báo cáo thiết kế nguồn mạ một chiều

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
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 lớp
phủ có tính chất cơ lý hóa…đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Tuy nhiên chỉ những công
nghệ ổn định,bền trong thời gian dài mới được sử dụng trong sản xuất. Mạ điện

thực chất là quá trình điện phân(phản ứng phân tích hóa học xảy ra dưới tác dụng
của dòng điện một chiều). quá trình điện phân tổng quát trên diode xảy ra quá trình
hòa tan kim loại điện cực dilde.
Phương trình:
+
→−
n
MneM
Trên catot,các cation nhận điện tử tạo thành nguyên tử kim loại mạ:
Phương trình:
MneM
n
→+
+

Trong mạ điện bao gồm rất nhiều giai đoạn và các bước nối tiếp nhau. Ví dụ
ở catot.
Cation
OmHM
n
2
+
di chuyển từ dung dịch vào trong bề mặt catot. Cation mất
vỏ Hyđrat
OmH
2
tiếp xúc trực tiếp với bề mặt. điện tử từ catot điền vào vách điện
tử hóa trị của cation biến nó thành nguyên tử kin loại trung hòa ở dạng hấp thu. Các
nguyên tử kim loại sẽ tạo thành mầm tinh thể mới. từ đó các tinh thể kết hợp thành
lớp mạ.

2
Hình 1.1: Mô hình mạ điện phân với nguồn một chiều.
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
3
- 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.
+ Tạo lớp mạ dẫn điện tốt hơn kim loại nền nhiều lần,lại không gỉ,đảm
bảo dòng điện rất nhỏ lưu thông trong hệ thống lâu dài.
+ Lớp mạ có độ rắn cao,chịu được các lực tác dụng mà không bị bong

tróc,tạo lớp mạ bóng sáng,bền nhiệt cao…
1.2 Yêu cầu của công nghệ mạ điện.
Để quá trình mạ thành công:
- Gia công đúng kỹ thuật cho catot.
- Chọn đúng vật liệu cho anot,thành phần dung dịch mạ,mật độ dòng điện và
các điều kiện điện phân khác,sự ổn định dòng điện trong quá trình mạ. có rất nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến sự thành công cũng như chất lượng mạ điện. Nhưng đồ án là
thiết kế nguồn mạ nên ta chỉ quan tâm đến ảnh hưởng của nguồn cung cấp cho quá
trình mạ có vai trò rất quan trọng đến sự thành công cũng như chất lượng và độ bền
của lớp mạ.
Do yêu cầu công nghệ bắt buộc phải có nguồn điện một chiều nên ta dùng
dòng điện một chiều không đảo chiều. dòng điện một chiều không đảo chiều ổn
định trong suốt quá trinh mạ sẽ cho ra những sản phẩm có lớp mạ đều và bóng.
Điện áp một chiều phải tương đối bằng phẳng. Dòng điện một chiều phải đi vào 2
cực kim loại nhưng vào dung dịch thì điện thế catot(cực âm) trở lên âm hơn,điện
4
thế anot (cực dương) trở lên dương hơn. Sự thay đổi điện thế như vậy gọi là sự
phân cực. sự phân cực có quan hệ mật thiết với mạ và quyết định được lớp mạ kết
tinh mịn.
Khả năng phân bố tốt,lớp mạ phân bố đồng đều. Làm Hyđrô thoát ra
mạnh,làm giảm hiệu suất dòng điện và độ bám lớp mạ.
Phân cực anot làm anot hòa tan không bình thường,ảnh hưởng sự phân cực
đến lớp mạ có mặt lợi,mặt hại. trong quá trình mạ phải lợi dụng mặt lợi,khống chết
mặt hại. đa số trường hợp muốn lớp mạ mịn,khả năng phân bố tốt phải nâng cao sự
phân cực (trong phạm vi cho phép), tránh làm giảm hiệu suất dòng điện,độ bám lớp
mạ không tốt.
Để tạo nguồn một chiều cho mạ điện có thể dùng máy phát điện một
chiều hay máy chỉnh lưu.Hiện nay,máy chỉnh lưu được dùng rộng rãi để thay thế
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).
5
- 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.

