn kim lo¹i nh− hµn ®iÖn trë, hµn que, hµn TIG, hµn MIG, MAG, Hµn PLASMA, hµn h¬i... th× hµn ®iÖn trë kh¸ ®Æc biÖt. B»ng c¸ch cÊp mét nguån ®iÖn cã hiÖu ®iÖn thÕ (U) vµo hai phÝa cña vËt hµn b»ng kim lo¹i, do kim lo¹i cã tÝnh dÉn ®iÖn nªn xuÊt hiÖn dßng ®iÖn (I) ®i qua vËt hµn, v× trong kim lo¹i cã ®iÖn trë suÊt nªn gi÷a vËt hµn bao giê còng tån t¹i mét ®iÖn trë (R), dßng hµn lµm cho ®iÖn trë nµy sinh ra mét nguån nhiÖt n¨ng cã c«ng suÊt (P) theo c«ng thøc: U=I/R P=U.I → P = I² / R Nguån nhiÖt nµy lµm nãng ch¶y vËt hµn vµ t¹o ra mèi hµn ngay gi÷ hai ®iÖn cùc. 1.2 Hµn ®iÓm: Trªn c¬ së nguyªn lý hµn ®iÖn trë, hµn ®iÓm mang nhiÒu −u ®iÓm so víi c¸c nguyªn lý hµn kh¸c c¶ vÒ chÊt l−îng mèi hµn vµ tÝnh kinh tÕ. Hµn ®iÓm t¹o ra mèi hµn tõ bªn trong mÆt tiÕp gi¸p n¬i mµ m¾t ta kh«ng nh×n thÊy, ®©y lµ ®iÓm ®Æc biÖt mµ kh«ng mét lo¹i m¸y hµn nµo kh¸c lµm ®−îc. Mèi hµn cña m¸y hµn ®iÓm kh«ng hÒ næi cém lªn, kh«ng lµm ch¸y nh÷ng thø xung quanh, nguéi nhanh, Ýt g©y biÕn d¹ng vËt liÖu hµn, kh«ng g¾n thªm lo¹i vËt liÖu nµo kh¸c lªn mèi hµn, kh«ng t¹o ra xØ b¸m quanh mèi hµn nªn mèi hµn ®Ñp h¬n h¼n so víi c¸c mèi hµn kh¸c. Ngoµi ra hµn ®iÓm cßn kh«ng ph¶i mÊt bÊt kú lo¹i que hµn, d©y hµn, thuèc hµn hay khÝ hµn nµo c¶, kh«ng ph¶i gia c«ng mµi söa l¹i mèi hµn mµ tèc ®é hµn l¹i rÊt cao cã thÓ ®¹t tíi 0,05 gi©y / mét mèi hµn, v× thÕ hµn ®iÓm rÊt kinh tÕ. 1
M« t¶ mèi hµn ®iÓm vµ c¸c lo¹i mèi hµn kh¸c: Mèi hµn que Mèi hµn TIG Mèi hµn h¬i Mèi hµn ®iÓm H×nh 1. Do ®iÖn trë gi÷a hai ®iÖn cùc hµn ®iÓm trªn vËt hµn rÊt nhá chØ kho¶ng 0,00001 ®Õn 0,001 omh nªn ph¶i cÊp mét nguån ®iÖn cã dßng ®iÖn rÊt lín tõ hµng tr¨m Ampe ®Õn hµng tr¨m ngh×n Ampe tuú theo vËt liÖu vµ ®é dÇy vËt liÖu hµn míi t¹o ra ®−îc mét hiÖu ®iÖn thÕ ®ñ lín trªn vËt liÖu hµn, v× thÕ d©y hµn cÇn rÊt lín ®Ó dÉn ®−îc dßng ®iÖn lín nh− vËy, còng v× ®Æc ®iÓm nµy mµ m¸y hµn ®iÓm th−êng ph¶i ®Æt cè ®Þnh vµ di chuyÓn vËt hµn ®Ó hµn. VËt hµn cµng dÇy th× dßng hµn vµ lùc Ðp gi÷a hai ®iÖn cùc cµng ph¶i lín nªn viÖc chÕ t¹o m¸y hµn ®Ó hµn nh÷ng vËt liÖu dÇy cµng trë nªn khã kh¨n, kh«ng nh÷ng thÕ m¸y hµn cµng lín th× cµng kh«ng thÓ di chuyÓn ®Ó thao t¸c mµ di chuyÓn vËt hµn lo¹i dÇy ®Ó thao t¸c th× còng rÊt nÆng nÒ khã kh¨n. 2
