ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ
NGUỒN MẠ MỘT CHIỀU CÓ
CÁC THAM SỐ
1
MỤC LỤC
......................................................................................................................................1
ĐỀ TÀI.....................................................................................................................................1
MỤC LỤC................................................................................................................................2
Đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều có các tham số sau ...................................................3
Lời nói đầu................................................................................3
Chương I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện......................................4
Chuơng II : Lựa chọn phương án.................................................................8
a.Sơ đồ nguyên lý ........................................................................................12
b. Hoạt động của sơ đồ.....................................................................................................13
c. Ưu nhược điểm của sơ đồ..............................................................................................15
CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC..........................................................................18
1. Các thông số cơ bản của MBA......................................................................................21
2. Tính toán mạch từ :........................................................................................................22
3. Tính toán dây cuốn :.......................................................................................................23
II> Tính chọn van và bảo vệ van :.........................................................................................24
III> Tính cuộn kháng cân bằng :........................................................................................27
Chơng IV : Thiết kế mạch điều khiển ........................................................29
I. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống điều khiển :.....................................................29
II. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển .......................................................................30
...........................................................................................................................................30
III. Giới thiệu các phân tử cơ bản đợc dùng trong mạch điều khiển :..............................30
Khuyếch đại thuật toán :................................................................................................30
IV. Thiết kế mạch điều khiển :.........................................................................................34
2

Để có một lớp mạ tốt ngoàI những yếu tố khác thì nguồn điện dùng để
mạ là rất quan trọng.
Đối với sinh viên tự động hóa, môn học điện tử công suất là một môn
rất quan trọng. Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong khoa em đã
từng bước tiếp cận môn học. Để có thể lắm vững lý thuyết để áp dụng vào
3
thực tế, ở học kỳ này em đợc các thầy giao cho đồ án môn học với đề tài :
Thiết kế nguồn mạ một chiều. Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực
tế.
Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự chỉ bảo của các thầy cô giáo
trong bộ môn và đặc biệt là thầy đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm cha có lên em
không tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ. Cuối cùng em xin
chân thành cảm ơn !

Hà nội, ngày 3 tháng 2 năm 2004
Sinh viên :
Lê Văn Hải
Chương I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện
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, trước 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:

4
Sơ đồ trên là mô hình dùng trong phạm vi nhỏ trong 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 như: pin, ắc qui, máy phát điện một

ClOHOH ,,
2
…

↑+=−
=−
−
−
22
2
244
22
OOHeOH
CleCl
Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thờng chính là
2
O
hay
2
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

Catố vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thờng ngập dới mặt n-
ớc 8 – 15cm và cách đáy bể khonảg 15cm. Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp
xúc thật tốt, không để gây ra hiên tợng 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 th-
ờng 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 đợc.
_ 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
6
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
→

Trên dây là toàn bộ sơ đồ tổng quát của quá trình mạ bằng điện phân.
Trong công nghệ mạ còn có một số yêu cầu về gia công bề mặt trớc khi
mạ.Yêu cầu bề mặt trớc khi mạ :
- Trước khi mạ vật cần mạ đợc tiến hành gia công cơ khí để có bề
mặt bằng phẳng, đồng thời tẩy xóa các lopứ 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 trớc 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 nh vậy lớp mạ thu đợc mới có độ bóng tốt, không sớc, không sần
sùi, bóng đều toàn lớp mạ đồng nhất nh ý.
Phơng pháp gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ :
- Phơng pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô, mài tinh, đánh
bóng quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay.
7
- Phơng pháp gia công hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu
mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa sạch.
Sự lựa chọn phơng pháp gia công cho hiệu qủa tốt nhất lại có giá thành
rẻ, đòi hỏi ngời kỹ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ và nhất là phải có kinh
nghiệm sản 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.

Chuơng II : Lựa chọn phương 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.

biến đổi cũng rẻ, hiệu quả làm việc cao và ổn định. So với dùng nguồn mạ là
ắc quy hoặc máy phát điện một chiều thì bộ biến đổi đáp ứng đợc hơn cả về
mặt kinh tế cũng nh các tiêu chuẩn kỹ thuật. Vậy quyết định phơng án là
dùng bộ biến đổi.
Với mạch chỉnh lưu ( không dùng mạc chỉnh lưu ) có rất nhiều : chỉnh
lưu một pha, chỉnh lưu ba pha, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có
điều khiển… Trong yêu cầu của đồ án là thiết kế nguồn mạ điện áp thấp và
dòng khá lớn. Trước hết ta xét trờng hợp chỉnh lưu có điều khiển, sau đó ta
có thể xét trờng hợp chỉnh lu điốt không điều khiển với góc điều khiển
0
=
α
.
Các phương án khả thi :
+ Chỉnh lưu cầu một pha
+ Chỉnh lưu cầu ba pha
+ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
Phương án 1:Chỉnh lưu cầu một pha

Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một pha
9
a.Khi tải thuần trở R
Với
θ
sin2
22
Uu
=
_ Khi
αθ

+
Π
=
Π
=
∫
Π
U
dUU
d
Giá trị trung bình dòng tải :
R
U
I
d
d
=
Giá trị trung bình dòng qua tiristor :

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

2∫∫∫
Π
+
Π
=
Π
+Π+Π
d
I
dd
di
X
di
R
dU
α
α
α
α
θθθ
.sin2
1
2α
cos

T1
T2
T3
Sơ đồ cầu ba pha đối xứng gồm 6 tiristor, chia làm hai nhóm :
- nhóm catốt chung T1, T3, T5
- nhòm anốt chung T2, T4, T6
Điện áp các pha :

θ
sin2
2
UU
a
=

)
3
2
sin(2
2
Π
−=
θ
UU
b

)
3
4
sin(2

Lúc này T6 và T1 cho dòng đi qua. Điện áp ra trên tải :
baabd
UUUU
−==
+ Khi
αθθ
+
Π
==
6
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
Π
đợc lần lợt đa đến các cực điều

T6
T1
T2
T3
T4

Dạng sóng cơ bản
14
d
u
1
T
i
α
2
T
i
3
T
i
6
T
i
5
T
i
4
T
i
d

α
cos
63
.sin2
2
6
2
6
5
6
2
Π
=
Π
=
∫
+
Π
+
Π
U
dUU
dGiá trị điện áp ngợc lớn nhất trên mỗi van :
22max
45,26 UUU
ng
==

mỗi pha a và a’; bvà b’;c và c’ có số vòng nh nhau nhng có cực tính ngợc
nhau. Hệ thống dây cuốn thứ cấp máy biến áp có điểm trung tính riêng biệt P
và Q. P, Q đợc nối với nhau qua cuộn kháng cân bằng.
Cuộn kháng cân bằng có cấu tạo nh máy biến áp tự ngẫu. Điện áp chỉnh
lưu trung bình trong sơ đồ có giá trị nh trung bình cộng của điện áp đầu ra
của hai chỉnh lưu tia 3 pha, nghĩa là :

2
2
17,1
2
63
U
U
U
d
=
Π
=

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
==

+ Điều chỉnh sơ cấp
+ Điều chỉnh thứ cấp
Sau đây ta xét từng phơng án điều chỉnh
1> Điều chỉnh sơ cấp :
Sơ đồ :
18
Sơ đồ gồm : - 3 tiristor
- 6 điốt không điều khiển

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
19
• Khi muốn điều chỉnh dòng tải chỉ cần tác động xung điều khiển vào
các tiristor ở cuộn thứ cấp. Khi góc điều khiển
α
tăng lên, biên độ điện áp
cân bằng tang lên đáng kể. Giá trị điện áp trên cuộn kháng lớn nhất khi
0
90
=
α
. Phơng án này đã khắc phục đợc những nhợc điểm của điều chỉnh sơ

UU %4
=∆
21

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 :


U
do
=
Π
=
Π
=
α
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
2
AI
I

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
22
Để đảm bảo mỹ thuật ta chọn a/b =1,25
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
Mật độ từ cảm trong trụ B = 1 (tesla)
3. Tính toán dây cuốn :
Số vòng vôn : 4,44.f.B.Q.
4
10

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
5,2
435
2
2

+ Làm mát bằng nớc : van đợc gắn thêm tấm đồng rỗng cho nớc chảy
qua. Đây là biện pháp làm mát rất hiệu quả hiệu suất làm việc của van đạt
đến 90%, nhng hệ thống làm mát phức tạp chỉ phù hợp với yêu cầu công
suất lớn và có nguồn nớc tại vị trí lắp đặt thiết bị.
Qua phân tích trên ta chọn làm mát bằng thông gió có quạt cỡng bức
với hiệu suất làm việc của van là 35%.
Dòng trung bình qua van là :
)(250
6
1500
6
A
I
I
d
v
==
Điện áp ngợc lớn nhất dặt lên van :
)(636,1.16.66,1.6
2max
VUU
ng
===
Với: hệ số dự trữ điện áp là
6,1
=
u
k
hệ số dự trữ dòng điện
2,1

AI
G
G
=
=

sT
off
µ
150
=

sA
dt
di
sV
dt
du
µ
µ
/50
/100
=
=
** Bảo vệ van :
25