Lời nói đầu
Mạ điện là một trong những phương pháp rất có hiệu quả để bảo vệ
kim loại khỏi bị ăn mòn trong môi trường khí quyển.
Nhờ mạ điện tạo ra các sản phẩm có độ bền cao,nâng cao tính thẩm
mỹ của sản phẩm để vụ cho các ngành công nghiệp cũng như ứng dụng thực tế
trong cuộc sống hàng ngày….
Các vật mạ điện có giá trị trang trí cao,bền và rẻ,ngoài ra còn có độ
cứng,độ dẫn điện cao được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất công cụ
thiết bị điện năng,ôtô,môtô,xe đạp,dụng cụ y tế… Ở các nước công
nghiệp,ngành mạ điện phát triển rất mạnh. Ở nước ta ngành mạ điện luôn được
hoàn thiện để đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của công nghiệp. Nhưng nói
chung về mặt kỹ thuật chưa được chú ý,chất lượng mạ chưa tốt. Mấy năm gần
đây,những kỹ thuật mới,công nghệ mới về mạ đặc biệt là mạ trang sức,mạ vàng
giả,mạ phi kim loại,mạ phức hợp,mạ điện…có nhiều thành quả nghiêm cứu và
ứng dụng phong phú.
Để nắm vững lý thuyết cũng như từng bước tiếp cận công nghệ mới về
mạ điện em được giao tìm hiểu về đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều. Đây là
một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế cao. Trong quá trình làm và hoàn
thành đồ án môn học,em đã nhận được sự giúp đỡ,chỉ bảo tận tình của thầy Đoàn
Văn Tuân,đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học với đề tài mới mẻ có liên quan
nhiều đến môn học khác. Mặc dù em đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh
khỏi hết khuyết điểm. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của
thầy,cô để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cám ơn !

Hải Phòng, ngày 10 tháng 10 năm 2012.
1/56
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN
1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện.
1.1.1 Sơ lược về kỹ thuật mạ điện.
Mạ điện đơn giản có thể là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt nền một

hấp thu. Các nguyên tử kim loại sẽ tạo thành mầm tinh thể mới. từ đó các tinh
thể kết hợp thành lớp mạ.
Hình 1.1: Mô hình mạ điện phân với nguồn một chiều.
2/56
Các phần tử trong sơ đồ:
1- Bình ổn nhiệt. 2- Bình điện phân. 3- catôt. 4 và 5- anôt, 6- dụng cụ đo
điện lượng. 7- Ampe kế. 8- nguồn điện một chiều
1.1.2 Sự phát triển của công nghệ mạ điện
Kỹ thuật mạ điện hiện nay đã có những bước tiến triển nhảy vọt,thỏa mãn
được yêu cầu kỹ thuật quan trọng trong sản xuất và đời sống. Các nhà khoa học
luôn tập trung mọi lỗ lực nhằm tìm ra những chất phụ gia mới,phát minh những
chất điện giải mới,phương pháp điện phân mới với những mục đích nâng cao
không những chất lượng lớp mạ không chỉ trên bề mặt kim loại mà ngay trên bề
mặt chất dẻo hay các phi kim loại khác.
Kỹ thuật mạ điện luôn đòi hỏi lớp mạ có cấu trúc tinh thể mịn,dẻo nhưng
rất cứng,độ bám tốt,không xốp,không bong tróc ngay khi thay đổi nhiệt độ hay
va chạm mạnh cũng như bền trong môi trường sử dụng. Vì vậy phải không
ngừng nghiên cứu,cải tiến các thiết bị,máy móc chuyên dùng,thiết kế các dây
chuyền sản xuất đồng bộ,tự động hóa với độ tin cậy cao. Điều này sẽ giúp nâng
cao chất lượng lớp mạ một cách vững chắc,hạ giá thành sản phẩm,chống ô
nhiễm môi trường
1.1.3 Mục đích và ý nghĩa của công nghệ
- Lớp mạ có nhiệm vụ bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn hóa học hay điện
hóa trong môi trường sử dụng.
- Lớp mạ có nhiệm vụt trang trí bên ngoài sản phẩm chế tạo kim loại hoặc
hợp kim rẻ tiền,nó đồng thời là lớp mạ bảo vệ các chi tiết máy móc khỏi bị ăn
mòn.
- Người ta còn tạo được lớp mạ kim loại hoặc hợp kim có tính chất hóa lý
đặc biệt như:
+ Lớp mạ làm tăng độ chống mài mòn,chống ma sát.