Chóng t«i lÊy vÝ dô mét sè th«ng sè b¶ng tra chÕ ®é hµn ®iÓm dïng cho thÐp c¸c bon thÊp trong cuèn sæ tay hµn d¸n ®iÖn trë ZGRZEWANIE OPOROWE PORADNIK cña t¸c gi¶ Ryszard Michalski nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt Ba Lan: ChÕ ®é mÒm ChÕ ®é cøng Thêi §−êng Thêi ChiÒu Lùc gian kÝnh Dßng hµn gian cÊp Lùc Ðp Dßng hµn dÇy thÐp Ðp cÊp ®iÖn cùc (Ampe) dßng (kg) (Ampe) (mm) (kg) dßng (mm) (gi©y) (gi©y) 0,5 4 60 2 000 0,2 450 4 000 0,04 1,0 5 100 3 000 0,4 250 8 000 0,1 1,5 6 150 4 000 0,8 400 11 000 0,2 2,0 7 200 5 000 1,0 500 14 000 0,3 3,0 9 300 8 000 2,0 800 19 000 0,6 4,0 11 380 10 000 3,2 1 250 24 000 0,9 5,0 13 450 12 000 4,5 1 700 28 000 1,4 6,0 15 - - - 2 250 32 000 2,0 7,0 17 - - - 3 000 37 000 2,5 8,0 19 - - - 3 700 40 000 3,0 B¶ng 1. Qua b¶ng th«ng sè trªn ta cã thÓ thÊy −u thÕ cña m¸y hµn ®iÓm kh«ng ph¶i ®èi víi vËt liÖu hµn dÇy nh−ng hµn ®iÓm l¹i chiÕm −u thÕ cao ®èi víi vËt liÖu hµn máng, nhÊt lµ nh÷ng vËt liÖu máng ®Õn møc c¸c lo¹i m¸y hµn kh¸c khã hoÆc kh«ng thÓ hµn ®−îc. 3
1.3 M¸y hµn ®iÓm di ®éng: §Ó ph¸t huy tèi ®a −u ®iÓm cña lo¹i m¸y hµn ®iÓm, ®Ò tµi nghiªn cøu chÕ t¹o lo¹i m¸y hµn ®iÓm di ®éng c«ng suÊt nhá víi dßng hµn tõ 500 Ampe ®Õn 6500 Ampe, víi dßng hµn kh«ng qu¸ lín nh− vËy cã thÓ di chuyÓn ®iÖn cùc ®Ó hµn ë nhiÒu t− thÕ mµ kh«ng cÇn cè ®Þnh ®iÖn cùc råi di chuyÓn vËt hµn. M¸y hµn cña ®Ò tµi sö dông d©y hµn cã tiÕt diÖn 300 mm2, mét bé kÑp m¸t vµ mét bé tay hµn kho¶ng 5kg cã thÓ cÇm tay ®Ó thao t¸c kh«ng qu¸ nÆng nÒ, víi bé tay hµn nµy cã thÓ hµn ®−îc thÐp dÇy tèi ®a lµ 2+2mm. Ngoµi ra chóng t«i cßn chÕ t¹o thªm mét bé tay hµn mini víi träng l−îng d−íi 1kg vµ d©y hµn nhá d−íi 25mm2 ®Ó hµn c¸c lo¹i thÐp máng cã chiÒu dÇy d−íi 0,5mm rÊt linh ho¹t tiÖn dông vµ h÷u Ých, bé tay hµn mini nµy