TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN
THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ BÀI: Đề số 6
Thiết kế bộ nguồn một chiều cấp cho bể mạ
Yêu cầu công nghệ Thông số thiết kế
Thiết kế bộ chỉnh lưu có điều khiển Điện áp vào 220/380V, f=50Hz,
dòng đầu ra 200A, điện áp mạ có thể
điều chỉnh trong khoảng 6 – 30V
Giáo viên hướng dẫn: ĐOÀN VĂN TUÂN
Sinh viên: PHẠM TIẾN ANH
Hải Phòng, năm 2012
ĐỀ CƯƠNG SƠ BỘ
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạ điện
1.1.Giới thiệu công nghệ
- Sơ đồ điện phân
Các thành phần cơ bản của sơ đồ điện phân:
+ Nguồn điện một chiều
+ Anốt
+ Catốt
+ Dung dich chất điện phân
+ Bể điện phân
1.2.Yêu cầu của công nghệ
- Yêu cầu bề mặt trước khi mạ
- Phương pháp gia công bề mặt kim loại trước khi mạ
1.3.Các ứng dụng
- Lớp mạ bảo vệ
- Lớp mạ trang trí
- Lớp mạ trang trí bảo vệ
- Lớp mạ kỹ thuật

Tài liệu tham khảo :
1. Giáo trình điện tử công suất - Trần Trọng Minh - Nhà xuất
bản giáo dục - 2003
2. Điện tử công suất - Nguyễn Bính - Nhà xuất bản khoa học
kỹ thuật – 2008
3. Mạ điện - Nguyễn Khương - Nhà xuất bản khoa học kỹ
thuật - 2006
4. Bài giảng điện tử công suất của thầy Đoàn Văn Tuân
5. Thiết kế máy biến áp - Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh - Nhà
xuất bản khoa học kỹ thuật – 2006
Giáo viên hướng dẫn Sinh viên
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạ điện
1.1.Giới thiệu công nghệ.
Từ nhiều năm nay công nghệ mạ điện đã ra đời và phát
triển mạnh mẽ. Ngày nay hầu hết các nước trên thế giới
công nghệ mạ điện đã phát triển một cách vượt bậc có ứng
dụng rộng rãi trong thực tế, đời sống phục vụ đắc lực cho các
nghành khoa học kỹ thuật như mạ trên các vật liệu các chi
tiết máy, các ứng dụng đời thường, các vật trang trí …
Cho đến nay kỹ thuật mạ đã có những bước tiến nhảy vọt
và thoả mãn được các yêu cầu kỹ thuật như tạo lớp mạ dày,
có cấu trúc tốt độ cứng cao chịu ma sát tốt, chịu áp lực ngay
ỏ nhiệt độ cao như pít tông , xi lanh…
Mặc dù mạ đã có những bước phát triển đáng kể xong
trên thé giới các nhà khoa học đã và đang không ngừng
nghiên cứu tìm tòi và sáng tạo ra các phương pháp mạ tốt
nhất. Họ tập trung tìm tòi các chất phụ gia mới ,phương
pháp điện phân mới de tạo ra các lớp mạ tốt có cấu trúc tinh
thể mịn, dẻo, độ cứng cao không bong xước ở điều kiện thay

anốt không hoà tan. Anốt hoà tan được dùng trong các
trường hợp mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, mạ thiếc… Trong
quá trình điện phân anốt tan vào dung dịch mạ theo phản
ứng ở điện cực :
Ni – 2e = Ni
2+
Cu – 2e = Cu
2+
Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân và đi đến
catốt. Phản ứng điện hóa ở anốt là phản ứng oxi hóa.
Anốt không hòa tan dùng trong trường hợp mạ Crôm. Khi
điện phân ở bề mặt anốt không hoà tan cũng diễn ra quá
trình oxi hóa H
2
O, OH¯, Cl¯
2Cl¯ - 2e = Cl
2
4OH¯ - 4e = 2H
2
O + O
2
↑
Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thường chính là
O
2
hay Cl
2
.
3. Catốt : là điện cực nối với cực âm của nguồn điện
một chiều. Trong mạ điện catốt là vật mạ. Trên bề mặt vật

