Tài liệu 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 h¬i Mèi hµn TIG 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 ChiÒu dÇy thÐp (mm) §−êng kÝnh ®iÖn cùc (mm) ®é mÒm ChÕ ®é Thêi Thêi Lùc Ðp (kg) cøng Dßng hµn gian cÊp (Ampe) dßng Lùc Ðp Dßng hµn (kg) (Ampe) (gi©y) gian cÊp dßng (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 nguån PhÇn c«ng suÊt §−êng §K Thyrystor PhÇn tay hµn §Çu má hµn NhiÖt ®é §K PhÇn ®iÒu khiÓn 380vac §−êng d÷ liÖu §−êng PhÝm bÊm PhÇn hiÓn thÞ §−êng ngu«n 220V PhÇn c¾t qu¸ nhiÖt §−êng giã lµm m¸t PhÇn lµm m¸t b»ng giã PhÇn lµm m¸t b»ng n−íc §−êng contac ®khiÓn §−êng ®iÒu khiÓn §−êng n−íc l¹nh §−êng n−íc nãng 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 473P 380V AUTOMAT 100A C2 473P 200mH §Õn phÇn c«ng suÊt TI 200/5A BA1 6V 6V BA2 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. 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 * §iÖn ¸p chuyÓn m¹ch: = . S¬ ®å m¹ch ®iÖn c«ng suÊt: 8 §Õn m¹ch ®iÒu khiÓn R1 22R/30W 380VAC BA3 §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. 380V 25V 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 - 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 - 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 = 198 cm2. = 660 phiÕn. = 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 : - TiÕt diÖn d©y thø cÊp 29 A / mm2. : 6500 / 29 - HÖ sè khÐp kÝn tõ th«ng: - TiÕt diÖn d©y s¬ cÊp : = 224mm2. 0.85. 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. Module ng¾t x¸c ®Þnh pha kh«ng cña l−íi ®iÖn Khëi t¹o c¸c tµi nguyªn cña Vi ®iÒu khiÓn c¸c module ng¾t Module ng¾t lÊy mÉu ADC chu kú 0.5ms vÒ ¸p vµ dßng Vòng lặp main Module ng¾t ®Þnh thêi ®iÒu khiÓn c«ng suÊt thysistor Module ng¾t ®Þnh thêi quÐt phÝm vµ ®iÒu khiÓn hÖ thèng theo chu tr×nh Module ng¾t ®äc gi¸ trÞ cña ADC mçi khi ADC ®· hoµn tÊt biÕn ®æi 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 10ms)? N 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 lưới)? N Y -Tính toán dòng bán kỳ trước. -Tính toán biên độ điện áp lưới. -Đưa về chế độ an toàn. -Cảnh báo. -Ngừng điều khiển Y Kiểm tra: quá 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