Chương 2: Tính chọn mạch công suất
2.1. Giới thiệu mạch công suất và phân tích ưu nhược điểm
Nhiệm vụ đặt ra đối với thiết kế 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 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 :
2.1.1. Ắc quy.
6
Trong 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 chỉ dùng để mạ
các chi tiết nhỏ, còn với các chi tiết lớn thì không dùng ắc quy được. Đặc biệt khi

dòng điện mạ đòi hỏi lớn thì ắc quy không thể đáp ứng được. Vì vậy mà trong công
nghệ mạ người ta ít sử dụng ắc quy làm nguồn mạ.
2.1.2. Máy phát điện một chiều.
Đối với máy phát điện một chiều ta có:
+ Máy phát điện một chiều tự kích thíc.
+ Máy phát điện một chiều kích thích độc lập.
Hầu hết các quá trình mạ đều dùng nguồn điện một chiều có công suất khác
nhau nhưng điện thế chỉ từ 6 -12 V hay 24 V, 30 V. Để cấp điện cho tải một chiều
người ta dùng máy phát điện một chiều:
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy phát cung cấp điện cho bể mạ:
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy phát điện một chiều cung cấp
cho bể mạ.
Trong sơ đồ gồm có các phần tử sau:
a b c
CD
FK
MF
ĐCK
i
kt
KT
+
A
-
K
Chuyển
dịch ion
Bể

mạ

Dung dịch
mạ
Lớp
U
1c
ne
ne
7
- MF: là máy phát điện một chiều kích từ độc lập cung cấp điện áp cho quá
trình mạ. Sức điện động của máy phát được thay đổi bằng cách thay đổi dòng điện
kích từ i
kt
- ĐCK: Là động cơ không đồng bộ (động cơ sơ cấp) để quay máy phát MF và
máy phát kích từ FK.
- FK: Là máy phát điện một chiều tự kích có công suất bé, nó cung cấp dòng
kích từ i
kt
cho máy phát MF.
Hoạt động của sơ đồ:
+ Khi đóng cầu dao CD xuống, lúc này ta đã cung cấp điện áp xoay chiều cho
động cơ sơ cấp (ĐCK). Khi động cơ sơ cấp (ĐCK) làm việc nó cung cấp năng
lượng làm quay phần ứng của máy phát điện một chiều kích từ độc lập (MF) và
máy phát điện tự kích (FK). Lúc này máy phát điện tự kích thích hoạt động sinh ra
dòng điện một chiều cung cấp dòng điện kích từ cho máy phát điện kích từ độc lập,
kết quả là máy phát điện kích từ độc lập hoạt động, sinh ra điện áp một chiều cung
cấp nguồn điện cho quá trình mạ.
Qua việc phân tích sơ đồ nguyên lý hệ thống máy phát điện một chiều cung
cấp cho bể mạ, ta thấy hệ thống máy phát có một số ưu, nhược điểm sau:
+ Ưu điểm:
- Có thể đảo chiều dòng điện bằng cách đổi chiều dòng điện kích từ i

kt
.
- Tạo ra dòng điện và điện áp liên tục, lý tưởng hơn so với chỉnh lưu. Vì
trong thành phần dòng, áp không chứa sóng hài bậc cao.
- Điều chỉnh điện áp trong một phạm vi tải nhất định.
+ Nhược điểm:
- Chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp.
- Cổ góp mau hỏng.
- Thiết bị cồng kềnh, khi làm việc có tiếng ồn lớn.
8
- Do sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi than sinh ra tia lửa điện nên rất nguy
hiểm khi vận hành.
- Hiệu suất thấp, tổn thất lớn.
- Giá thành đầu tư lớn.
- Tốn diện tích đặt máy, dễ bị ăn mòn (bị ôxy hoá) do dung dịch mạ, hơi
muối, chất phụ gia, chất xúc tác.
- Khó điều chỉnh điện áp cho từng bể mạ vì loại động cơ máy phát thường
dùng cho nhiều bể mạ có điện thế và cường độ dòng điện gần giống nhau do đó cần
trang bị mỗi bể một bảng điện trở để điều chỉnh dòng và thế cho phù hợp với yêu
cầu của bể đó.
- Đường dây tải điện từ máy phát tới các bể mạ dài, tiết diện lớn, dẫn đến
tổn hao trên đường dây lớn, không kinh tế.
Chính vì các lý do trên lên trong công nghiệp người ta không dùng máy phát
điện một chiều.
2.1.3. Bộ biến đổi.
1. Điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu
- Sơ đồ nguyên lý:
- Nguyên lý làm việc: Dùng một máy biến áp tự ngẫu để thay đổi điện áp lưới xoay
chiều từ trị số cao về trị số thấp hơn, rồi mới qua máy biến áp chỉnh lưu cấp điện áp
cho bộ chỉnh lưu. Do đó việc điều chỉnh điện áp ra trên tải được thực hiện thông