kim loại (khí H
2
khi gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây ra sự
rạn nứt, giòn kim loại). Người ta gọi hiện tượng này là hiện
tượng “ giòn kim loại “.
Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loại nền đồng
thời cho lớp mạ đồng đều, bóng sáng hấp dẫn, trước khi mạ
ta cần phải gia công cho bề mặt chi tiết bằng phẳng, bóng
và sạch các chất dầu mỡ màng oxít.
Catốt vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch,
thường ngập dưới mặt
nước 8 – 15cm và cách đáy bể khoảng 15cm. Các chỗ nối
phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt, không để gây ra hiên tượng
phóng điện trong chất điện phân. Tuyệt đối không để chạm
trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch điện.
4. Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện
phân dùng để mạ thường có hai phần:
_ Thành phần cơ bản : gồm muối và hợp chất chứa iôn
của kim loại mạ và một số hoá chất thiết yếu khác, nếu thiếu
hóa chất này thì dung dich không thể dùng để mạ được.
_ Thành phần thứ hai : bao gồm các chất phụ gia
+ Chất làm bóng lớp mạ
+ Chất đệm giữ cho pH của dung dịch ổn định
+ Chất giảm sức căng nội tại đảm bảo lớp mạ không
bong nứt
+ Chất san bằng đảm bảo cho lớp mạ đồng đều hơn
+ Chất làm tăng độ dẫn điện cho lớp mạ đồng đều hơn
+ Chất chống thụ động hóa anốt nhằm ổn định mạ
Một số đặc điểm dung dịch mạ :
_ Dung dịch mạ cần phải có độ đẫn điện cao. Độ đẫn điện

5. Bể điện phân : Làm từ vật liệu cách điện, bền hóa
học, bền nhiệt. Thành và mặt trong của bể thường được lót
bằng chất dẻo có độ bền hóa học, bền nhiệt. Lớp chất dẻo
lót phải kín tuyệt đối, nước không thấm qua được. Mặt ngoài
sơn nhiều lớp chống gỉ. Bể mạ thường có dạng hình chữ
nhật, điều này giúp cho lớp mạ được phân bố đều hơn bể có
hình dạng khác. Có nhiều bể mạ như bể mạ tĩnh, thùng mạ
quay,…
Trên dây là toàn bộ sơ đồ tổng quát của quá trình mạ
bằng điện phân.
1.2.Yêu cầu của công nghệ.
_ Yêu cầu bề mặt trước khi mạ:
+ Trước khi mạ vật cần mạ được tiến hành gia công cơ
khí để có bề mặt
bằng phẳng, đồng thời tẩy xóa các lớp ứ gỉ, đánh bóng bề
mặt theo yêu cầu sử dụng.
+ Tẩy sạch dầu mỡ các hợp chất hóa học khác có thể có
trên bề mặt vật
mạ.
Tóm lại trước lúc chi tiết vào bể điện phân, bề mặt cần
phải thật bằng phằng, sắc nét bóng tuyệt đối sạch dầu mỡ,
các màng oxit có thể có. Trong điều kiện như vậy lớp mạ thu
được mới có độ bóng tốt, không sước, không sần sùi, bóng
đều toàn lớp mạ đồng nhất như ý.
_ Phương pháp gia công bề mặt kim loại trước khi mạ:
+ Phương pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô, mài
tinh, đánh bóng
quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay.
+ Phương pháp gia công hóa học hay điện hóa học bao
gồm : tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa sạch.