kÕt hîp víi mét m¸y hµn cña ®Ò tµi cã thÓ hµn ®−îc tÊm thÐp máng tíi 0,1 mm hoÆc l−íi thÐp cã sîi nhá tíi Ø 0,5mm. Víi nh÷ng vËt liÖu máng nh− vËy th× c¸clo¹i m¸y hµn nh− hµn que, hµn TIG, hµn MIG, MAG, Hµn PLASMA, hµn h¬i... ®Òu kh«ng thÓ hµn ®−îc vµ ®©y còng chÝnh lµ −u ®iÓm lín nhÊt cña m¸y hµn ®iÓm di ®éng. Ngoµi kh¶ n¨ng hµn c¸c lo¹i thÐp nªu trªn, m¸y hµn ®iÓm di ®éng cña ®Ò tµi cßn lµ mét thiÕt bÞ hµn g¸ rÊt h÷u hiÖu. §èi víi nh÷ng chi tiÕt ®ßi hái nh÷ng ph−¬ng ph¸p hµn kh¸c mµ cÇn hµn g¸ tr−íc cho chÝnh x¸c th× chØ viÖc dïng m¸y hµn ®iÓm di ®éng ®Æt dßng hµn nhá h¬n so víi hµn ®iÓm thµnh phÈm råi hµn g¸ ta sÏ ®−îc kÕt qu¶ rÊt tèt vµ nhanh chãng, mèi hµn g¸ dïng ph−¬ng ph¸p nµy kh«ng g©y biÕn d¹ng chi tiÕt hµn nhiÒu nh− c¸c ph−¬ng ph¸p hµn g¸ kh¸c mµ vÉn ®¶m b¶o ®é ch¸c ch¾n ®Ó hµn thµnh phÈm. V× ®Æc tÝnh sinh nhiÖt nhanh cña hµn ®iÓm nªn chÊt l−îng cña m¸y hµn ®iÓm kh«ng chØ phô thuéc vµo ®é chÝnh x¸c cña dßng hµn mµ ®é chÝnh x¸c cña thêi gian cÊp dßng còng quan träng kh«ng kÐm. §Ò tµi ®· nghiªn cøu mét gi¶i ph¸p ®Ó ®¶m b¶o ®é chÝnh x¸c tèi ®a cho c¶ dßng hµn vµ thêi gian cÊp dßng ®ã lµ sè ho¸ phÇn ®iÒu khiÓn. 4
Víi c¸c kho¶ng thêi gian ®−îc chia nhá ®Õn mét phÇn triÖu gi©y ®Ó tÝnh to¸n vµ cµi ®Æt cho viÖc ®iÒu khiÓn thêi gian cÊp dßng tõ 0,01 gi©y ®Õn 2,5 gi©y th× ®é chÝnh x¸c lµ rÊt cao. phÇn ®iÒu khiÓn dßng hµn ®−îc chia thµnh 1000 møc t−¬ng øng víi c¸c møc dßng hµn ®Æt tõ 100 Ampe ®Õn 6500 Ampe (6,5A/1møc). PhÇn 2. ThiÕt kÕ kü thuËt: 2.1 Nguyªn lý chung: M¸y hµn ®iÓm di ®éng gåm 5 phÇn lµ phÇn nguån, phÇn c«ng suÊt, phÇn ®iÒu khiÓn lËp tr×nh, phÇn tay hµn, phÇn c¬ khÝ vá m¸y. Sau khi c¸c th«ng sè cµi ®Æt dßng hµn, thêi gian cÊp dßng, c¾t qu¸ t¶i, c¾t qu¸ ¸p, c¾t thÊp ¸p, c¾t qu¸ nhiÖt ®· ®· ®−îc cµi ®Æt vµ l−u vµo bé nhí cña m¸y th× m¸y th−êng xuyªn kiÓm tra c¸c ®iÒu kiÖn lµm viÖc vµ s½n sang thùc hiÖn lÖnh ®iÒu khiÓn. Ng−êi vËn hµnh chØ viÖc bÊm contac trªn tay hµn th× m¸y sÏ cÊp ngay mét nguån ®iÖn cã dßng nhá d−íi 100A ®Ó kiÓm