chiều hay máy chỉnh lưu.Hiện nay,máy chỉnh lưu được dùng rộng rãi để thay thế
4/56
máy phát điện một chiều. Dùng máy chỉnh lưu có lợi là hiệu suất cao,thời gian
sử sụng lâu,tiếng ồn nhỏ, dễ điều khiển, có thể lắp trực tiếp cạnh bể mạ.
1.3. Phạm vi ứng dụng và một số sản phẩm thực tế.
Các sản phẩm của công nghệ mạ điện có mặt ở nhiều ngành trong nền
kinh tế, giữ vai trò quan trọng trong một số ngành công nghiệp khác nhau.
- Trong lĩnh vực xây dựng: mạ ống nước, đường sắt, các thiết bị ngoài
trời, mạ các thiết bị chịu lực, mạ kẽm cho tôn…
- Trong sản xuất dân dụng: làm đồ trang sức, lư đồng, huy chương, bát
đĩa, vòi nước…
- Trong ngành kĩ thuật cao: sản xuất robot, tên lửa…
- Trong công nghiệp đóng tàu: thường mạ một lớp kẽm lên bề mặt vỏ tàu.
- Trong các công trình thủy (ở Tôkiô): các trụ cầu của cầu dẫn qua cảng
Tokyo, lớp phủ titanium (1mmTi + 4mm thép tấm).
- Trong lĩnh vực khác: mạ vàng điện thoại, xe hơi, laptop….
Sản phẩm mạ của công nghệ mạ điện có giá trị ngày càng cao trong nền
kinh tế quốc dân nhất là trong lĩnh vực công nghệ cao hiện nay.5/56
2.2.1. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển.
1. Sơ đồ nguyên lý
T
1
T
2
T
T
3

B
≥ E thì hai van bán dẫn T
2
và T
4
mới cho
dòng đi qua, để đặt điện áp lưới lên tải. Với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa
bán kỳ trước .
a.Khi tải thuần trở R :
Với
θ
sin2
22
Uu
=
- Khi
αθ
=
: cho xung điều khiển mở T1, T2 và U
d
= - U
2
, hai tiristor sẽ khoá tự
nhiên khi
2
0u
=
.
- Khi
θ π α

d
=
(2.2)
+ Giá trị trung bình dòng qua tiristor :

2
21
sin .
2 2 2
d d
T
U I
U
I d
R R
π
α
θ θ
π
= = =
∫
(2.3)
+ Dạng sóng cơ bản :
Hình 2.6. Dạng điện áp và dòng điện khi tải thuần trở
b. Khi tải R+L.
- Khi L đủ lớn thì dòng điện i
d
sẽ là dòng liên tục, i
d
=I

θ θ θ
π π π
+ +
= +
∫ ∫ ∫
(2.5)

2
2 2
cos
d
U
U
α
π
=
(2.6)
7/56
- Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp :

2
2
1
.
d d
I I d I
π α
α
θ
π

T
4
T
6
T
2
L
R
A
B
C
Hình 2.8. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha đối xứng.
Sơ đồ cầu chỉnh lưu ba pha gồm 6 Tiristor chia làm hai nhóm:
- Nhóm Catốt chung gồm ba Tiristor T
1
,T
3
, T
5
tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện
áp dương.
- Nhóm Anốt chung gồm ba Tiristor T
2
,T
4
, T
6
tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện
áp âm.
- Góc dẫn dòng của mỗi tiristor là: λ = 2π/3.

3
c
U U
θ
Π
= −

Điện áp các pha thứ cấp của máy biến áp là u
a
, u
b
, u
c
; góc mở α được tính từ lúc giao điểm
của các nửa hình sin.
2. Hoạt động của sơ đồ:
- Theo nguyên tắc hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu cầu; Tại mỗi thời điểm cần phải mở van
bán dẫn cho dòng chạy qua tải, chúng ta phải cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở
9/56
nhóm Anốt, một xung ở nhóm Catốt). Cần chú ý rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần
tuân thủ đúng theo thứ tự pha.
- Giả thiết T
5
, T
6
đang cho dòng chảy qua
2 2
,
F c G b
U U U U

qua. Điện áp ra trên tải :
2 2d ab a b
U U U U
= = −
+ Khi
αθθ
+
Π
==
6
3
2
cho xung điều khiển mở T
2
. Tiristor này mở vì T
6
dẫn dòng, nó
đặt U
2b
lên catốt T
2
mà
2 2b c
U U>
. Sự mở của T
2
làm cho T
6
khoá lại một cách tự nhiên vì
2 2b c

