Đồ án Đề Tài:Thiết kế nguồn mạ
một chiều

Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 1 - Đề tài
:
Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 2 -

Lời nói đầu Mạ 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 nước trên thế giới,

Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự chỉ bảo của các rhầy cô giáo trong
bộ môn và đặc biệt là thầy Đỗ Trọng Tín đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 3 -
Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm chưa 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 20 tháng 6 năm 2004

Sinh viên : Cao Chiến
Thắng MỤC LỤC

CHƯƠNG I :

Giới thiệu chung về công nghệ mạ
điện


Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 4 -

CHƯƠNG I :
Giới thiệu chung về công nghệ mạ
điện Từ nhiều năm nay công nghệ mạ điện đã ra đời và phát triển mạnh mẽ. ngày nay

phát từ khả năng của nó gười ta đã ứng dụng để tạo ra các lớp mạ cần thiết bảo vệ
bề mặt cho các loại náy móc trong công nghiệp và các nghành khoa học …


lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy, dụng cụ sinh hoạt …đã giúp
bảo vệ các dụng cụ và các chi tiết đó khỏi các tác động của môi trường
ngoài.
 lớp mạ có tác dụng trang trí bên ngoài sản phẩm làm tăng vẻ đẹp sản
phẩm và sức thu hút của mọi dụng cụ máy móc , đồ dùng cá nhân ,trang
sức…
 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…
 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…
9 lớp mạ chố
ng ma sát ,mài mòn
9 lớp mạ làm thay đổi kích thước chi tiết máy
9 lớp mạ làm tăng độ dẫn điện
9 lớp mạ cho độ bám cao không bong tróc..
II,PHÂN LOẠI LỚP MẠ
Gồm 4 loại :
¾ Lớp mạ bảo vệ
¾ Lớp mạ trang trí
¾ Lớp mạ trang trí bảo vệ
¾ Lớp mạ kỹ thuật

•
Mạ phục hồi các chi tiết máy
• Mạ tăng độ dẫn điện
• Mạ làm tăng độ chống mài mòn

III,SƠ ĐỒ ĐIỆN PHÂN
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 th
ấy rõ giá trị của đề tài, trước hết ta cần phải nắm rõ một số khái niệm cũng
như các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện phân.
Ta dựa vào sơ đồ điện phân như sau:
Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 7 -

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. . Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 8 -

Khi điện phân ở bề mặt anốt không hoà tan cũng diễn ra quá trình oxi hóa
−−
ClOHOH ,,
2
…

↑+=−
=−
−
−
22
2
244
22
OOHeOH
CleCl

2
H

theo phản ứng :
OHHeoH
223
22 +↑=+
+

Khí
2
H
thoát ra trên bề mặt ca tốt có khả năng thấm sâu vào mạng tinh thể
kim loại mạ và các kim loại nền, làm giảm độ bền cơ học của kim loại (khí
2
H
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 loạ 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 c
ần phải nhúng ngập vào dung dịch, thường ngập dưới mặt
nước 8 – 15cm và cách đáy bể khonảg 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 :

7055 →
, mạ vàng
C
.
7060 →
. Nhìn
chung, khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vượt 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 thường cho lớp mạ có chất lượng
tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu được từ nuối đơn. VD lớp mạ thu được từ
dung dịch
−2
4
)(CNZn
hoặc
−2
3
)(CNZn
tốt hơn lớp mạ thu được từ dung dịch muối
4
CuSO
.
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, đi
ều 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,

Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 10 - CHƯƠNG 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.
Trong công nghệ mạ điện thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan trọng,
nó quyế
t định nhiều đến chất lượng lớp mạ thu được. 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 phương án nào :
1. Ắc quy : Tong công nghệ mạ điện ắc quy chỉ được sử dụng trong phòng
thí nghiệm hay sản xuất ở quy mô nhỏ. Do hạn chế
về lượng điện tích lên ắc quy

biến
Vậy
lưu
k
kế ng
có đ
với g

o Chiến
ều
n định dòn
định. So vớ
đổi đáp ứ
quyết định
Với mạch
không điều
guồn mạ đ
điều khiển,
góc điều khSơ đồ ng
u

. Tải R+
L
- Khi

í đầu tư cho
guồn mạ là
hơn cả về m
án là dùng
u có rất nhiề
hỉnh lưu có
p và dòng
a có thể xé
ương án kh
Chỉnh lưu
Chỉnh lưu
chỉnh lưu s
ương án 1
ỉnh lưu cầu
thì dòng đ
mạch tải :
o bộ biến đ
à ắc quy h
mặt kinh t
bộ biến đổ
ều : chỉnh
ó điều khiể
khá lớn.
T

cuộn khá
n
ưu cầu mộ
à dòng liên
θθ
Rid
d
+=.
kế nguồ
ẻ, hiệu quả
phát điện m
hư các tiêu
ha, chỉnh lư
g yêu cầu c
a xét trườn
lưu điốt kh
ng cân bằn
ột pha
n tục.
θ
d
d
X
d
i

ồn mạ m
ả làm việc c
một chiều
chuẩn kỹ

dd
di
X
di
R
dU
α
α
α
α
θθθ
.sin2
1
2

α
cos
22
2
Π
=
U
U
d

cầu một pha dòng tải chảy qua hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất đ
iện áp và công
suất trên van sẽ lớn. Sơ đồ cầu một pha chỉ ứng dụng với yêu cầu điện áp chỉnh
lưu cao và dòng tải nhỏ.