tra ®é tiÕp xóc vµ khëi ®éng b¬m n−íc lµm m¸t tay hµn. khi dßng kiÓm tra ®· ®¹t trªn 50A th× m¸y ®ång thêi cÊp dßng hµn vµ ®Õm lïi thêi gian cÊp dßng, khi thêi gian cÊp dßng ®· hÕt th× m¸y lËp tøc ng¾t dßng hµn cßn b¬m n−íc lµm m¸t tay hµn sÏ ®−îc ng¾t sau kho¶ng thêi gian b»ng 2 lÇn thêi gian cÊp dßng. Trong qu¸ tr×nh lµm viÖc nÕu m¸y ph¸t hiÖn cã c¸c sù cè nh− qu¸ t¶i, qu¸ ¸p, thÊp ¸p, qu¸ nhiÖt... th× m¸y sÏ tù ®éng ng¾t dßng vµ c¶nh b¸o cho ng−êi vËn hµnh biÕt b»ng cßi vµ thÓ hiÖn dßng th«ng b¸o lçi trªn mµn h×nh, viÖc b¸o lçi sÏ duy tr× cho ®Õn khi lçi ®ã kh«ng cßn vµ ng−êi vËn hµnh buéc ph¶i ng¾t nguån khëi ®éng l¹i th× m¸y míi s½n sµng lµm viÖc tiÕp. 5
S¬ ®å khèi: KÑp mass 380V PhÇn c«ng PhÇn tay §Çu PhÇn nguån suÊt hµn má hµn NhiÖt ®é §−êng §K Thyrystor §K PhÇn ®iÒu PhÇn 380vac khiÓn c¾t qu¸ nhiÖt §−êng §−êng d÷ liÖu PhÝm bÊm PhÇn hiÓn §−êng contac ®khiÓn thÞ §−êng §−êng ngu«n giã lµm 220V m¸t §−êng ®iÒu PhÇn lµm khiÓn m¸t b»ng giã PhÇn lµm §−êng n−íc l¹nh m¸t b»ng §−êng n−íc nãng n−íc H×nh 2. §©y lµ s¬ ®å thÓ hiÖn mèi liªn kÕt, t−¬ng t¸c gi÷a c¸c khèi chøc n¨ng trªn toµn m¸y. D−íi ®©y lµ phÇn chi tiÕt cho tõng khèi chøc n¨ng: 6
2.2 Khèi chøc n¨ng nguån: PhÇn nguån lÊy ®iÖn 2Fa 380V quan mét Automat 100A cÊp cho bé c«ng suÊt vµ 2 biÕn ¸p h¹ thÕ, mét biÕn ¸p lÊy ra ®iÖn ¸p 220VAC cho qu¹t lµm m¸t m¸y vµ b¬m n−íc lµm m¸t tay hµn, mét biÕn ¸p lÊy ra c¸c møc ®iÖn ¸p: 3VAC cho phÇn ®o ®iÖn ¸p nguån vµ ph¸t hiÖn pha ®iÖn l−íi. 17VAC cho phÇn nguån Board m¹ch ®iÒu khiÓn. 6+6VAC cho phÇn so s¸ch vµ khuyÕch ®¹i thuËt to¸n. 8VAC cho phÇn nguån nu«i chÝp vµ Board m¹ch hiÓn thÞ. C¸c nguån trªn c¸ch li hoµn toµn víi nhau. S¬ ®å m¹ch nguån: Bé läc xung cao tÇn C1 C2 380V 473P 473P AUTOMAT 100A 200mH §Õn phÇn c«ng suÊt BA1 6V BA2 TI 200/5A 6V 3V 8V 17V 220V H×nh 3. 7