phẩm và sức thu hút của mọi dụng cụ máy móc , đồ dùng cá
nhân, trang sức…
+ Lớp mạ này có độ bóng sáng màu hấp dãn giữ được
lâu ví dụ như: mạ vàng, mạ bạc…Thường dùng mạ ca tốt.
+ Người ta tạo lớp mạ trang trí bằng cách tạo một lớp
mỏng kim loại trên bề mặt vật cần mạ, độ bóng tạo ra bằng
cách đánh bóng cơ khí hoá học điện hoá.
_ Lớp mạ trang trí bảo vệ:
+ có một số chi tiết máy do nhu cầu thực tế là giá thành
hạ và không cần
dùng kim loại hay hợp kim đắt tiền để chế tạo người ta sử
dụng các kim loại hay hợp kim rẻ tiền rồi mạ các lớp mạ lên
nó tạo điều kiện cho việc tiêu thụ sản phẩm tốt…
+ Là loại lớp mạ vừa trang trí vừa bảo vệ kim loại nền.
+ Ví dụ: dùng lớp mạ ca tốt như niken - crôm, đồng
-crôm… do niken có độ bền cao nên đóng vai trò là lớp bảo
vệ.
_ Lớp mạ kỹ thuật:
+ Ngoài các lớp mạ thông thường còn có lớp mạ kỹ
thuật đó là lớp mạ có các tính chất lý hoá đặc biệt mà các
lớp kim loại nền không có…
+ Chúng ta sử dụng rộng rãi và có ứng dụng trong thực
tế như:
- Mạ làm tăng độ bền chống ma sát ổ trục.
- Mạ phục hồi các chi tiết máy.
- Mạ tăng độ dẫn điện.
- Mạ làm tăng độ chống mài mòn.
Chương 2: Tính chọn mạch công suất
2.1. Các mạch công suất
+ Chỉnh lưu cầu một pha

di
R
dU
απ
π
απ
α
π
θ
π
θθ
π
sin2
1
2
U
d =
π
2
22 U
cos
α
Dạng sóng cơ bản :
b. Ưu, nhược điểm :
_ Ưu điểm : + điện áp ngược đặt lên mỗi van nhỏ
+ phù hợp với mach có dòng điện nhỏ
_ Nhược điểm : Trong quá trình thay đổi góc điều khiển α thì
dòng và áp thay đổi nhưng không giữ tính đối xứng nên quá
trình tính toán phức tạp.Không dùng được cho tải có công
suất lớn, nếu dùng gây ra hiện tượng công suất bị lệch pha.

3
2
π
)
U
c
=
2
U
2
sin(
θ
+
3
2
π
)
Thứ tự kích mở : 1-2-3-4-5-6
Khi kích mở một thyristor bất kì, phải đệm xung thyristor
trước đó
Sơ đồ cầu = sơ đồ hình tia T
1
T
3
T
5
(V
o1
) + sơ đồ hinh tia T
2

3
d
I
Dạng sóng cơ bản:
b. Ưu, nhược điểm :
_ Ưu điểm :
+ số xung áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập
mạch của điện áp
chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao.
+ không làm lệch pha lưới điện.
_ Nhược điểm :
+ sử dung số van lớn, giá thành thiết bị cao
+ sơ đồ này chỉ dung cho tải công suất lớn, dung tải nhỏ
và điện áp chỉnh
lưu đòi hỏi độ bằng phẳng.
Do dòng tải dùng trong mạ điện có trị số lớn, nên không
áp dụng được
phương pháp này, vì các van không chịu được dòng tải lớn.
2.2.3. Chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
a. Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng, được
biểu diễn như trên sơ đồ, bao gồm máy biến áp động lực, có
cuộn kháng cân bằng L
cb
, 6 thyristor chia làm hai nhóm T1,
T3, T5 và T2, T4, T6.
Máy biến áp có hai hệ thống thứ cấp a, b, c và a’, b’, c’.
Các cuộn dây trên mỗi pha a và a’; b và b’; c và c’ có số
vòng như nhau nhưng có cực tính ngược nhau. Hệ thống dây
cuốn thứ cấp máy biến áp có điểm trung tính riêng biệt P và

Dạng sóng cơ bản :
Dạng điện áp chỉnh lưu Ud và điện áp trên cuộn kháng
cân bằng
b. Ưu, nhược điểm :
_ Ưu điểm :
Do chỉnh lưu 6 pha nên dòng qua van nhỏ,tiện lợi cho việc
bảo vệ van
Hầu như không có sóng hài vì U
d
gồm 6 chỏm hình sin,dễ
điều khiển
Phạm vi điều khiển α từ 30
o
trở đi(phạm vi rộng chất lượng
U
d
tốt)
Chịu được id lớn và Ud nhỏ
+ Dòng điện áp ra có độ bằng phẳng cao, có độ đập mạch
lớn
+ Dòng trung bình qua van nhỏ bằng 1/6 dòng qua tải.
_ Nhược điểm :
+ Số van sử dụng lớn giá thành cao
+ Máy biến áp phức tạp có số cuộn thứ cấp nhiều.
Kết Luận: Qua phân tích và đánh giá đầy đủ cả ba phương
án ta thấy ở phương án này dòng qua van nhỏ trung bình
bằng 1/6 dòng qua tải, đẻ đảm bảo yêu cầu đề bài ta chọn
bộ biến đổi dùng làm nguồn mạ là chỉnh lưu 6 pha, có cuộn
kháng cân bằng.
2.3. Tính toán, lựa chọn van bán dẫn

