thiết kế mạch công suất điều khiển bể mạ điện dòng 250a

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.
1/56
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.
Hình 1.1: Mô hình mạ điện phân với nguồn một chiều.
2/56
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
- 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.
3/56
+ 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 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
4/56
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).
- 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.


5/56
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 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.
6/56
+ Giá tri trung bình của điện áp tải :
2
2
2
1
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 :
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)
7/56
- 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)
+ Dạng sóng cơ bản :
Hình 2.7. Dạng dòng điện và điện áp khi tải là L và R
1. 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.
8/56

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
= −

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
9/56
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

Bảng 2.1. Thời điểm đóng mở của các tiristor.
+ Dạng sóng cơ bản
10/56
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 :
- 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
11/56
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
.
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.
12/56
Hình 2.11. Dạng của dòng điện và điện áp qua tải
3. Các thông số cơ bản

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 :
13/56
+ 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
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
14/56
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.
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 :
15/56

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.
+ Nhược điểm :
- Số van sử dụng lớn giá thành cao.

- Máy biến áp phức tạp có số cuộn thứ cấp nhiều, việc chế tạo máy biến áp với sáu pha
thứ cấp ngược nhau 180
0
là hết sức khó khăn, cộng thêm việc chế tạo cuộn kháng cân bằng
lên càng tăng thêm tính phức tạp cho công việc chế tạo và bảo quản.
2.2.5. Chọn mạch công suất phù hợp
16/56
Điều quan trọng nhất trong công nghệ mạ là chất lượng sản phẩm mạ, chất lượng lớp mạ
còn tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố. Điều khiển chất lượng mạ phải khống chế đồng thời cả dung
dịch mạ lẫn cách thức mạ, nhưng quan trọng nhất vẫn là dải mật độ dòng điện thích hợp vì nó
tạo điều kiện điện phân có phân cực lớn, do đó màu tinh thể mới được sinh ra dễ dàng hơn.
Lớp mạ là do vô vàn các tinh thể hợp lại, tinh thể càng nhỏ mịn thì lớp mạ càng tốt.
Mật độ dòng điện cao sẽ thu được lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, sít chặt đồng đều. Vậy
để nâng cao chất lượng mạ đòi hỏi chất lượng dòng điện một chiều với mật độ cao, độ ổn định
lớn và chất lượng điện áp tốt.
Nếu chọn chỉnh lưu cầu một pha, tuy chất lượng điện áp tương đối tốt nhưng mật
độ không cao, biên độ đập mạch lớn, thành phần đa hoà bậc cao lớn, hiệu suất sử dụng máy
biến áp xấu và công suất chỉnh lưu nhỏ nên không đáp ứng yêu cầu của mạ vậy không chọn
sơ đồ này.
Chỉnh lưu tia sáu pha cũng không chọn vì việc chế tạo máy biến áp với sáu pha thứ
cấp có hai cuộn lệch nhau 180
0
và cuộn kháng cân bằng là hết sức khó khăn.
Nên chọn chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng, sơ đồ này cho điện áp chỉnh lưu có
chất lượng cao, nhưng điều phức tạp ở chỗ là điều khiển đồng thời cả hai van bán dẫn nên gây
không ít khó khăn khi vận hành điều khiển và sửa chữa.
Vì thế mà em chọn sơ đồ cầu điều khiển không đối xứng là phù hợp nhất, sơ đồ này
cho chất lượng điện áp tốt nhất, việc điều khiển đơn giản, sử dụng công suất của máy biến áp
tốt, đáp ứng yêu cầu đòi hỏi của công nghệ mạ. Với máy biến áp nguồn là máy biến áp ba
pha, phía sơ cấp đấu tam giác, còn phía thứ cấp đấu sao.