2.3 Khèi chøc n¨ng c«ng suÊt: Tõ hai pha ®iÖn l−íi 380VAC sau Automat mét pha ®−a th¼ng ®Õn mét ®Çu d©y s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p ®éng lùc, pha cßn l¹i ®i qua cÆp Thyristor m¾c ®¶o chiÒu nhau råi ®i vµo ®Çu d©y s¬ cÊp cßn l¹i cña m¸y biÕn ¸p ®éng lùc ®Ó khÐp kÝn m¹ch ®iÖn. CÆp Thyrystor ®ãng vai trß nh− mét Contac ®iÖn tèc ®é cao, bé ®iÒu khiÓn sÏ ph¶i chän thêi ®iÓm ®Ó ®ãng ®iÖn vµo m¸y biÕn ¸p cho dóng víi møc dßng hµn ®Æt, thêi ®iÓm ng¾t ®iÖn lu«n ®−îc ®iÒu khiÓn cho ®óng víi pha kh«ng (khi biªn ®é diÖn l−íi b»ng 0V). §Æc tÝnh cña Thyrystor lµ sau khi ®· kÝch më ®−îc råi th× nã sÏ lu«n më nÕu dßng ®iÖn ®i qua nã ®ñ lín cho dï xung ®iÒu khiÓn cã cßn tån t¹i hay kh«ng, nh− vËy m¹ch ®iÒu khiÓn chØ cÇn cÊp mét xung vµo thêi ®iÓm cÇn thiÕt råi ng¾t xung vµ ®îi ®Õn khi nguån ®iÖn quay vÒ pha kh«ng lóc ®ã ®iÖn ¸p nguån b»ng 0 nªn dßng ®iÖn ®i qua Thyristor vµo m¸y biÕn ¸p còng b»ng 0 th× Thyristor sÏ tù ng¾t kÕt thóc mét b¸n kú ®iÖn l−íi. Lo¹i Thyristor dïng cho ®Ò tµi lµ lo¹i Y50KKF d¹ng ®Üa víi c¸c th«ng sè sau: * Dßng thuËn trung b×nh ë tr¹ng th¸i ®ãng: IT(AV) = 1000 A. * §iÖn ¸p r¬i ®Ønh ë tr¹ng th¸i ®ãng: VTM = 2,96 V. * §iÖn ¸p chuyÓn m¹ch: VDRM VRRM = 1600 V. * §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn tèi thiÓu: VGT = 1,16 V. * Dßng ®iÒu khiÓn tèi thiÓu: IGT = 96 mA. * Dßng duy tr×: IH = 57 mA. * Tèc ®é biÕn thiªn dßng ®iÖn: di/dt = 500 A/ . * Tèc ®é biÕn thiªn ®iÖn ¸p: dv/dt = 1000 V/ . * §é réng xung ®iÒu khiÓn tèi thiÓu: Tq = 20 . S¬ ®å m¹ch ®iÖn c«ng suÊt: 8
§Õn m¹ch ®iÒu khiÓn R1 BA3 380VAC 22R/30W §Õn m¹ch ®iÒu khiÓn §Õn bé tay hµn C3 105 H×nh 4. M¹ch läc R1 - C3 m¾c song song víi cuén d©y s¬ cÊp cña m¸y biÕn ¸p ®éng lùc cã t¸c dông nh− mét trë t¶i ®èi víi xung tÇn sè cao xuÊt hiÖn tõ m¸y biÕn ¸p khi ®ãng më Thyristor ®Ó tr¸nh nguy hiÓm cho Thyrystor. CÆp Thyristor d¹ng ®Üa 1000A, 1600V ThiÕt kÕ m¸y biÕn ¸p ®éng lùc: 9
- KiÓu ghÐp: BiÕn ¸p c¸ch ly ba trô ®øng, cuén s¬ cÊp vµ thø cÊp trªn cïng mét trô gi÷a. - Tû sè ®iÖn ¸p: U1 / U2 = 380V / 25V. - Tû sè dßng ®iÖn: I1 / I2 = 1 / 15,2. - Dßng cùc ®¹i ®Çu thø cÊp: I2max = 6.500A. - TÇn suÊt lµm viÖc cùc ®¹i: 20%. - Thêi gian cÊp dßng tèi ®a ë dßng cùc ®¹i: 03gi©y. - Thêi gian cÊp dßng tèi thiÓu: 10ms. 25V 380V 6500A H×nh 5. M¸y biÕn ¸p ®éng lùc sau khi chÕ t¹o hoµn thiÖn ThiÕt kÕ lâi t«n silic: 10
