§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt ThiÕt kÕ nguån m¹ mét chiÒu

§Ò tµi : ThiÕt kÕ nguån m¹ mét chiÒu cã c¸c tham sè sau Ph¬ng ¸n 2
+ §iÖn ¸p ra : 6 – 12 (V)
+ Dßng t¶i max : 1500 (A)
+ §¶o chiÒu : kh«ng
Nguån m¹ lµm viÖc theo nguyªn t¾c gi÷ dßng ®iÖn kh«ng ®æi trong suèt qu¸
tr×nh m¹. M¹ch cã kh©u b¶o vÖ ng¾n m¹ch.
Nhãm 4 Líp T§H1 K45 – –
1
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
Lời nói đầuMạ kim loại ra đời và phát triển hàng trăm năm nay.Ngày nay mạ kim loại đã
trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nớc trên thế giới,
phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản xuất và đời sống
văn minh con ngời.
Lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt, phơng tiện
sản xuất, giao thông vận tải, khai thác mỏ địa chất,thông tin liên lạc, kỹ thuật điện
tử, cơ khí chính xác, thiết bị y tế, trang trí bao bì ..
Vậy mạ điện là gì ?
Một cách đơn giản nhất có thể hiểu mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề
mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hoá ... đáp ứng đợc các yêu cầu kỹ
thuật mong muốn.

Đề tàI thiết kế nguồn mạ một chiều là một đề tàI có giá trị thực tế lớn, bởi vì
trong công nghệ mạ nguồn điện một chiều là một yếu tố quan trọng.
Để thấy rõ giá trị của đề tàI, trớc hết ta cần phải nắm rõ một số kháI niệm
cũng nh các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện phân.
Ta dựa vào sơ đồ điện phân nh sau:

Sơ đồ trên là mô hình dùng trong phạm vi nhỏ nh phòng thí nghiệm đồng
thời cũng dùng trong qui mô sản xuất lớn. Các thành phần cơ bản của sơ đồ điện
phân :
1. Nguồn điện một chiều nh : pin, ắc qui, máy phát điện một chiều, bộ biến
đổi. Ngày nay đợc dùng phổ biến nhất là bộ biến đổi. Bộ biến đổi cho quá trình
điện phân có điện áp ra thấp : 3V, 6V, 12V, 24V Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà
chọn điện áp ra cho phù hợp. Một bộ biến đổi có thể lấy ra một số điện áp cần thiết
cho một số qui trình.
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
3
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
VD : Mạ niken thờng dùng điện áp 6V hay 12V. Để mạ Crôm dùng 12V. Để
đánh bóng điện hóa nhôm thờng dùng điện áp 12 24V.
2. Anốt :là điện cực nối vơí cực dơng của nguồn điện một chiều. Trớc khi
điện phân anốt cần phải đánh sạch dầu mỡ, lớp gỉ
Anốt dùng trong mạ điện có hai loại : anốt hòa tan và anốt không hoà tan.
Anốt hoà tan đợc dùng tronh các trờng 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 :

+
+
=
=

Cl
.
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 mạ luôn diễn ra phản ứng khử các ion kim loại
mạ. Ví dụ nh :
Mạ niken :
=+
+
NieNi 2
2
Mạ kẽm
=+
+
ZneZn 2
2
Đồng thời với iôn kim loại bị khử,
+
OH
3
cũng bị khử giải phóng ra khí
2
H

theo phản ứng :
OHHeoH
223
22
+=+
+
Khí

+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 của dung dịch
không những chỉ giảm đợc tổn thấtđiện trong quá trình mạ mà còn làm cho lớp mạ
đồng đều hơn.
_ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng trong một khoảng pH nhất định. Ví
dụ mạ Niken pH=4,5 đến 5,5. Mạ kẽm trong dung dịch amôniclorua pH= 4,5 đến
5,5. Mạ kẽm trong dung dịch axít pH= 3,5 đến 4,0
_ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng cao trong một khoảng nhiệt độ
nhất định. VD mạ Niken khoảng nhiệt độ là
C
.
7055

, mạ vàng
C
.
7060

. Nhìn
chung, khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vợt qua nhiệt độ sôi của dung dịch.
_ Mỗi dung dịch có một khoang mật độ dòng catốt thích hợp.
_ Dung dịch chứa muối phức của kim loại thờng cho lớp mạ có chất lợng tốt
hơn lớp mạ từ chính kim loại thu đợc từ nuối đơn. VD lớp mạ thu đợc từ dung dịch