T3
T4
T5
T6
T5
T6
T1
T2
T3
T4

Bảng 2.1. Thời điểm đóng mở của các tiristor.
+ Dạng sóng cơ bản
10/56
Hình 2.9. Dạng của dòng điện và điện áp

αθθ
α
α
cos
63
.sin2
2
6
2
6
5
6
2
Π

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 dùng cho tải công suất lớn, dùng tải nhỏ và điện áp chỉnh lưu
đòi hỏi độ bằng phẳng.
Do dòng tải dùng trong mạ điện có hệ số lớn, nên không áp dụng được
phương pháp này, vì các van không chịu được dòng tải lớn.
2.2.3. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
1. Sơ đồ nguyên lý
11/56
Đặc điểm của sơ đồ là: Một nhóm sử dụng ba Tiristor còn nhóm kia sử dụng ba điốt. Có thể
coi sơ đồ đang xét tương đương với hai sơ đồ ba pha hình tia nối tiếp nhau, làm việc độc lập
trên cùng một phụ tải.
u
2a
u
2b
u
2c
T
1
T
3
T
5
D
4
D
6

5
và D
6
cho dòng tải i
d
= I
d
chảy qua. D
6
đặt điện thế u
b
lên anot
D
2
.
Khi
1
θ θ
≥
điện thế catot D
2
là u
c
bắt đầu nhỏ hơn u
b
, điôt D
2
mở, dòng tải i
d
= I

.
Khi
3
θ θ
≥
điện thế catot D
4
là u
a
bắt đầu nhỏ hơn u
c
, điôt D
4
mở. Dòng tải I
d
chảy qua
D
4
và T
1
, u
d
= 0.
Góc mở
α
, về nguyên tắc, có thể biến thiên từ
0
π
÷
. Điện áp chỉnh lưu có thể điều

6
2
2
6
11
6
2
2
7
6
2
3 3 6
2 sin . os
2 2
3 3 6
2 sin .
2 2
3 6
1 os
2
d
d
d
U
U U d c
U
U U d
U
U c
π

.
+ Nhược điểm :
- Hai van cùng mở lên tổn hao công suất lớn.
- Nhưng điện áp chỉnh lưu chứa nhiều thành phần sóng hài, các điều hoà bậc cao của
tải và của nguồn lớn, cần phải lọc điện áp trước khi đưa tới tải.
2.2.4. Chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
1. Sơ đồ nguyên lý
T
1
T
3
T
5
L
R
T
4
T
6
T
2
A
B
C
O
O
a
a
b
b

, T
5
.
+ Hệ thống thứ hai cấp nguồn cho các tiristor T
2
, T
4
, T
6
.
Việc phân phối xung điều khiển mở các tiristor cần phải tuân thủ thứ tự sau đây : 1, 2,
3, 4, 5, 6.
Các tiristor chia làm 2 nhóm catot chung, làm việc độc lập.
+ Nhóm thứ nhất gồm T
1
, T
3
, T
5
tạo ra thành phần điện áp tải
1
d
u
.
+ Nhóm thứ hai gồm T
2
, T
6
, T
4

=
+ Giá trị cực đại của
1
d
u
và
2
d
u
lệch nhau
3
π
.Hiệu của
1
d
u
và
2
d
u
là khác 0.
3. Các thông số cơ bản :
+ Giá trị trung bình của điện áp :
1 2
1
2
d d
d d
U U
U U

d
.
+ Giá trị trung bình của dòng điện qua các van là :

2
3
0
1
.
2 2 6
d d
T
I I
I d
π
θ
π
= =
∫
(2.14)
+ Giá trị hiệu dụng của dòng chảy trong mỗi cuộn dây thứ cấp MBA:

2
2
3
2 d
0
1
. 0,29
2 2

d
d
S U I P
S U I P
= =
= =
+ Công suất cuộn kháng cân bằng là : S
La
= 0,057P
d
.
+ Giá trị trung bình của dòng điện trong cuộn kháng :
2
d
La
I
I
=

Hình 2.13. Dạng điện áp chỉnh lưu U
d
và điện áp trên cuộn kháng cân bằng
3. Ưu nhược điểm của sơ đồ :
+ Ưu điểm :
- 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, ta thấy chất lượng điện áp chỉnh
lưu coi như là tốt nhất, dòng bằng phẳng hơn, có ý nghĩa với tải cảm lớn. Trong trường hợp
đó ta có thể dùng van mhỏ nhưng vẫn có thể tạo ra bộ nguồn với dòng tải lớn.
+ Nhược điểm :
- Số van sử dụng lớn giá thành cao.