- KiÓu EI 3 trô ®øng ghÐp 6 phiÕn, ®é dÇy 0,3mm. H×nh 6.a. e a b A A B C C c D d H×nh 6.b. 11
- TiÕt diÖn th« cña lâi tõ : St = e.b/100 = 200 x 100 / 100 = 200 cm2. - HÖ sè lÊp ®Çy lâi tõ : M = 0,99. - TiÕt diÖn thùc cña lâi tõ : Sо = St.M = 200 x 0,99 = 198 cm2. - Sè phiÕn Fe-Si lo¹i A: 0,3e.M.2 = 200 / 0,3 x 0,99 x 2 = 1320 phiÕn. - Sè phiÕn Fe-Si lo¹i B: 0,3e.M = 200 / 0,3 x 0,99 = 660 phiÕn. - Sè phiÕn Fe-Si lo¹i C: 0,3e.M.2 = 200 / 0,3 x 0,99 x 2 = 1320 phiÕn. - Sè phiÕn Fe-Si lo¹i D: 0,3e.M = 200 / 0,3 x 0,99 = 660 phiÕn. ThiÕt kÕ cuén d©y: - Lo¹i d©y ®iÖn tõ : D©y ®ång bäc c¸ch ®iÖn thuû tinh. - MËt ®é dßng trªn cuén s¬ cÊp vµ cuén thø cÊp : 29 A / mm2. - TiÕt diÖn d©y thø cÊp : 6500 / 29 = 224mm2. - HÖ sè khÐp kÝn tõ th«ng: 0.85. - TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp : 224 / (15,2 x 0.85) = 21 mm2. - HÖ sè thÈm thÊu K :Trong gi¶i tõ 35 ®Õn 45, ta chän K = 40 (møc trung b×nh) - Sè vßng / v«n : N = K / St = 40 / 200 = 0,2 vßng/vol. - Sè vßng cuén s¬ cÊp : N1 = K x U1 = 0,2 x 380 = 76 vßng. - Sè vßng cuén thø cÊp : N2 = K x U2 = 0,2 x 25 = 5 vßng. - Chu vi vßng d©y nhá nhÊt : Cm = 2 ( b+e) = 2 (100+200) = 600mm. - Chu vi vßng d©y nhá nhÊt : CM = Cm + 4 (d-b) = 600 + 4 (240-100) = 1160mm. - ChiÒu dµi trung b×nh 1 vßng d©y : Rtb = (CM+Cm)/2 = (1160+600)/2 = 880mm. - ChiÒu dµi cuén s¬ cÊp : Rsc = N1 x Rtb = 76 x 880 = 66,88m. - ChiÒu dµi cuén thø cÊp : Rsc = N2 x Rtb = 5 x 880 = 4,4m. xö lý C¸ch ®iÖn, chèng Èm, chèng rung, chèng ån: 12
Sau khi m¸y biÕn ¸p ®−îc cuèn d©y, ghÐp t«n Fe-Si, lµm ®Çu cùc xong, ®−a nhóng toµn bé trong s¬n c¸ch ®iÖn, sÊy kh« ë nhiÖt ®é 120 °C trong 4 giê råi ®Ó nguéi vµ ®óc ®Æc c¸c cuén d©y trong keo Epoxy. Sau 2 ngµy keo Epoxy ®· hoµn toµn ®«ng cøng, cÊp ®iÖn 380VAC/ 50Hz vµo cuén d©y s¬ cÊp trong 15 phót vµ kiÓm tra