2
4
)(CNZn
hoặc


xuất. Bất kỳ thiếu sót nào dù nhỏ hoặc đánh giá không đúng công việc chuẩn bị bề
mặt đều dẫn đến giảm sút chất lợng và hình thức lớp mạ. Chất lợng lớp mạ phụ
thuộc một cách cơ bản vào phơng pháp đợc lựa chọn, kỹ thuật và điều kiện tiến
hành chuẩn bị bề mặt lớp mạ. Không bao giờ chúng ta coi nhẹ việc chuẩn bị bề mặt
vật mạ.
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
5
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

Chơng II : Lựa chọn phơng án
Nhiệm vụ đặt ra đối với đồ án là thiết kế nguồn mạ một chiều có điện áp thấp
và dòng rất lớn. Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện mạ trong quá
trình nạp. Mạch có khâu bảo vệ chống chạm điện cực.
Trong công nghệ mạ điện thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan trọng, nó
quyết định nhiều đến chất lợng lớp mạ thu đợc. Nguồn điện một chiều có thể là ắc
quy, máy phát điện một chiều, bộ biến đổi Chúng ta phân tích từng loại nguồn để
quyết định lựa chọn phơng án nào :
1. ắc quy : Tong công nghệ mạ điện ắc quy chỉ đợc sử dụng trong phòng thí
nghiệm hay sản xuất ở quy mô nhỏ. Do hạn chế về lợng điện tích lên ắc quy chỉ
dùng để mạ các chi tiết nhỏ, còn với các chi tiết lớn thì không dùng ắc quy đợc.
Đặc biệt khi dòng điện mạ đòi hỏi lớn thì ắc quy không thể đáp ứng đợc. Vì vậy mà
trong công nghệ mạ ngời ta ít sử dụng ắc quy làm nguồn mạ.
2. Máy phát điện một chiều : Trong công nghệ mạ dùng máy phát điện một
chiều khắc phục đợc các nhợc điểm của ắc quy. Máy phát điện một chiều trong
thực tế có thể đợc sử dụng rộng rãi trong quy mô sản xuất lớn. Nhng giá thành đầu
t cho máy phát điện một chiều lớn, cơ cấu điều khiển hoạt động khá phức tạp .Máy
phát điện một chiều với nhiều nhợc điểm : cổ góp mau hỏng; thiết bị cồng kềnh;
làm việc có tiếng ồn lớn. Máy phát điện một chiều cần thờng xuyên bảo trì sửa
chữa. Chính vì các lý do trên lên trong công nghiệp ngời ta không dùng máy phát
điện một chiều.

+ chỉnh lu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
Phơng án 1 : Chỉnh lu cầu một pha

Sơ đồ nguyên lý chỉnh lu cầu một pha
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
7
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
a.Khi tải thuần trở R :
Với

sin2
22
Uu
=
_ Khi

=
: cho xung điều khiển mở T1, T2 và
2
UU
d
=
, hai tiristor sẽ
khoá khi
0
2
=
u
_khi


d
d
=
Giá trị trung bình dòng qua tiristor :

22
.sin
2
2
1
2 dd
T
I
R
U
d
R
U
I
==

=




Dạng sóng cơ bản :
b. Tải R+L
- Khi L đủ lớn thì dòng điện
d

dd
di
X
di
R
dU





.sin2
1
2
cos
22
2

=
U
U
d
Dạng sóng cơ bản :
c. Ưu nhợc điểm của sơ đồ :
Ưu điểm : điện áp ngợc đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ
Nhợc điểm : không dùng đợc cho tải có công suất lớn, nếu dùng gây ra
hiện tợng công suất bij lệch pha. Sơ đồ chỉnh lu cầu một pha dòng tải chảy

a
=

)
3
2
sin(2
2

=

UU
b

)
3
4
sin(2
2

=

UU
cb)Hoạt động của sơ đồ :
Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua
bGcF
VVVV

3
2
cho xung điều khiển mở T2. Tiristor này mởvì T6 dẫn
dòng, nó đặt
b
U
lên catốt T2 mà
cb
UU
>
. Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại một
cách tự nhiên vì
cb
UU
>
.
Các xung điều khiển lệch nhau
3