2.3. Tính chọn van động lực
Hai thông số cần quan tâm nhất khi chọn van bán dẫn cho chỉnh lưu là điện áp và dòng điện.
Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là: dòng tải, sơ đồ đã chọn, điều
kiện toả nhiệt, điện áp làm việc.
Các thông số cơ bản của van động lực được tính như sau:
2.3.1. Điện áp ngược của van:
1. Điện áp ngược lớn nhất mà van phải chịu

ax 2
6
. . . .30 31.416
3 6
d
nm nv nv
u
U
U k U k
k
π
= = = =
(V)
Trong đó:
U
nmax
, U
2
, U
d
: Điện áp ngược max của van, điện áp xoay chiều,điện áp tải.
k

nv
, k
u
: các hệ số điện áp ngược và điện áp tải.
.6=
nv
k

.
63
π
=
u
k
 Sơ đồ mạch động lực.
17/56
L
3CC
4
CD
Ap
AB
C
c
b
a
1
T
2CC
3

T
2CC
U
1CC
1CC
1CC
C
R
C
RR
C
3CC
C
C
R
C
2CC
T
5
R
C
RR
C
2CC
T
2
R
2CC
T
6

T
2CC
C
R

Hình 2.14. Sơ đồ mạch động lực
- Để có thể chọn van theo điện áp hợp lý, thì điện áp ngược của van cần chọn phải lớn hơn
điện áp làm việc, qua một hệ số dự trữ điện áp k
dtU.
k
dtU
thường được chọn trong khoảng(1,6
÷
2). Chọn k
dtU
= 1,8
2.3.2. Dòng điện làm việc của van:
Dòng điện làm việc của van được chọn theo dòng điện hiệu dụng chạy qua van I
lv
= I
hd
.
Theo công thức
)(3,144250.
3
1
3
A
I
IkII

d
dhdhdlv
=====
Trong đó:
I
hd
, I
d
- Dòng điện hiệu dụng của van và dòng điện tải;
k
hd
- Hệ số xác định dòng điện :
.
3
1
=
hd
k
(khi α<
3
π
)
18/56
π
απ
2
−
=
hd
k

(khi α>
3
π
)
)(8,176 AI
lv
<⇒
Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh toả nhiệt và đầy đủ diện tích toả nhiệt, có quạt
thông gió. Như vậy I
đmv
cần chọn là:
I
đmv
= k
i
.I
lv
= 1,6.I
lv
= 1,6. 144,3= 230,88 (A).
Chọn k
i
= 1,6 (I
lv
= 60%.I
dm
): Hệ số dự trữ dòng điện.
+) Từ các thông số U
nv
= 56,55 (V)và I

đmv
= 230,88(A) ta chọn:
Theo Bảng p.2 Thông số Diode công suất (sách tính toán thiết kế thiết bị điện tử công
suất của Trần Văn Thịnh) ta chọn 3 Diốt loại 400R40 có:
- Dòng điện định mức của van: I
đmv
= 400 (A).
- Điện áp ngược của van: U
nv
= 400 (V).
- Đỉnh xung dòng điện lớn nhất: I
pik
= 7800 (A).
- Dòng điện rò: I
r
= 15 (mA).
- Sụt áp trên van:
1,62U
∆ =
(V).
- Nhiệt độ cho phép: T
cp
= 200
0
C.
Theo Bảng p.2 Thông số Tiristor công suất (sách tính toán thiết kế thiết bị điện tử công
suất của Trần Văn Thịnh) ta chọn 3 Tiristor loại T727012524DN có:
- Dòng điện định mức của van: I
đmv
= 400(A).

- Điện áp ngược của van: U
nv
= 100 V).
- Đỉnh xung dòg điện lớn nhất: I
pik
= 6000 (A).
- Dòng điều khiển: I
g
= 150 (mA).
- Điện áp điều khiển: U
g
= 3 (V).
- Dòng điện rò: I
r
= 15 (mA).
- Sụt áp trên van:
1,9U
∆ =
(V).
- Tốc độ biến thiên của điện áp:
dt
du
= 200 (V/s).
- Thời gian chuyển mạch: t
cm
= 60 (µs).
- Nhiệt độ cho phép: T
cp
= 125
0