nhiÖt ®é trªn cué d©y vµ lâi tõ, nÕu nhiÖt ®é kh«ng qu¸ 45 °C th× m¸y ®· ch¹y tèt. 2.4 Khèi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn lËp tr×nh: Khèi ®iÒu khiÓn lËp tr×nh lµ khèi ®¶m nhiÖm nhiÒu chøc n¨ng nhÊt, tÊt c¶ c¸c th«ng tin cµi ®Æt, kiÓm tra, ®o ®¹c, tÝnh to¸n, l−u tr÷, ®iÒu khiÓn, hiÓn thÞ ®Òu do khèi nµy d¶m nhiÖm. Trong khèi chøc n¨ng ®iÒu khiÓn lËp tr×nh th× phÇn tö ®¶m nhiÖm nhiÒu chøc n¨ng nhÊt lµ vi ®iÒu khiÓn, phÇn tö nµy chøa mét ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm kh¸ phøc t¹p vµ ®−îc coi nh− lµ bé n·o cña m¸y. 2.4.1 ThiÕt kÕ chøc n¨ng vi ®iÒu khiÓn: Lo¹i vi ®iÒu khiÓn lùa chän: MICROCHIP PIC 18F458 - I / P Trªn thÕ giíi cã kh¸ nhiÒu hä vi ®iÒu khiÓn nh−: hä 89Cxx, AVR cña Atmel, 68HCxx cña Motorola, PsoC cña Cypress, hä PIC cña Microchip, vµ mét sè hä kh¸c cña c¸c h·ng nh−:Zilog, NEC, Philips, Fujitsu... Chóng t«i quyÕt ®Þnh chän vi ®iÒu khiÓn PIC18F458-I/P cña Microchip bëi c¸c lý do sau: 13
+ Lµ hä uC 8 bit ®−îc thÕ giíi dïng phæ biÕn nhÊt vµ kh¼ng ®Þnh ®−îc vÞ trÝ sè mét trong lµng uC 8 bit. TÝnh ®Õn kho¶ng n¨m 2004 th× sè l−îng vÒ dßng uC 8 bit h·ng Microchip b¸n ®−îc nhiÒu nhÊt thÕ giíi. + §é æn ®Þnh vµ kh¶ n¨ng chÞu nhiÔu cao tu©n theo chuÈn c«ng nghiÖp. + §ãng gãi 40 ch©n d¹ng DIP, nªn ®Çy ®ñ ch©n vµo/ra cho øng dông thiÕt kÕ m¸y hµn vµ cßn ®ñ tµi nguyªn cho viÖc ph¸t triÓn më réng thªm tÝnh n¨ng. + Tèc ®é cao: 10 triÖu lÖnh/ gi©y. + Cã ®Çy ®ñ tµi nguyªn nh−: cã 32 kbyte Flash, 1536 byte RAM, 256 byte EEPROM, 3 bé ®Þnh thêi, cã c¸c giao tiÕp nh− RS232, SPI, c¸c bé biÕn ®æi ADC 10 bit 8 kªnh, DAC_PWM 10 bit, c¸c module quan träng kh¸c cho hÖ ®iÒu khiÓn c«ng nghiÖp/ qu©n sù nh−: Watchdog, Brown - out reset... C¸c tµi nguyªn trªn lµ kh«ng thÓ thiÕu trong bµi to¸n thiÕt kÕ m¸y hµn. PhÇn mÒm ®−îc viÕt b»ng ng«n ng÷ C (HTPIC C cña h·ng Hitech) trªn nÒn so¹n th¶o MPLAB IDE, lµ ng«n ng÷ hiÖn nay ®−îc céng ®ång thÕ giíi ®¸nh gi¸ lµ tr×nh dÞch C tèi −u nhÊt. Sau khi biªn dÞch tõ ng«n ng÷ C thµnh