đợc lần lợt đa đến các cực điều khiển của
các thyristỏ theo thứ tự 1, 2, 3,4, 5, 6, 1, ..Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở thì
nó sẽ khoá ngay thyritor trớc nó, nh trong bảng sau :

Thời điểm Mở Khoá

1
= /6 +

2
= 3/6 +

Đờng bao phía dới biểu diễn điện thế điểm G
Điện áp trên mạch tải :
GFd
UUU
=
là khoảng cách thẳng đứng giữa hai đ-
ờng bao




cos
63
.sin2
2
6
2
6
5
6
2

=

=

+

+


T
i
6
T
i
5
T
i
4
T
i
d
i
d
I
0
0
0
0
0
0
0
0








Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
12
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

2
2
17,1
2
63
U
U
U
d
=

=

Do tác dụng của cuộn kháng cân bằng có thể coi dòng tải là phẳng hoàn toàn.
Nh vậy trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp :
d
d
I
I
I 29,0
32
2
==
Dòng trung bình qua van :
6
d

Sau đây ta xét từng phơng án điều chỉnh
1> Điều chỉnh sơ cấp :
Sơ đồ :
Sơ đồ gồm : - 3 tiristor
- 6 điốt không điều khiển
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
14
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

Khi cần điều chỉnh điện áp ra trên tải, ta sẽ điều chỉnh bộ biến đổi bằng cách
thay đổi góc mở của các tiristor T1, T2, T3. Khi qua các van T1, T2, T3 điện áp
sơ cấp bị gián đoạn không còn dạng sin nữa. Vì vậy khi cảm ứng sang thứ cấp
điện áp có dạng bậc thang. Nh vậy khi muốn điều chỉnh điện áp ra trên tải ta
phải điều chỉnh gián tiếp. Điện áp ra tải chất lợng thấp. Mặt khác tuy chọn van
dễ nhng lại tốn van.
Vì vậy phơng án này không khả thi.
2> Điều chỉnh thứ cấp :

Sơ đồ gồm 6 tiristor đợc bố trí nh hình vẽ
Khi muốn điều chỉnh dòng tải chỉ cần tác động xung điều khiển vào các
tiristor ở cuộn thứ cấp. Khi góc điều khiển

tăng lên, biên độ điện áp cân bằng
tang lên đáng kể. Giá trị điện áp trên cuộn kháng lớn nhất khi
0
90
=

. Phơng án
này đã khắc phục đợc những nhợc điểm của điều chỉnh sơ cấp.

ddba
UU %4
=

dck
UU %5,1
=

VU
vaa
2
=
Điện áp rơI trên mỗi van là 1 V
Vậy :
)(66,2266,02%)5,1%4( VUU
dd
=+=++=


Suy ra :
)(66,1466,212 VUUU
dddo
=+=+=

Chọn
)(15 VU
do
=
Công suất hiệu dụng của máy biến áp :


2
V
U
U
do
=

=

=

Chọn
)(16
2
VU
=
* Tỷ số máy biến áp
75,23
16
380
2
1
===
U
U
k
* Giá trị hiệu dụng dòng chảy qua cuộn sơ cấp máy biến áp :

)(4351500.29,029,0
32

k= 4 đến 6 , ở đây chon k = 6
S : công suất biểu kiến của máy biến áp (VA)
C : số trụ ( C=3 )
f : tần số nguồn điện xoay chiều . (f = 50Hz)
Thay số ta có
)2(5,80
50.3
28000
.6 cmQ
==
Giả sử a: là chiều rộng của trụ
b: là bề dày của trụ
Để đảm bảo mỹ thuật ta chọn a/b =1,25
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
17
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
Vậy từ



=
=
25,1/
.
ba
baQ
Ta suy ra a= 8 cm ; b=10 cm
Để đảm bảo mỹ thuật chọn chiều cao của trụ theo tỷ lệ m= h/a =2,5 suy ra
h=2,5a= 2,5.8=20 cm
Dùng loại thép 330 có độ dày 0,35mm

U
U
W
(vòng) Lấy tròn là 9 vòng
Hai cuộn dây thứ cấp đợc cuốn trên cùng một pha : 9 0 9
* Chọn mật độ dòng điện :
2
21
/5,2 mmAJJ
==
* Tiết diện dây dẫn sơ cấp :

)(10
5,2
25
2
1
1
1
mm
J
I
Q
=== Chọn dây rẹt tiết diện thực (2x5) bọc sợi thủy tinh hai lớp
*Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp :

)(160