CHƯƠNG I
PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
1.1 Công nghệ điện phân
Trong ngành luyện kim nói chung, luyện kim bằng phương pháp điện phân chiếm 1
vai trò hết sức quan trọng. Tuyệt đại đa số các kim loại khi luyện hoăc tinh luyện
đều dùng phương pháp điện phân.
Luyện kim loại kiềm và kiềm thổ hầu như phải dùng phương pháp điện phân, vì các
kim loại này có hoạt tính lớn nên khó hoàn nguyên bằng con đường hỏa luyện.
Trong thiên nhiên chúng tồn tại ở dạng muối như NaCl, KCl… hoặc qua sơ chế
thành NaOH, KOH… chúng đều là các chất điện ly nên có thể điện phân trực tiếp.
Ưu điểm chính của phương pháp điện phân:
+ Có thể luyện được những kim loại mà phương pháp hỏa luyện không thể luyện
được.
+ Có thể luyện được những quặng nghèo, quặng ôxit… đem lại hiệu quả kinh tế
cao hơn phương pháp khác.
+ Dễ dàng thu hồi kim loại quý lẫn trong quặng.
+ Cho sản phẩm kim loại có độ nguyên chất cao.
* Lý thuyết quá trình điện phân:
1
- Hệ thống
điện hóa :
2
- Dung dịch điện ly.
Dung dịch điện ly gồm:
+ Thành phần cơ bản: gồm muối và hợp chất chứa ion của kim loại cùng 1 số hóa
chất khác.
+ Thành phần phụ gia: chất đệm và chống thụ động Anôt.
Chức năng của chất đệm là giữ cho thành phần của dung dịch luôn ổn định khi điện
phân, tốc độ của kim loại về Catot cũng nhỏ khi thoát ra cũng phải ổn định. Đồng
thời chất đệm chống thụ động Anot.
Phân loại dung dịch điện ly: có 2 loại chính là:

b) Trường hợp Anot không tan
Trên bề mặt Anot xảy ra quá trình Oxi hóa các Anion trong dung dịch:
4OH
–
– 4e  2H
2
O + O
2
2Cl
–
– 2e  Cl
2
Quá trình Catot:
Catot là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều, là nơi đặt vật mạ hoặc
thu kim loại tinh chế, do quá trình hoàn nguyên kim loại diễn ra trên bề mặt catot.
Bản chất của các quá trình catot chính là sự khử các Cation thành kim loại:
M
Z+
+ z.e  M
Hoặc hoàn nguyên Hydro:
2H
+
+ 2e H
2
1.3 Quá trình kết tủa kim loại và các yếu tố ảnh hưởng
Trong công nghệ kết tủa kim loại Catot, cấu trúc tinh thể và hình dạng bên ngoài
của kết tủa Catot có ý nghĩa rất lớn.
Việc lấy được một kết tủa đặc, chắc, nhẵn theo yêu cầu phụ thuộc vào quá trình kết
tinh điện hóa Catot.
4

Trong công nghệ điện phân thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan trọng, nó
quyết định đến chất lượng sản phẩm sau khi điện phân thu được.
Nguồn điện phân là nguồn 1 chiều như: pin, ác quy, máy phát điện một chiều, bộ
biến đổi. Ngày nay được dùng phổ biến nhất là bộ biến đổi, bộ biến đổi trong quá
trình điện phân có điện áp thấp: 3V, 6V, 12V, 24V Tùy theo yêu cầu của kỹ thuật
mà chọn điện áp ra cho phù hợp. Một bộ biến đổi có thể lấy ra một số điện áp cấp
thiết cho một số quy định.
VD: Điện phân Niken trong công nghệ mạ thường dùng điện áp 6V hay 12 V. Để
mạ Crôm dùng 12V. Để đánh bóng điện hóa nhôm thương dùng điện áp 12-14V.
Khi tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng điện phân ở trên, ta thấy mật độ
dòng là yếu tố quyết định. Để có được độ mịn, độ gắn bám tốt thì nguồn 1 chiều
cấp cho bể điện phân phải có chất lượng thật tốt, cho dòng bằng phẳng và có thể
điều chỉnh liên tục trong 1 giới hạn rộng, cấp được một mật độ dòng đủ lớn.
1.5. Tính chất tải điện phân
Tải bể điện phân thuộc loại tải R-C-E, tuy nhiên điện trở trong của bể mạ nhỏ, do
đó hằng số thời gian phóng, nạp của tụ là rất nhỏ cho nên coi ảnh hưởng của tụ là
không đáng kể. Sức điện động E trong bể mạ thường nhỏ nên chúng ta có thể bỏ
qua.
Từ đó có thể coi tải điện phân gần như thuần trở, nên muốn có một mật độ dòng
lớn, có độ bằng phẳng cao theo yêu cầu thì điện áp nguồn 1 chiều cũng phải thật
bằng phẳng.
Kết luận: Như trên ta đã thấy sơ qua về công nghệ điện phân, các quá trình điện
cực cũng như quá trình kết tủa, các yếu tố ảnh hưởng về điện phân và yêu cầu cũng
như tính chất của tải điện phân và nguồn điện phân. Nguồn điện dùng cho tủ điện
phân phải là nguồn 1 chiều có thể điều chỉnh được và tải là tải thuần trở Để hiểu rõ
hơn về tủ điện phân ta tìm hiểu quá trình lựa chọn và xây dựng mạch lực cho tủ
điện phân ở chương II.
6
CHƯƠNG II
LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU

Vậy, quyết định phương án là dùng bộ biến đổi.
Tuy nhiên điện áp và dòng điện sau khi chỉnh lưu có chiều không đổi
nhưng vẫn dao động về trị số, do đó để tải nhận được một điện áp hoặc dòng điện
hoàn toàn không đổi cả về chiều và trị số người ta phải dùng phần tử lọc, mục
đích của phần tử lọc là làm suy giảm thành phần dao động của điện áp và dòng
điện chỉnh lưu.
Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế nguồn tủ điện phân nhưng thường
sử dụng nhất là dùng nguồn điện xoay chiều có bộ chỉnh lưu. Nguồn điện xoay
chiều lại có 2 loại: 1 pha và 3 pha là phổ biến nhất. Ứng với mỗi loại lại có các
phương pháp chỉnh lưu khác nhau. Sau đây, ta đi nghiên cứu các loại cơ bản sau.
2.2 Tổng quan về chỉnh lưu
2.2.1 Khái niệm
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng
điện một chiều. Hiện nay, trong kĩ thuật chỉnh lưu hầu như người ta chỉ dùng các
phần tử bán dẫn công suất (điốt, tiristo). Điều đó là do các bộ chỉnh lưu bán dẫn có
hiệu công suất rất cao, làm việc tin cậy, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng nhỏ, kích
thước và trọng lượng bé. Để chỉnh lưu công suất nhỏ người ta thường dùng các bộ
chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ, còn để chỉnh lưu công suất lớn người ta dùng bộ
chỉnh lưu ba pha. Ưu điểm của bộ chỉnh lưu 3 pha là công suất ra tải lớn, điện áp và
dòng điện ra tải ít dao động. Điều đó làm đơn giản hóa vấn đề về lọc. Điện áp và
dòng điện sau chỉnh lưu có chiều không đổi nhưng vẫn dao động về trị số. Do đó, để
tải nhận được một điện áp hoặc dòng điện hoàn toàn không đổi cả về chiều và trị số
người ta phải dùng phần tử lọc. Mục đích của phần tử lọc là làm suy giảm thành
phần dao động của điện áp và dòng chỉnh lưu .
8
2.2.2 Phân loại
Có 2 loại chỉnh lưu chính:
a. Mạch chỉnh lưu không có điều khiển (sử dụng Diốt)
- Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giữa
- Chỉnh lưu cầu 1 pha

>0,
1
T
phân cực thuận ,
1
T
mở,
2
T
khóa
Dòng điện i đi từ: A → T
1
→ K → R → O; u
u
d
= U
21
;
R
U
I
d
d
=

Từ khoảng ( π÷
2
θ
)
21

T
phân cực ngược ,
2
T
mở,
1
T
khóa
Dòng điện đi từ: B → T
2
→ K → R → O ; u
d
=
22
u
,
R
u
i
d
d
=
* Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.
10
* Nhược điểm:
- Chất lượng thấp, Công suất thấp
- Phải có máy biến áp, Giá thành cao
11
2.3.2 Chỉnh lưu cầu 1 pha
Chỉnh lưu cầu 1 pha có thể dùng sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển hoặc có điều

3
mở ; T
2
,T
4
phân cực ngược
nên khóa.
Dòng điện đi từ: a
1
T
K R A T
3
O

d
uu
=
2
;

0
sin
sin
1
2
1
2
=
==
=

d
i =
Tại
2
α θ
=
cấp xung cho T
2
và
4
T
Từ (
2
θ
÷2π) u
2
< 0, T
2
và
4
T
phân cực thuận nên mở, T
1
và
3
T
phân cực ngược nên
khóa
13
Dòng điện đi từ: O → T

- Chất lượng thấp
- Sơ đồ cầu một pha chỉ sử dụng với yêu cầu điện áp cao và dòng nhỏ
2.3.3 Chỉnh lưu hình tia 3 pha
*Sơ đồ:
14
Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh hình lưu tia 3 pha
15
Hình 2.6: Đồ thị điện áp, dòng điện tải R
* Nguyên lý làm việc:
Tại thời điểm
1
α θ
=
cấp xung cho
1
T
,
++
a
u
,
1
T
phân cực thuận nên
1
T
mở ;
2 3
àT v T
khóa