Điện áp ngược lớn nhất dặt lên van : U
ngma
x
=
6
U
2
k
u
Với: hệ số dự trữ điện áp k
u
Dòng điện van cần có là : I
v
=
35
100
vi
Ik
Với: hệ số dự trữ dòng điện k
i
_Bảo vệ van
Thyristor rất nhảy cảm với điện áp quá cao so với điện áp
định mức, ta gọi là quá điện áp.
Nguyên nhân gây ra quá điện áp được chia làm hai loại :
+ Nguyên nhân nội tại : Khi khoá thyristor bằng điện áp
ngược các điện tích đổi ngược hành trình tạo ra dòng điện
ngược trong khoảng thời gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh
chóng của dòng điện gây ra một suất điện động cảm ứng
trong các điện cảm luôn luôn có của đường dây nguồn dẫn
đến các thyristor. Vì vậy giữa anốt và katốt xuất hiện quá

63
2
U
Suy ra :U
2
=
63
2
d
U
π

I
2
=
32
d
I
2.4.2. Tính toán mạch từ
Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ được tính theo công
thức :
Q = k
cf
s
s : công suất tiêu thụ của máy biến áp (VA)
c : số trụ ( C=3 )
f : tần số nguồn điện xoay chiều . (f = 50Hz)
2.4.3. Tính toán dây cuốn
Số vòng dây sơ cấp : W
1

2
J
I
2.4.4. Tính toán kích thước mạch từ
Dùng thép 330 dày 0,35 mm cắt theo hình chữ I và xếp như
hình vẽ
Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển
3.1. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển
a. Đảm bảo phát xung với đầy đủ các yêu cầu để mở van :
- Đủ biên độ Ux
- Đủ độ rộng tx
- Sườn xung ngắn t
s
= 0,5 ÷ 1μs
b. Đảm bảo cách ly giữa mạch lực và mạch điều khiển, Ví dụ
đối với MBAX
thường được sử dụng như một khâu truyền xung cuối cùng ở
tầng khuếch đại xung.
c. Đảm bảo tính đối xứng của các kênh
d. Đảm bảo đúng quy luật về pha điều khiển. Đây là yêu cầu
về đảm bảo phạm vi điều chỉnh góc α.
e. Có thể hạn chế phạm vi góc điều khiển không sự thay đổi
của điện áp lưới.
f. Không gây nhiễu đối với các hệ thống điều khiển điện tử
khác ở xung quanh.
g. Có khả năng bảo vệ quá áp, quá dòng và báo hiệu khi có
sự cố.
3.2. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển
Nhiệm vụ :
+ Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa Urc dạng răng cưa trùng

2
RR
R
+
U
1
+
21
1
RR
R
+
U
2
Khi U
i
(−) > 0 thì U3 sẽ bão hoà ở –Un
Khi U
i
(−) < 0 thì U3 sẽ bão hoà ở +Un
c. Mạch so sánh hai cổng :
Khi: U
1
>U
2
thì U3 = -Un
Khi: U
1
<U
2

Điện áp một chiều nửa hình sin liên tiếp tại (I) được đưa
vào cửa âm của
khâu so sánh OA
1
. Điện áp được đưa vào cửa dương của OA
1
là điện áp một chiều phẳng U
d
có giá trị: U
imin
< U
d
< U
imax
.
Khi điện áp đặt vào cửa âm của OA1 lớn hơn điện áp Uđ trên
cửa dương của OA
1
thì tại cửa ra của OA một điện áp âm.
Còn khi điện áp trên cửa âm của OA
1
nhỏ hơn điện áp trên
cửa dương thì điện áp ra của OA
1
sẽ là một điện áp dương.
Như vậy OA
1
có nhiệm vụ so sánh điện áp nửa hình sin của
U
1