Tài liệu Tìm hiểu một số thiết bị điện dân dụng mới và tính toán thiết kế một máy hàn điện công nghiệp và dân

Đề tài: Tìm hiểu một số thiết bị điện dân dụng mới và tính toán thiết kế một máy hàn điện công nghiệp và dân dụng

Phần mở đầu
1.Lí do chọn đề tài
Ngày nay, nhờ ứng dụng những thành tựu của kĩ thuật điện tử mà các thiết bị gia dụng từng bước được hoàn thiện và hiện đại hơn. Các thiết bị không ngừng ứng dụng những công nghệ mới ngày càng hiện đại đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người như hệ thống điện chiếu sáng sử dụng một số nguồn sáng mới, công nghệ tạo ụzôn, máy lọc nứơc, ḷ vi súng và nhiều thiết bị khác.
Những thiết bị này rất đa dạng và phong phú , để giúp người sử dụng được thuận lợi trong việc sử dụng khai thác tốt các dụng cụ này cũng như bổ sung những hiểu biết về một số thiết bị mới ngoài những thiết bị chúng em đă tỡm hiểu trong học phần thiết bị điện dơn dụng với sự giúp đỡ của thầy Hoàng Kim Hải em đă lựa chọn đề tài khoá luận cho ḿnh là : “ T́m hiểu một số thiết bị điện dân dụng mới và tính toán thiết kế một máy hàn điện công nghiệp và dân dụng”









2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu và tỡm hiều cấu tạo, nguyên lí hoạt động cũng như ứng dụng của một số thiết bị điện dân dụng , thiết kế mô h́nh một máy hàn nhằm đáp ứng nhu cầu học tầp của sinh viên, trang bị sơu rộng những kiến thức thực tế trong quá tŕnh dạy học. Từ đó tạo ra hứng thú học tập để sinh viên tự nghiên cứu, mở rộng hơn kiến thức của ḿnh về các thiết bị dân dụng trong đời sống hàng ngày
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
Tỡm hiểu về cấu tạo , nguyên lí, đặc điểm, ứng dụng của mốt số thiết bị điện dơn dụng và thiết kế mô h́nh của một máy hàn điện.
- Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu về một số thiết bị điện dân dụng trong thực tế, thiết kế một máy hàn.
4.Nhiệm vụ nghiờn cứu
- Cấu tạo, nguyên lí, đặc điểm, ứng dụng của một số thiết bị điện dơn dụng trong gia đ́nh và trong công nghiệp.
- Thiết kế một máy hàn điện cụ thể
5. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập , tỡm hiểu các thông tin về cấu tạo, nguyên lí làm việc của một số thiết bị điện dơn dụng.
- Tớnh toán thiết kế một máy hàn điện.


6. Cấu trúc của đề tài
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo. Nội dung chớnh của khoá luận được chia làm 2 phần :
Phần 1 : Một số thiết bị điện dơn dụng
Phần 2 : Thiết kế mô h́nh máy hàn


















Phần 1
Một số thiết bị điện dân dụng

Các thiết bị điện sử dụng trong đời sống hàng ngày rất đa dạng, phong phú và ngày càng hiện đại, ở phần này giới thiệu một số thiết bị điện dơn dụng như : ổn áp, quạt, đèn chiếu sáng, máy lọc nước, máy hút ẩm và một số thiết bị khác.
1. Ổn áp
Việc sử dụng máy tăng giảm điện để chạy các thiết bị điện, điện tử có nhiều bất tiện như phải điều chỉnh bằng tay, kém tin cậy, không kịp thời dù biến áp có cả bộ tự động cắt điện th́ cũng gơy mất điện v́ quá áp. Chớnh v́ vậy, hiện nay người ta thích dùng máy ổn áp.
Ổn áp là thiết bị có thể tự động ổn định được điện áp đầu ra trong một phạm vi khá rộng dù điện áp lưới điện xoay chiều ở đầu vào biến động. Ổn áp xoay chiều thông dụng có 3 loại : ổn áp cơ điện tử, ổn áp sắt từ và ổn áp điện tử.
1.1. Ổn áp cơ điện tử
1.1.1. Giới thiệu chung
Đơy là máy được dùng phổ biến hiện nay có phần cơ điện là một bộ tăng,giảm điện vô cấp.Cuộn dơy điện từ kiểu tự ngẫu được quấn vào lừi sắt “ silic” h́nh vành khăn. Một động cơ ‘servo’ quay con trượt tiếp xúc vào lớp dơy đă mài hết cách điện để thay đổi số ṿng AX cho phù hợp với điện áp vào U[SUB]1[/SUB] nhằm giữ điện áp U[SUB]2[/SUB]luôn ổn định. Như h́nh vẽ sau:


H́nh 1-1 : Nguyên lí biến áp tự ngẫu quay bằng động cơ

Giả sử :
- U[SUB]1[/SUB] tăng động cơ sẽ quay thuận chiều kim đồng hồ đe tăng số ṿng W[SUB]1[/SUB].
- U[SUB]1[/SUB] giảm th́ động cơ quay ngược chiều kim đồng hồ giảm số ṿng phía điện vào (AX)
- Động cơ sẽ đứng lại khi U[SUB]2[/SUB] đạt đúng định mức.
- Phần điện tử sẽ điều chỉnh động cơ servo hoạt động để U[SUB]2[/SUB] luôn ổn định ở 220V nhờ các mạch ‘trigơ’ dùng IC hoặc transitor.
1.1.2. Nguyên lí làm việc
1.1.2.1. Nguyên lí làm việc của ổn áp dùng transitor

H́nh1-2 : Sơ đồ nguyên lí ổn áp cơ điện tử dùng transitor
Trên h́nh vẽ là mạch ổn áp tự động có 12 transitor trong đó : các transitor Q[SUB]5[/SUB]-Q[SUB]6[/SUB]để khuếch đại tín hiệu ḍ áp; tiếp theo là các tầng ‘trigơ’ Q[SUB]1[/SUB]-Q[SUB]2[/SUB] và Q[SUB]3[/SUB]-Q[SUB]4[/SUB] ; cuối cùng tín hiệu vào các tầng sau để đóng mở điện cho động cơ servo 12V ở trạng thái: quay thuận, quay ngược hoặc ngừng lại, để ổn định điện áp ra U[SUB]2[/SUB].
Các transitor Q[SUB]9[/SUB],Q[SUB]10[/SUB], Q[SUB]11[/SUB],Q[SUB]12[/SUB] dùng loại 2SC2383, cũn lại là 2SC945
Chiết áp : R[SUB]V[/SUB] = 10K; R[SUB]20[/SUB] R[SUB]21[/SUB] 10 Ω
+ Giả sử : điện áp nguồn tăng, th́ ḍng đưa vào Q[SUB]5[/SUB] tăng (U[SUB]B[/SUB] ) nó sẽ dẫn mạch nên điện áp trên cực E tăng(U[SUB]E [/SUB] ) và U[SUB]C[/SUB] giảm : Q[SUB]1[/SUB] tắt, Q[SUB]2[/SUB] dẫn làm cho U[SUB]B[/SUB] và Q[SUB]7[/SUB] tụt xuống mức thấp nhất nên nó ngưng dẫn. Áp ở cực E của Q[SUB]6[/SUB] tăng cao, nó sẽ tắt và U[SUB]C [/SUB]cũng cao nờn : Q[SUB]3[/SUB] dẫn và Q[SUB]4[/SUB] tắt; vậy Q[SUB]8[/SUB] sẽ dẫn mạnh. Q[SUB]9[/SUB] và Q[SUB]12[/SUB] sẽ mở.
Điện áp một chiều 12V sau khi đă được nắn lọc (không vẽ ở sơ đồ) cấp vào động cơ DC qua Q[SUB]9[/SUB] và Q[SUB]12[/SUB] (A→ B) sẽ quay thuận chiều kim đồng hồ kéo con trượt ở biến áp tự ngẫu cho tăng số ṿng cuộn sơ cấp để giảm điện áp ra xuống mức quy định 220V.
+ Nếu điện áp nguồn giảm, mạch sẽ tác động ngược lại. Lúc này U[SUB]B[/SUB] vào Q[SUB]5[/SUB] giảm, nên áp ở cực E giảm và U[SUB]C[/SUB] tăng làm cho : Q[SUB]1[/SUB] dẫn mạnh, Q[SUB]2[/SUB] tắt và Q[SUB]7[/SUB] dẫn. Áp cực E của Q[SUB]6[/SUB] giảm, nó sẽ dẫn mạnh nên U[SUB]c[/SUB] ở Q[SUB]6[/SUB] giảm : Q[SUB]3[/SUB] tắt và Q[SUB]4[/SUB] dẫn nên U[SUB]B[/SUB] ở Q[SUB]8[/SUB] tụt xuống thấp làm nó ngừng dẫn. Q[SUB]10[/SUB] và Q[SUB]11[/SUB] sẽ mở. Động cơ được cấp điện 1chiều 12V qua Q[SUB]10[/SUB] và Q[SUB]11[/SUB] (B → A) đă đảo chiều nên sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ, kéo con trượt ở biến áp tự ngẫu cho giảm số ṿng cuộn W[SUB]1[/SUB] để tăng điện áp ra đúng định mức quy định 220V.
+ Khi điện áp ra ổn định, đạt định mức 220V th́ điện áp trên R[SUB]V[/SUB] không đủ làm Q[SUB]1[/SUB]dẫn và cũng không đủ làm Q[SUB]3[/SUB] bóo hoà nên Q[SUB]7[/SUB]và Q[SUB]8[/SUB] đều ở trạng thái khóa.
Động cơ ĐC không được cấp điện sẽ đứng ở vị trí nhất định( chỉnh R[SUB]V[/SUB] có thể thay đổi được U[SUB]2[/SUB] ± vài %).
+ Trường hợp điện áp nguồn cao quá hoặc thấp dưới mức cho phép của ổn áp th́ con trượt (nối với rôto) sẽ gạt vào công tắc K lắp ở 2giới hạn biên, nối mát chơn B của Q[SUB]8[/SUB], Q[SUB]7[/SUB] : động cơ mất điện, ổn áp tự động cắt điện.
1.1.2.2. Nguyên lí làm việc của ổn áp có mạch điện tử dùng IC
Sơ đồ nguyên lí :