2.3. Tính chọn van động lực
Hai thông số cần quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp và dòng điện.
Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều
kiện toả nhiệt, điện áp làm việc.
Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau:
2.3.1. Điện áp ngược của van:
1. Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu

ax 2
6
. . . .30 31.416
3 6
d
nm nv nv
u
U
U k U k
k
π
= = = =
(V)
Trong đó:
U
nmax
, U
2
, U
d
: Điện áp ngược max của van, điện áp xoay chiều,điện áp tải.
k

T
2CC
U
1CC
1CC
1CC
C
R
C
RR
C
3CC
C
C
R
C
2CC
T
5
R
C
RR
C
2CC
T
2
R
2CC
T
6

d
dhdhdlv
=====
Trong đó:
I
hd
, I
d
- Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải;
k
hd
- Hệ số xác định dòng điện :
.
3
1
=
hd
k
(khi α<
3
π
)
18/56
π
απ
2
−
=
hd
k

đmv
= 230,88(A) ta chọn:
Theo Bảng p.2 Thông số Diode công suất (sách tính toán thiết kế thiết bị điện tử công
suất của Trần Văn Thịnh) ta chọn 3 Diốt loại 400R40 có:
- Dòng điện định mức của van: I
đmv
= 400 (A).
- Điện áp ngược của van: U
nv
= 400 (V).
- Đỉnh xung dòng điện lớn nhất: I
pik
= 7800 (A).
- Dòng điện rò: I
r
= 15 (mA).
- Sụt áp trên van:
1,62U
∆ =
(V).
- Nhiệt độ cho phép: T
cp
= 200
0
C.
Theo Bảng p.2 Thông số Tiristor công suất (sách tính toán thiết kế thiết bị điện tử công
suất của Trần Văn Thịnh) ta chọn 3 Tiristor loại T727012524DN có:
- Dòng điện định mức của van: I
đmv
= 400(A).

C.
2.4. Tính toán máy biến áp
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát bằng không khí tự nhiên.
2.4.1. Các thông số cơ bản của máy biến áp
Máy biến áp dùng cho mạch chỉnh lưu thường có độ dự trữ công suất lớn vì dòng thứ cấp
rất lớn, cách điện phải đạt yêu cầu, nhất là phải chú ý đến các vấn đề cách điện vì dòng thứ
cấp rất lớn phát sinh ra nhiệt nhiều.
19/56
Đồng thời máy biến áp ta sử dụng trong việc mạ điện phải kín. Vì trong khi mạ hơi của
các muối dùng để mạ, hay các chất phụ gia và chất xúc tác… có tính ôxy hoá cao do đó ta
phải có vỏ để bảo vệ máy biến áp bằng cách thiết kế thùng dầu để cho máy biến áp vào.
1. Điện áp sơ cấp máy biến áp
U
1
= 380 (V)
2. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
badnvddo
UUUUU
∆+∆+∆+=
min
cos.
α
Trong đó:
α
min
= 10
0
: Góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.
1,62 1,9 3,52

Trong đó: R
dn
= ρ
Cu
.l/S
dn
(ρ
Cu
= 0,0000172 Ω/mm điện trở suất của đồng ở nhiệt độ bình
thường).
Vậy
)(0008,0
2,104
10.5
.0000172,0
3
Ω==
dn
R
⇒ ∆U
dn
= 0,0008.250 = 0,2 (V).
)(8,35
10cos
5.12,052,330
cos
0
min
V
UUUU

u
= 2,34
3. Dòng điện thứ cấp của máy biến áp
)(1,204250.
3
2
.
3
2
2
AII
d
===
Trong đó:
20/56
I
2
- Dòng điện thứ cấp của máy biến áp.
I
d
- Dòng điện định mức của tải.
4. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp:

)(2,81,204.
380
3,15

2
1
2

. I
d
= 35,8. 250 = 8950(w).
Trong đó:
P
dmax
- Công suất tối đa của tải (W).
U
do
- Điện áp không tải máy biến áp (V).
I
d
- Dòng điện tải (A).
6. Công suất biểu kiến của máy biến áp:
S
ba
= k
s
. P
dmax
= 1,05. 8,95 = 9,3975(kVA).
Trong đó: k
s
= 1,05: Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực
2.4.2. Tính sơ bộ mạch từ.
1.Tiết diện sơ bộ của trụ:

)(6,39
50.3
5,9397

ππ
Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn d=8 (cm)
3.Chọn loại thép
Chọn loại thép
∃
330 có độ dày 0,5 mm; Chọn mật độ từ cảm trong trụ: B = 1,2 (T).
4.Chọn tỉ số: m =
5,2=
d
h
. Suy ra : h = 2,5.d =17,75 (cm)
Ta chọn chiều cao của trụ là 20 (cm)
Trong đó:
21/56
m- Hệ số, để trụ thiết kế đạt yêu cầu thường chọn m = 2,5.
h- Chiều cao của trụ.
2.4.3. Tính toán dây quấn.
1. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp của máy biến áp:
2,360
2,1.6,39.50.44,4
10.380
44,4
10.
4
4
1
1
===
BQf
U

U
W
(vòng).
Lấy tròn W
2
=15 (Vòng).
3.Chọn sơ bộ mật độ dòng điện của máy biến áp:
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp dầu nên chọn J
1
= J
2
= 2,65 (A/mm
2
).
4.Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp:

)(1,3
65,2
2,8
2
1
1
1
mm
J
I
S ===

Đường kính dây dẫn. Chọn dây dẫn tiết diện tròn.


mmA
S
I
J ===
π

6.Tiết diện dây dẫn thứ cấp của MBA:
)(02,77
65,2
1,204
2
2
2
2
mm
J
I
S ===
Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật theo cách điện loại B. Vì tiết diện dây lớn nên ta
chập 3 sợi làm một. Chuẩn hoá tiết diện dây dẫn:
S
2
= 3 x 25,68 (mm
2
).
22/56
Kích thước dây dẫn kể cả cách điện: S
2
= 3. 3,8 .7,1(mm
2

=
c
g
k
d
hh
W
(vòng)
Trong đó:
k
C
= 0,95: Hệ số ép chặt.
h: Chiều cao trụ.
h
g
= d
1
: Khoảng cách từ gông tới cuộn sơ cấp.
Chọn W
11
= 93 (vòng).
9.Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:
87,3
93
360
11
1
11
===
W

fe
+ 2.a
01
- 2.S
01
= 8 + 2.1 - 2.0,1 = 10,2 (cm).
15.Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
D
t1
= D
t
+ 2.S
01
= 10,2 + 2.0,1 = 10,4 (cm).
16.Chọn giấy cách điện giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd
11
= 0,1 cm.
17.Bề dầy cuộn sơ cấp
B
d1
= (d
1
+ cd
11
). n
11
= (0,2 + 0,1). 4 = 1,2 (cm).
18.Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
23/56
D

. π. D
tb1
= 360.π.0,116 = 131,2 (m).
+ Kết cấu dây dẫn thứ cấp.
1.Chọn bề dày cách điện giữa cuộn thứ cấp và sơ cấp là: a
12
= 1 cm.
2.Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:
h
1
= h
2
= 19,6 (cm).
3.Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp:

2
12
2
19,6
. .0,95 8.74
3.0,71
C
h
W k
b
= = =
(vòng). Chọn W
12
= 9 (vòng).
4.Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn thứ cấp:

n1
+ 2.a
12
= 12,8 + 2.1 = 14,8 (cm).
7.Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây của cuộn thứ cấp: cd
22
= 0,3 cm.
8.Bề dầy cuộn thứ cấp:
B
d2
= (a
2
+ cd
22
). n
12
= (3,8 + 3)2 = 13,6 (mm).
9.Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
D
n2
= D
t2
+ 2. Bd
2
=12,88 + 2.0,73 = 42 (cm).
10.Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
D
tb2
=
2 2

= =
(cm).
=> r
12
=
12
26,2
13,1
2 2
D
= =
(cm).
13.Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: cd
22
=2 (cm).
2.4.4. Tính các thông số của máy biến áp.
1.Điện trở của cuộn sơ cấp của máy biến áp ở 75
0
C.
R
1
= ρ
75
.
1
1
131,2
0,02135. 0,9
3,1
l

3.Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp.

2
2
3 3
2
2 1
1
15
. 3,7.10 0,9. 5,26.10
360
BA
W
R R R
W
− −
 
 
= + = + =
 ÷
 ÷
 
 
(Ω).
4.Sụt áp trên điện trở của máy biến áp.
3
. 5,26.10 .250 1,32
r BA d
U R I
−

 
 
+
 
= +
 ÷
 

=>X
BA
=1,04.10
-3
(Ω).
6.Điện cảm qui đổi máy biến áp về thứ cấp.
25/56