Phương án 2 : Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng

Sơ đồ nguyên lý :
Sơ đồ cầu ba pha đối xứng gồm 6 thyristor, chia làm hai nhóm :
- nhóm catốt chung T1, T3, T5
- nhòm anố
t chung T2, T4, T6

Điện áp các pha :


2
Π
−=
θ
UU
b)
3
4
sin(2
2
Π
−=
θ
UU
ca.Hoạt động của sơ đồ :

Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua
bGcF
VVVV == ,

+ Khi
αθθ
+
Π

. Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại
một cách tự nhiên vì
cb
UU >
.
Các xung điều khiển lệch nhau
3
Π
được lần lượt đưa đến các cực điều khiển
của các thyristỏ theo thứ tự 1, 2, 3,4, 5, 6, 1,…..
Trong mỗi nhóm, khi 1 thyristor mở thì nó sẽ khoá ngay thyritor trước nó,
như trong bảng sau : Thời điểm Mở Khoá
θ
1
= π/6 + α
θ
2
= 3π/6 + α
θ
3
= 5π/6 + α
θ
4
= 7π/6 + α

Uab
Ua c
Ubc
Uc a
Uba
Ucb Uca
Ubc
Ua c
Uab Uba
Ua Ub
Uc
Ua Ub
Ud
iT 1
Ud

Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 15 -


2
6
2
6
5
6
2
Π
=
Π
=
∫
+
Π
+
Π
U
dUU
dGiá trị điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van :
22max
45,26 UUU
ng
==Dòng điện trung bình chạy qua van
3


Phương án 3 : Chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng a.Sơ đồ nguyên lý


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. Như 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
v
I
I =

d
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 tíchvà đánh giá đầy đủ cả ba phương án ta thấy Dòng
điện mạ lớn, dòng qua van nhỏ trung bình bằng 1/6 dòng qua tải,đẻ đảm b
ảo yêu
cầu đề bài ta chọn bộ biến đổi dùng làm nguồn mạ là chỉnh lưu 6 pha, có cuộn
kháng cân bằng.

Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 19 -
Sơ đồ gồm : - 6 thyristor
- 6 điốt không điều khiển

hình dáng và giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải ở trên mỗi pha phụ thuộc
vào góc mở α
tại mỗi thời điểm ở sơ cấp luôn có 2 Tiristor dẫn dòng
Nhận xét:

+. ưu điểm : do dòng bên sơ cấp nhỏ nên việc chọn các van thuận lợi

Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 20 -
+.nhược điểm: điều khiển sơ cấp là điều khiển gián tiếp vì lúc đó dòng phải
qua cảm ứng từ sang thứ cấp rồi mới cấp cho tải.Do đó U
ra
của tải sẽ bị hụt đi
nên độ chính xác không cao
Dùng 6 đi ốt ở thứ cấp nên lãng phí
0
90=
α
.
• Nhận xét :

+. ưu điểm: là quá trình điều khiển trực tiếp điện áp ra có độ chính xác
cao đẩm bảo yêu cầu bài toán
+. nhược điểm:dòng ở thứ cấp lớn nên chọn van khó .
Kết luận :
Qua phân tích 2 phương pháp điều khiển ta thấy để đảm bảo yêu cầu đề bài ta
chọn phương án điều chỉnh 6 pha cuộn kháng cân bằng điều chỉnh thứ cấ
p.
Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 21 -


Sơ đồ gồm :
+ 6 thyristor
+ Điện trở sun loại 2000A – 60mV
+ Bảo vệ van RC
+ Cuộn kháng cân bằng PQ

I>Tính toán máy biến áp lực
Từ sơ đồ mạch lực với các thông số ta tính toán máy biến áp lực :

Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một
chiều
Đại học Bách Khoa Hà Nội
- 22 -
1,Các thông số cơ bản của MBA
I
d
=6000A ;U
dmax
=24V
Công suất một chiều trên tải :
ddod
IUP
.
=

Với
∑
Δ+=
dddo
UUU

∑

Suy ra :
VUUU
dddo
30624
=+=Δ+=
∑

Công suất tiêu thụ của máy biến áp :

)(1806000.30 KWIUPd
ddo
===Từ công thức chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng ta có : α
cos.
2
63
2
Π
=
U
U
do
, chọn α=35

k

* Giá trị hiệu dụng dòng chảy qua cuộn sơ cấp máy biến áp :

)(17406000.29,029,0
32
2
AI
I
I
d
d
====

* Giá trị hiệu dụng dòng chảy trong cuộn sơ cấp :

)(60
875,11
6000.4,0
4,0
1
A
k
I
I
d
===2. Tính toán mạch từ :
Để đảm bảo mỹ thuật ta chọn b/a =1,25
Vậy từ
⎩
⎨
⎧
=
=
25,1/
.
ab
baQ

Ta suy ra a= 130 mm ; b=160 mm

Để đảm bảo mỹ thuật chọn chiều cao của trụ theo tỷ lệ m= h/a =2,5 suy ra
h=2,5a= 2,5.130 =325 mm

3. Tính toán dây cuốn :
Số vòng vôn : 4,44.f.B.Q.
4
10
−
=4,4.50.1.208.
4
10
−
=4,6 (vôn/vòng)
Trong đó : f là tần số dòng điện

)(20
3
60
2
1
1
1
mm
J
I
Q ===
Chọn dây dẹt bọc sợi thủy tinh hai lớp tiết diện (10x2) mm
*Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp :

)(580
3
1740
2
2
2
2
mm
J
I
Q ===