.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Z
t
MBA
tự ngẫu
MBA
chỉnh lưu
chỉnh lưu
Diode
9
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu
Hình 2.3. Điều chỉnh điện áp bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều.
qua máy biến áp tự ngẫu bằng cách dùng động cơ kéo con trượt trượt trên dây quấn
thứ cấp máy biến áp.
- Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
Qua phân tích nguyên lý hoạt động, ta thấy cần phải có hai biến áp (một biến áp
tự ngẫu, một biến áp chỉnh lưu) nên giá thành đắt và cồng kềnh.
Điều chỉnh điện áp bằng máy biến áp tự ngẫu có hệ số công suất cao, nhưng ta
phải dùng hệ thống chổi than - con trượt để lấy điện áp ra, do đó có tính trễ, khó
khăn khi muốn điều chỉnh tĩnh, bộ chỉnh lưu diode dùng ít thuận tiện.

2. Điều khiển bằng điều áp xoay chiều:
- Sơ đồ nguyên lý:
Dùng một bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều (bộ điều áp xoay chiều) để điều chỉnh
điện áp phía sơ cấp biến áp, phía thứ cấp được đưa vào một bộ chỉnh lưu điện áp
dùng Diode. Ưu điểm của sơ đồ này là phía sơ cấp điện áp lớn, dòng nhỏ, việc chọn
các van Tiristor dễ dàng, nhưng lại dùng quá nhiều van bán dẫn, thành phần hài bậc
cao lớn, điều khiển các Tiritor khó khăn, chất lượng điện áp một chiều không cao.
Do đó sơ đồ này không được sử dụng phổ biến.
3. Điều khiển bằng Tiristor:
Sơ đồ nguyên lý của bộ chỉnh lưu:
Z
t
A
B
C
.
.
.
.
.
.
.
Bộ điều áp
xoay chiều
MBA
chỉnh lưu
chỉnh lưu
Diode
10
Hình 2.4. Điều chỉnh điện áp bằng bộ chỉnh lưu có điều

khhkhkjkkhiển.
Các van bán dẫn thường được dùng trong các mạch chỉnh lưu là: Diôt và
Tiristor.
+ Diôt chỉ cho dòng chạy qua khi thế ở Anốt lớn hơn thế ở Catốt.
+ Tiristor cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện:
- Thế ở Anốt lớn hơn thế ở Catốt.
- Đồng thời phải có tín hiệu điều khiển.
Hoạt động của sơ đồ: Khi đặt điện áp xoay chiều u
1
vào máy biến áp (MBA) thì
ở đầu ra của MBA ta thu được một điện áp xoay chiều u
2
, điện áp này qua bộ chỉnh
lưu sẽ cho ta điện áp một chiều cung cấp cho bể mạ.
- Một số ưu điểm của bộ chỉnh lưu:
+ Dễ tự động hoá.
+ Dễ điều chỉnh và ổn định dòng, áp.
+ Có thể thay đổi điện áp sau chỉnh lưu.
+ Bộ chỉnh lưu có thể đặt ngay sát bể mạ: không tốn không gian đặt thiết
bị; tổn thất trên đường dây ít.
+ Dễ bảo quản, không bị ăn mòn trong môi trường mạ.
+ Thiết bị gọn nhẹ: ví dụ để tạo ra 1kw điện năng một chiều, nếu dùng
máy phát điện một chiều thì phải mất từ 10kg ÷ 15kg thiết bị, nhưng nếu dùng van
bán dẫn thì chỉ cần 1kg ÷ 2kg thiết bị.
- Nhược điểm của bộ chỉnh lưu:
Z
t
A
B
C