H́nh1.3. Sơ đồ nguyên lí ổn áp cơ điện tử lioa
Các loại ổn áp điện tử ngày nay đều có mạch điện tử dùng IC thay cho linh kiện rời
Trên đơy là mạch điện ổn áp cơ điện tử của hóng Lioa NL-1000NM có đến 3IC. Trong đó IC[SUB]1[/SUB] kư hiệu HA17324 là IC điều khiển; IC[SUB]2[/SUB] là cầu cơn bằng để chạy động cơ ĐC dùng kư hiệu IC BA6209, Q[SUB]1[/SUB] là IC ổn áp DC 12V ; hai transitor T[SUB]1[/SUB] và T[SUB]2[/SUB] kư hiệu 2SC945 định giới hạn trên (250V) và giới hạn dưới (150V) cho phạm vi điều chỉnh thay cho 2công tắc hành tŕnh cơ khí K[SUB]1[/SUB],K[SUB]2[/SUB].
Nguyên lí làm việc : Tương tự như nguyên lí làm việc của mạch điện tử dùng transitor.
1.2. Ổn áp sắt từ
- Loại ổn áp này rất đơn giản, làm việc ở trạng thái bóo hoà từ. Cấu tạo thường có 2 phần khác nhau : một phần giống biến áp thông thường, cũn phần kia được tớnh theo chế độ bóo hoà từ. Chúng có thể ghép chung vào một lừi chữ E không đối xứng(một nhánh có tiết diện lớn, cũn nhánh kia nhỏ để đạt bóo hoà)cũng có khi tách thành 2-3lừi riêng biệt cho dễ bố trí và điều chỉnh.
Sơ đồ nguyên lí của ổn áp sắt từ có 3lừi :