1 3
àT v T
khóa
16

bd
uu
=
, dòng điện đi từ: b → T
2
→ K → R →O;
2
0
T
U =
Tại thời điểm
3
α θ
=
cấp xung cho
3
T
,
++
c
u
,
3
T
phân cực thuận nên

* Ưu điểm:
- So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp tốt hơn
- Công suất máy biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần
- Độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ
lọc cũng nhỏ đi.
* Nhược điểm:
- Cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải
- Điều khiển phức tạp hơn nguồn 1 pha
17
2.3.4 Đối với chỉnh lưu cầu 3 pha
Sơ đồ nguyên lý như sau:
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor
Hình 2.8: Đồ thị dòng điện áp dòng tải R.
18
- Nhóm Catốt chung T
1
,T
3,
T
5
- Nhóm Anốt chung T
2
,T
4,
T
6
Điện áp các pha
θ
sin2
2

2,
T
3,
T
4,
T
5,
T
6,
các xung dòng điện
i
G
phải phát ra theo thứ tự i
G1,
i
G2,
i
G3,
i
G4,
i
G5,
i
G6,
cách nhau một khoảng π/3 cũng như
chỉnh lưu cầu 3 pha dùng điốt, các thyrisstor chia làm 2 nhóm: nhóm Catốt chung
gồm: T
1
,T
3

c
. Lúc này T
1
và T
6
dẫn và điện
áp trên tải là : u
d
= u
a
- u
b
= u
ab
, i
d
= u
ab
/R
Tại θ
2
= 3π/6+α cho xung điều khiển mở T
2
. Thyrisstor này sẽ mở vì u
a
>0. Sự mở
của T
2
làm cho T
6

19
* Ưu điểm:
- Số xung áp điều chỉnh trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của điện áp chỉnh
lưu thấp, chất lượng điện cao
- Công suất cao
* Nhược điểm:
- Sử dụng số van lớn, giá thành thiết bị cao
- Sơ đồ này chỉ dùng cho tải có công suất lớn, dung tải chỉnh lưu nhỏ và điện áp
chỉnh lưu đòi hỏi độ bằng phẳng.
Nhận xét:
- Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha dùng cho mạch có dòng điện tải lớn.
- Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu 3 pha dùng cho mạch có điện áp lớn, công suất lớn
2.4 Chọn sơ đồ chỉnh lưu
Dòng điện trên tải: I
d
= U
d
/R
d
Dòng điện trung bình qua van: I
T
=I
d
/3
Điện áp ngược đặt trên van: U
ng
= 2,45.U
2
Dòng điện phía thứ cấp: I
2

bộ nguồn chỉnh lưu cho nguồn điện phân
*Lựa chọn mạch lực:
Sơ đồ:
20
Hình 2.7. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor
21
Hình 2.8: Đồ thị dòng điện áp, dòng của tải R.
Trong đó:
- BA là máy biến áp 3 pha dùng để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
- Các thiristor T₁, T₂, T₃ dùng để biến điện áp xoay chiều 3 pha bên thư cấp máy
biến áp là Ua, Ub, Uc thành điền áp 1 chiều tải Ud.
- R là phần tử phụ tải của bộ phận chỉnh lưu.
Tại thời điểm
1
α θ
=
cấp xung cho
1
T
,
++
a
u
,
1
T
phân cực thuận nên
1
T
mở ;

phân cực thuận nên
2
T
mở ;
1 3
àT v T
khóa

bd
uu
=
, dòng điện đi từ: b → T
2
→ K → R →O;
2
0
T
U =
Tại thời điểm
3
α θ
=
cấp xung cho
3
T
,
++
c
u
,

≥
dòng điện trên tải là gián đoạn.
*Ưu điểm và nhược điểm:
* Ưu điểm:
- So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp tốt hơn
- Công suất máy biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần
- Độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ
lọc cũng nhỏ đi.
* Nhược điểm:
- Cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải
- Điều khiển phức tạp hơn nguồn 1 pha
23
* Thông số của sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha:
Điện áp trung bình:
U
d0
=
2
3 6
2
U
π

Điện áp ngược cựu đại trên mỗi thyristor:
U
ngmax
=
2
6U


( ứng với góc mở α = 0 ).
3.1.1. Điều kiện về dòng điện:
• + Dòng điện làm việc của van tính theo dòng hiệu dụng :
I
tbv
=
BA
S
3 380×
=
d
I
3
⇒
I
tbv max
=
d max
I
3
= =
6000
3
=2000 A
• Chọn điều kiện làm việc của van là làm mát cưỡng bức bằng nước,ta có ở
điều kiện van + đĩa van chuẩn + tốc độ nước = 8 m/s thì :
I
tb max thực
= ( 1.5
÷

π
⇒
U
2
=
3 6
π
.U
d max
=
3 6
π
.6 = 2.6V < 220 V
⇒
Cần phải sử dụng máy biến áp
25