m· m¸y (*.hex), ng−êi sö dông cã thÓ n¹p vµo chip th«ng qua c¸c m¹ch n¹p th«ng dông nh− ICD2, GTP_USB th«ng qua giao diÖn ICSP.... CÊu h×nh sö dông cho m¸y hµn ®Ò tµi: - Dao động thạch anh 10 mhz và hệ số nhân tần là 4 (PLLx4) - Sử dụng module Watchdog(reset lại khi treo). - Sử dụng mức thấp nguồn reset là 2.7V. - Hai kênh ADC 10 bit để đo dòng hàn và đo biên độ điện lưới. Thời gian lấy mẫu của dòng hàn là 0.5 ms/ mẫu. - Sử dụng module DAC_PWM 10 bit để đưa ra điện áp kiêm tra. - Dùng ngắt ngoài INT0 để xác định thời điểm pha không. 14
- Dùng ngắt timer 0 để làm thời gian đồng bộ lấy mẫu. - Dùng ngắt timer 1 để tạo thời gian mở thysistor kể từ pha không. - Dùng ngắt timer 3 để quét phím bÊm và quản lý hệ thống. - Dùng module SPI để đẩy dữ liệu hiển thị 8 LED 7T. - Dùng module UART để giao đẩy các dữ liệu test về PC và phát triển hệ thống khi cần ghép nối máy tính. - Dùng gần 20 byte EEPROM để lưu các thông số thiết lập phòng khi mất điện. - Chương trình đã sử dụng tới 16244 bytes ROM (49.6%) byte ROM chiếm tỷ lệ 49.6%. - Dung lượng RAM đã dùng là 177 byte chiếm tỷ lệ 11.5%. L−u ®å tiÕn tr×nh phÇn mÒm: Start H×nh 7. Khëi t¹o c¸c Module ng¾t tµi nguyªn Module ng¾t x¸c ®Þnh pha cña Vi ®iÒu lÊy mÉu kh«ng cña khiÓn c¸c ADC chu kú l−íi ®iÖn module ng¾t 0.5ms vÒ ¸p vµ dßng Vòng lặp main Module ng¾t Module ng¾t Module ng¾t ®Þnh thêi ®Þnh thêi ®äc gi¸ trÞ ®iÒu khiÓn quÐt phÝm vµ cña ADC c«ng suÊt ®iÒu khiÓn mçi khi ADC thysistor hÖ thèng ®· hoµn tÊt theo chu biÕn ®æi tr×nh 15
l−u ®å gi¶i thuËt vßng lÆp main: H×nh 8. Xóa cờ Watchdog Đến thời điểm đọc bài phím (Lặp lại sau N 10ms)? Y Xử lý lệnh ấn nút: -Thay đổi mode hiển thị. -Thay đổi các tham số Đến thời điểm cuối pha (Lặp lại sau bán kỳ N lưới)? Y -Tính toán dòng bán kỳ trước. -Tính toán biên độ điện áp lưới. -Đưa về chế độ an toàn. -Cảnh báo. Kiểm tra: quá Y -Ngừng điều khiển tải, áp, nhiệt, thấp áp? N Tính toán công suất và đưa ra tham số cho các ngắt điều khiển module spi hiÓn thÞ ch÷ sè led: 16