H́nh 1-3 : Sơ đồ nguyên lí bộ ổn áp sắt từ
Lừi dẫn từ h́nh vành khăn, trên đó có quấn cuộn dơy L[SUB]3[/SUB] kiểu biến áp tự ngẫu. Tụ C được chọn và nối theo mạch cộng hưởng song song để giữ U ra thật ổn định. Điện áp U[SUB]2[/SUB] ra được bù trừ nhờ cuộn kháng L[SUB]1[/SUB] và cuộn bù L[SUB]2[/SUB](lọc).
- Hoạt động : Giả sử U vào tăng quá 220V th́ ḍng điện I(có tớnh điện cảm) sẽ gơy ra sụt áp tăng lờn trên cuộn kháng L[SUB]1[/SUB], để giữ được U[SUB]2[/SUB] vẫn ở mức 220V, ḍng điện I sẽ giảm xuống nhưng nhờ tụ C (có tớnh điện dung) ở L[SUB]2[/SUB] sẽ bù lại phần sụt áp này. Chớnh v́ vậy điện áp ra U[SUB]2[/SUB] luôn giữ được ổn định.
- Nhận xét : Ổn áp cộng hưởng sắt từ phải làm việc ở chế độ bóo hoà từ nên rất nóng, tổn hao điện nhiều, độ ổn định không bằng ổn áp điện tử nhưng tác động nhanh, nhạy hơn ổn áp cơ điện tử, độ bền cao, công suất phù hợp với dụng cụ điện gia đỡnh nên vẫn được ưa chuộng.
1.3. Ổn áp xoay chiều điện tử.
Ở những nơi mà điện nguồn không ổn định, dao động từ U[SUB]V[/SUB]=190V đến 250V có thể tự lắp lấy ổn áp để có U[SUB]ra[/SUB]=220V dùng cố định cho một thiết bị
Dựa vào phương pháp điều khiển khống chế xung- pha bằng một mạch tạo dao động dùng các transitor và biến áp xung B[SUB]2[/SUB] tạo xung đồng bộ với tấn số của nguồn điện mạng(50-60Hz). Thysistor đóng vai tṛ là phần tử điều chỉnh điện áp qua biến áp B[SUB]1[/SUB].
Như h́nh vẽ sau:
H́nh 1-4 : Sơ đồ nguyên lí bộ ổn áp điện tử
Điện áp trên tải được đưa tới tụ C[SUB]2[/SUB] qua một mạch phơn áp(R[SUB]18[/SUB]-R[SUB]21[/SUB]) và qua cầu điôt ( V[SUB]D10[/SUB]-V[SUB]D11[/SUB]). Điện áp này tỷ lệ và gần bằng với điện áp thực trên tải. Tín hiệu hồi tiếp thể hiện về những thay đổi của điện áp đầu ra của bộ ổn áp này được đưa qua chiết áp R[SUB]4[/SUB] vào mạch điều khiển. Phần mạch điều khiển này bao gồm bộ tạo xung T[SUB]1[/SUB]-T[SUB]2[/SUB] và biến áp xung B[SUB]2[/SUB], điện áp chuẩn được tạo ra bởi mạch ổn áp (R[SUB]1[/SUB],V[SUB]D1[/SUB],V[SUB]D2[/SUB]).
Việc so sánh tín hiệu hồi tiếp với điện áp chuẩn được thực hiện trên cực góp của T[SUB]2[/SUB]; T[SUB]2[/SUB] thông nhiều hay ít là do mức tín hiệu hồi tiếp quyết định.
Nhờ đó tụ C[SUB]3[/SUB] sẽ được nạp đến điện áp làm việc của mạch ngưỡng T[SUB]3[/SUB], T[SUB]4[/SUB] trước hoặc sau thời điểm ban đầu của mỗi chu ḱ. Các điện trở R[SUB]6[/SUB],R[SUB]8[/SUB],R[SUB]9[/SUB] để hạn ḍng; R[SUB]7[/SUB] làm giảm các ảnh hưởng của dũng ngược cực phát T[SUB]2[/SUB] tới các quá tŕnh xảy ra trong bộ tạo xung.
Khi điện áp trên tụ C[SUB]3 [/SUB] trở nên lớn hơn điện áp trên điện trở R­[SUB]11[/SUB] (khoảng 0,7V) th́ lập tức T[SUB]3[/SUB],T[SUB]4[/SUB] thông và tụ C[SUB]3[/SUB] phóng điện qua cuộn sơ cấp của biến áp tạo xung B[SUB]2[/SUB]. Trên các cuộn thứ cấp sẽ xuất hiện các xung ngắn đưa tới cực điều khiển G của Thyristor Th[SUB]1[/SUB], Th[SUB]2[/SUB] qua các điện trở hạn ḍng R[SUB]16[/SUB],R[SUB]17[/SUB].