.
.
.
.
.
.
.
MBA
chỉnh lưu
chỉnh lưu
Diode
11
+ Cho dòng điện và điện áp gián đoạn, không lý tưởng bằng máy phát
điện một chiều.
+ Điện áp sau chỉnh lưu còn chứa thành phần sóng hài bậc cao, nên điện
áp chỉnh lưu có sự nhấp nhô, không bằng phẳng. Điều này làm nhiễu; ảnh hưởng
tới chất lượng làm việc của nhiều loại máy móc, thiết bị và các hộ dùng điện một
chiều.
Kết luận:
Như vậy chỉnh lưu có điều khiển với các ưu điểm: Thiết bị gọn nhẹ, tác động
nhanh, tự động hoá, dễ điều chỉnh và ổn định dòng áp, …. Chi phí đầu tư cho bộ
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 được hơn cả về mặt kinh
tế cũng như các tiêu chuẩn kỹ thuật. Vậy quyết định phương án là dùng bộ biến đổi
điều khiển bằng tiristor.
2.2. Giới thiệu và phân tích ưu nhược điểm của mạch công suất.
Hiện nay trong công nghiệp thì dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng
rãi. Công nghệ chế tạo các thiết bị bán dẫn ngày càng hoàn thiện, các thiết bị hoạt
động với độ tin cậy cao. Đặc biệt công nghệ sản xuất Tiristor đã đạt được nhiều
thành tựu. Chính vì vậy các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một

chiều ngày càng được sử dụng nhiều trong các nghành công nghiệp. Ngày nay
trong công nghệ mạ điện thì bộ biến đổi được dùng rộng rãi nhất. Các bộ biến đổi
dùng trong quá trình điện phân có thể cho ra các điện áp như : 3V, 6V, 12V, 24V,
30V, 50V. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện áp cho phù hợp.
Với bộ biến đổi (mạch chỉnh lưu) có rất nhiều : chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu
ba pha, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển…
12
Ngày nay, thường ít dùng chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì với biến
áp có trung tính, mặc dù hai loại này có sơ đồ nguyên lí mạch đơn giản nhưng chất
lượng điện áp một chiều quá xấu, hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp, công suất
chỉnh lưu nhỏ chỉ dùng nạp ác quy, do đó không được dùng trong những mạch cần
công suất lớn như mạ điện. Ta không xét đến trong thiết kế này.
Trong yêu cầu của đồ án là thiết kế nguồn mạ điện áp thấp và dòng khá lớn
nên có thể đưa ra một số phương án như sau:

+ Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển
+ Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng
+ Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
+ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
2.2.1. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển.
1. Sơ đồ nguyên lý
T
1
T
2
T
T
3
L
R

4
A
B
u
2
Hình 2.5. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha đối xứng
2.Hoạt động của sơ đồ:
- Trong nửa chu kỳ đầu thế tại điểm A mang dấu “+”, còn thế ở điểm B mang
dấu “ - ”. Nếu đồng thời có tín hiệu điều khiển cho cả hai van bán dẫn T
1
và T
3
, thì
13
hai van mở cho dòng chạy qua (đối với tải thuần trở hoặc đối với tải có tính chất
điện cảm). Còn đối với tải có chứa sức điện động E thì phải đồng thời có hai điều
kiện trên và phải có thế tại A có giá trị lớn hơn sức điện động E thì hai van bán dẫn
T
1
và T
3
mới cho dòng qua.
Đến nửa chu kỳ sau, điện áp tại A và B đổi dấu, thế tại A có dấu “ - ”, còn thế tại B
có dấu “ + ”. Nếu có xung điều khiển cho cả hai van T
2
và T
4
thì các van này sẽ mở
(đối với tải thuần trở hoặc đối với tải có tính chất điện cảm). Nếu trong tải có thành
phần sức điện động E thì phải có thêm điều kiện U

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

= +
, cho xung điều khiển mở T3, T4 và U
d
=U
2
.
+ Dòng qua tải là dòng gián đoạn.
+ Giá tri trung bình của điện áp tải :
2
2
21
2 sin . (1 cos )
d
U
U U d
π
α
θ θ α
π π
= = +
∫
(2.1)
+ Giá trị trung bình dòng tải :
R
U
I
d
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 :
14
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
d
.