-Trong mạch dùng 2 thyristor đấu song song ngược chiều đẻ điều chỉnh được cả nửa chu ḱ ơm lẫn chu ḱ dương của nguồn.
Giả sử điện áp nguồn tằng lên đến 250V, điện áp trên C[SUB]2[/SUB] sẽ cao hơn điện áp chuẩn; T[SUB]2[/SUB] đóng, tụ C[SUB]3[/SUB] không kịp nạp tới mức ngưỡng nên T[SUB]3[/SUB],T[SUB]4[/SUB] khoá , bộ tạo xung lúc này không làm việc, các thyristor không dẫn và ḍng tải sẽ đi qua các biển trở R[SUB]13[/SUB]-R[SUB]14[/SUB]gơy nên các sụt áp nên điện áp ra trên tải chỉ tăng ở mức 220±5V
-Khi điện áp mạng giảm dưới mức quy định th́ bộ tạo xung sẽ làm việc, các thyristor sẽ thụng(thông hoàn toàn khi điện áp này giảm xuống gần 200V). Lúc này ḍng tải sẽ đi qua R[SUB]15 [/SUB]và các thyristor. Sụt áp trên R[SUB]15[/SUB] không đáng kể nệ điện áp ra vẫn ở mức cho phép. Điện trở R[SUB]15[/SUB] có tác dụng làm giảm biên độ ḍng điện so sự thay đổi đột ngột trong quá tŕnh này và nó cũng tiêu tán khoảng 5W.
2. Quạt điện
Quạt điện là thiết bị dẫn động bằng điện nhằm tạo ra các luồng gió phục vụ lợi ích con người và ngày càng được cải tiến từ chỗ dùng các công tắc để thay đổi tốc độ quat dần dần cải tiến lên thay đổi tốc độ gió bằng mạch điện tử hay điều khiển tốc độ quạt bằng các điều khiển từ xa.
2.1 Cấu tạo chung của quạt
Quạt điện nào cũng gồm 3 phần chớnh :
- Phần tĩnh (stato) được làm bằng những lá thép sillớc mỏng ghép lại thành h́nh trụ rỗng. Trên stato được dập sẵn các cực hoặc các rónh để quấn dơy điện từ.
- Phần động (rôto) cũng do các lá thép kỹ thuật điện ghép lại thành khối trụ. Trên bề mặt rôto cũng có các rónh đúc nhôm kín, tạo thành những thanh dẫn điện nối với nhau bằng ṿng ngắn mạch ở 2 đầu. Trên rôto có trục để lắp cánh quạt
- Phần nắp thường ở 2 đầu được lắp bạc hoặc ṿng bi để cho rôto quay trơn so với stato.
2.2 Nguyờn lớ làm việc chung
Các loại quạt điện thông dụng đều là động cơ điện xoay chiều không đồng bộ một pha rôto lồng sóc.
Khi cho điện xoay chiều 1pha vào các cuộn dơy stato ḍng điện I[SUB]1[/SUB] đi qua cuộn dơy sẽ sinh ra từ trường Φ[SUB]1[/SUB]. Trong rôto lồng sóc có các thanh dẫn sẽ cảm ứng ra các sức điện động, nhờ có sự liền mạch ở hai đầu nên xuất hiện ḍng điện I[SUB]2[/SUB] trong rôto, tương ứng là từ trường Φ[SUB]2[/SUB].
Cả stato và rôto lúc này đều có từ trường nhưng không làm quạt tự quay được v́ đây chỉ là từ trường đập mạch khi đó nếu mồi bằng tay vào rôto quay theo chiều nào th́ quạt sẽ quay theo chiều đó.
Để tạo được mômen khởi động cho quạt điện người ta thường dùng 2phương pháp khởi động :
- Khởi động quạt điện bằng ṿng chập
- Khởi động bằng cuộn dơy phụ qua tụ điện
a) Đối với quạt điện ṿng chập