- Phương trình mạch tải :

θ
θθ
d
d
XRidU
d
i
d
+=
.sin2
2
(2.4)


2
1
2 sin .
d
d
I
d d
I
R X
U d i d di
π α π α
α α
θ θ θ
π π π

+ +
= +
∫ ∫ ∫
(2.5)

2
2 2
cos
d
U
U
α
π
=
(2.6)
- 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
+
= =
∫

(2.7)
15
+ Dạng sóng cơ bản :
Hình 2.7. Dạng dòng điện và điện áp khi tải là L và R
4. Ưu nhược điểm của sơ đồ :
+ Ưu điểm : Chỉnh lưu cầu một pha cho chất lượng điện áp tương đối tốt, dòng
điện qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Điện áp ngược đặt
lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ .
+ Nhược điểm : Không dùng được cho tải có công suất lớn, nếu dùng gây ra
hiện tượng công suất bị lệch pha. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha dòng tải chảy qua
hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất điện áp và công suất trên van sẽ lớn. Thành phần đa
hài bậc cao lớn. Sơ đồ cầu một pha chỉ ứng dụng với yêu cầu điện áp chỉnh lưu cao
và dòng tải nhỏ.
2.2.2. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng:
1. Sơ đồ nguyên lý.
16
u
2a
u
2b
u
2c
T
1
T
3
T
5
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.
- Giá trị cực đại của u
d1

và u
d2
lệch nhau góc π/3
Như vậy sơ đồ cầu ba pha có thể coi như là hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc
ngược nhau.
Điện áp các pha :

2 2
2 sin
a
U U
θ
=

2 2
2
2 sin( )
3
b
U U
θ
Π
= −
.

2 2
4
2 sin( )
3
c

U U
θ
Π
= −

17
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 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
= =
+ Khi

αθθ
+
Π
==
6
2
cho xung điều khiển mơ T
1
. Tiristor này mở vì
2
0
a
U
>
.
Sự mở của T
1
làm cho T
5
bị khoá lại một cách tự nhiên vì
2 2a c
U U
>
. Lúc này T
6
và
T
1
cho dòng đi 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
U U

>
.
- Các xung điều khiển lệch nhau
3
Π
được lần lượt đưa đến các cực điều khiển
của các tiristor theo thứ tự 1, 2, 3,4, 5, 6, 1,… Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở
thì nó sẽ khoá ngay tiristor 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
θ
5
= 9π/6 + α
θ
6
= 11π/6 + α
T1
T2
T3

T4
T5
T6
T5
T6
T1
T2
T3
T4

18
Bảng 2.1. Thời điểm đóng mở của các tiristor.
+ Dạng sóng cơ bản
Hình 2.9. Dạng của dòng điện và điện áp

αθθ
α
α
cos
63
.sin2
2
6
2
6
5
6
2
Π
=

Π
=
∫
+
Π
+
Π
U
dUU
d
( 2.8 )
- Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van :

22max
45,26 UUU
ng
==
( 2.9 )
- Dòng điện trung bình chạy qua van :
3
d
T
I
I
=
( 2.10 )
3. Ưu nhược điểm của sơ đồ :
+ Ưu điểm :
- số xung áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của
điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao.

- không làm lệch pha lưới điện.
+ Nhược điểm :
19
- 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
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
D

2
L
R
A
B
C
Hình 2.10. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha không đối xứng
2. Hoạt động của sơ đồ
Khi làm việc, các điôt chuyển mạch tự nhiên, còn các tiristor chuyển mạch tại
các góc điều khiển α. Khi
60
α
<
o
, điện áp u
d
luôn lớn hơn 0. Nhưng khi
60
α
>
o
sẽ
xuất hiện các giai đoạn hai van mắc thẳng hàng dẫn đồng thời.
Trong khoảng
1
0
θ
÷
: T
5

và D
6
cho dòng tải i
d
= I
d
chảy qua. D
6
đặt điện thế u
b
lên anot D
2
.
20
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

d
chảy qua D
2
và T
5
, u
d
= 0 .
Khi
2
θ = θ
cho xung điều khiển mở T
1
.
Trong khoảng
2 3
θ θ
÷
: T
1
và D
2
cho dòng tải I
d
chảy qua. D
2
đặt điện thế u
c
lên
anot D

4
.
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 chỉnh được từ giá trị lớn nhất đến 0.
Hình 2.11. Dạng của dòng điện và điện áp qua tải
3. Các thông số cơ bản
21

1
d
u
là thành phần điện áp tải do nhóm catot chung tạo ra, còn
2
d
u
là thành phần
điện áp tải do nhóm anot chung tạo ra.
Giá trị tức thời của điện áp tải :
1 2
d d d
u u u
= −
Giá trị trung bình của điện áp tải :
1 2
d d d
U U U
= −
Trong đó :

( )
1
2
5

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

α
π
α
π
π
θ θ α
π π
θ θ
π π
α
π
+
+
= =
= =
= +
∫
∫
(2.11)
3. Ưu nhược điểm của sơ đồ :
+ Ưu điểm :
- Việc kích mở các van điều khiển trong chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển
không đối xứng dễ dàng hơn, sơ đồ điều khiển đơn giản, rẻ tiền (kinh tế).
- Nếu tải thuần trở sẽ luôn cho dòng liên tục.
- Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng cho chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu
suất sử dụng máy biến áp tốt S
ba
= 1,047P
d
.

+ 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
22
T
1
T
3
T
5
L
R
T
4
T
6
T
2
A
B
C
O
O
a
a
b
b

u
a
u
b
u
c
u
a
u
b
u
c
' ' '
Hình 2.12. Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha dung cuộn kháng cân bằng
Sơ đồ chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng, được biểu diễn như trên sơ đồ,
bao gồm máy biến áp động lực, có cuộn kháng cân bằng L
a
Trên mỗi trục của lõi sắt máy biến áp đặt ba cuộn dây, 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn
thứ cấp. Các cuộn dây thứ cấp tạo ra hai hệ thống điện áp 3 pha lệch pha 180
0
điện.
Máy biến áp có hai hệ thống thứ cấp a ,b ,c và a’ ,b’ ,c’. Các cuộn dây trên
mỗi pha a và a’; b và b’;c và c’ có số vòng như nhau nhưng có cực tính ngược
nhau. Hệ thống dây cuốn thứ cấp máy biến áp có điểm trung tính riêng biệt P và Q.
P, Q được nối với nhau qua cuộn kháng cân bằng. Cuộn kháng cân bằng có cấu tạo
như máy biến áp tự ngẫu.
+ Hệ thống thứ nhất cấp nguồn cho các tiristor T
1
, T
3

, 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.
23
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
tạo ra thành phần điện áp tải
2
d
u
.
Do cuộn kháng cân bằng có tác dụng hấp thu hiệu điện áp của
1
d
u
và
2
d
u
.
Vậy điện áp đặt trên tải là :
1 2
2
d d
d
u u
u
+
=
Tại bất kì thời điểm nào cũng có 2 tiristor dẫn dòng : 1 của nhóm thứ nhất và 1
của nhóm thứ hai.
+ Góc dẫn dòng của mỗi tiristor là:
2
3
π

λ
=
+ 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
+
= =
(2.12)

1
5
2
6
2
6
3 3 6
2 sin . os
2 2
d d
U
U U U d c
π
α
π
α
θ θ α
π π
+
+
= = =
∫
(2.13)
+ Do có điện cảm L trong mạch tải nên thực tế i

d
= I
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
2 3
d d
I I
I d I
π
θ
π
 
= = =
 ÷
 
∫
(2.15)
+ Công suất máy biến áp :
24

1 2
1,26
2
d
S S
S P
+
= =
(2.16)
Trong đó :
1 2 2
2 2 2

6. 1,48
3 1,045
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.
25