C.
2.4. Tính toán máy biến áp
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát bằng không khí tự nhiên.
2.4.1. Các thông số cơ bản của máy biến áp
Máy biến áp dùng cho mạch chỉnh lưu thường có độ dự trữ công suất lớn vì dòng thứ cấp
rất lớn, cách điện phải đạt yêu cầu, nhất là phải chú ý đến các vấn đề cách điện vì dòng thứ
cấp rất lớn phát sinh ra nhiệt nhiều.
19/56
Đồng thời máy biến áp ta sử dụng trong việc mạ điện phải kín. Vì trong khi mạ hơi của
các muối dùng để mạ, hay các chất phụ gia và chất xúc tác… có tính ôxy hoá cao do đó ta
phải có vỏ để bảo vệ máy biến áp bằng cách thiết kế thùng dầu để cho máy biến áp vào.
1. Điện áp sơ cấp máy biến áp
U
1
= 380 (V)
2. Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp
Phương trình cân bằng điện áp khi có tải:
badnvddo
UUUUU
∆+∆+∆+=
min
cos.
α
Trong đó:
α
min
= 10
0
: Góc dự trữ khi có suy giảm điện áp lưới.
1,62 1,9 3,52

v
U
∆ = + =
(V): Là tổng điện áp sụt trên van.
xrba
UUU ∆+∆=∆
: Sụt áp trên điện trở và điện kháng của máy biến áp
và ta chọn.
=∆
ba
U
5% ÷ 10% U
d
Chọn sơ bộ:
=∆
ba
U
5% U
d
= 5%.30 = 1,5 (V).
Ta đặt máy biến áp cách bể mạ khoảng 5m và chọn dây nối bằng đồng. Chọn mật độ dòng
điện trong dây dẫn là J = 2,4 (A/mm
2
).
∆U
dn
= R
dn
.I
d

Trong đó: R
dn
= ρ
Cu
.l/S
dn
(ρ
Cu
= 0,0000172 Ω/mm điện trở suất của đồng ở nhiệt độ bình
thường).
Vậy
)(0008,0
2,104
10.5
.0000172,0
3
Ω==
dn
R
⇒ ∆U
dn
= 0,0008.250 = 0,2 (V).
)(8,35
10cos
5.12,052,330
cos
0
min
V
UUUU

U
badnvd
do
=
+++
=
∆+∆+∆+
=
α

Điện áp thứ cấp của máy biến áp:

)(3,15
34,2
8,35
2
V
k
U
U
u
do
===
Trong đó:
U
do
- Điện áp không tải máy biến áp [V].
k
u
- Hệ số điện áp chỉnh lưu, k

u
= 2,34
3. Dòng điện thứ cấp của máy biến áp
)(1,204250.
3
2
.
3
2
2
AII
d
===
Trong đó:
20/56
I
2
- Dòng điện thứ cấp của máy biến áp.
I
d
- Dòng điện định mức của tải.
4. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp:

)(2,81,204.
380
3,15

2
1
2

21
AI
U
U
IkI
ba
====
Trong đó:
I
1
- Dòng điện sơ cấp của máy biến áp.
k
ba
- Hệ số của máy biến áp. k
ba
= U
2
/U
1
.
U
1
, U
2
- Điện áp sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.
5. Công suất tối đa của máy biến áp:
P
dmax
= U
d0

. I
d
= 35,8. 250 = 8950(w).
Trong đó:
P
dmax
- Công suất tối đa của tải (W).
U
do
- Điện áp không tải máy biến áp (V).
I
d
- Dòng điện tải (A).
6. Công suất biểu kiến của máy biến áp:
S
ba
= k
s
. P
dmax
= 1,05. 8,95 = 9,3975(kVA).
Trong đó: k
s
= 1,05: Hệ số công suất theo sơ đồ mạch động lực
2.4.2. Tính sơ bộ mạch từ.
1.Tiết diện sơ bộ của trụ:

)(6,39
50.3
5,9397

.5
.
.
2
cm
fm
S
kQ
ba
QFe
===

Trong đó:
k
Q
= 4÷6: Phương thức làm mát bằng dầu. Chọn k
Q
= 5.
m: Số trụ của máy biến áp. m = 3
f = 50 (Hz): Tần số xoay chiều.
2. Đường kính trụ

)(1,7
6,39.4
.4
cm
Q
d
Fe
===

ππ
Chuẩn hóa đường kính trụ theo tiêu chuẩn d=8 (cm)
3.Chọn loại thép
Chọn loại thép
∃
330 có độ dày 0,5 mm; Chọn mật độ từ cảm trong trụ: B = 1,2 (T).
4.Chọn tỉ số: m =
5,2=
d
h
. Suy ra : h = 2,5.d =17,75 (cm)
Ta chọn chiều cao của trụ là 20 (cm)
Trong đó:
21/56
m- Hệ số, để trụ thiết kế đạt yêu cầu thường chọn m = 2,5.
h- Chiều cao của trụ.
2.4.3. Tính toán dây quấn.
1. Số vòng dây mỗi pha sơ cấp của máy biến áp:
2,360
2,1.6,39.50.44,4
10.380
44,4
10.
4
4
1
1
===
BQf
U

W
Fe
(vòng)
Lấy tròn W
1
= 360 (Vòng).
Trong đó
W
1
- Số vòng dây của cuộn dây cuộn sơ cấp cần tính
U
1
- Điện áp của cuộn dây cần tính (V);
B - Mật độ từ cảm chọn B = 1,2 T.
Q
Fe
- Tiết diện lõi thép [cm
2
].
2.Số vòng dây mỗi pha thứ cấp của máy biến áp:
5,14360.
380
3,15
.
1
1
2
2
=== W
U

U
W
(vòng).
Lấy tròn W
2
=15 (Vòng).
3.Chọn sơ bộ mật độ dòng điện của máy biến áp:
Với dây dẫn bằng đồng, máy biến áp dầu nên chọn J
1
= J
2
= 2,65 (A/mm
2
).
4.Tiết diện dây dẫn sơ cấp của máy biến áp:

)(1,3
65,2
2,8
2
1
1
1
mm
J
I
S ===

Đường kính dây dẫn. Chọn dây dẫn tiết diện tròn.

)(99,1
1,3.4
.4
1
1
mm
S
d ===
ππ
chọn d
1
=2 (mm)
Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn cách điện (chọn cách điện loại B)
Lấy d
1
= 2 (mm). S
1cd
= 3,464(mm
2
)
5.Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn dây sơ cấp:

)/(6,2
.2
4.2,8
2
2
1
1
1

mmA
S
I
J ===
π

6.Tiết diện dây dẫn thứ cấp của MBA:
)(02,77
65,2
1,204
2
2
2
2
mm
J
I
S ===
Chọn dây dẫn có tiết diện hình chữ nhật theo cách điện loại B. Vì tiết diện dây lớn nên ta
chập 3 sợi làm một. Chuẩn hoá tiết diện dây dẫn:
S
2
= 3 x 25,68 (mm
2
).
22/56
Kích thước dây dẫn kể cả cách điện: S
2
= 3. 3,8 .7,1(mm
2

).
7.Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn dây thứ cấp:

)/(52,2
1,7,8,3.3
1,204
2
2
2
2
mmA
S
I
J ===

+ Kết cấu dây dẫn sơ cấp
Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục.
8.Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp:

1,9395,0.
2
2.2200
.
.2
1
11
=
−
=
−

=
c
g
k
d
hh
W
(vòng)
Trong đó:
k
C
= 0,95: Hệ số ép chặt.
h: Chiều cao trụ.
h
g
= d
1
: Khoảng cách từ gông tới cuộn sơ cấp.
Chọn W
11
= 93 (vòng).
9.Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn sơ cấp:
87,3
93
360
11
1
11
===
W

W
n
(lớp).
10.Chọn số lớp: n
11
= 4 lớp. Như vậy có 360 vòng dây chia thành 4 lớp, vậy mỗi lớp có 90
vòng.
11.Chiều cao thực tế của cuộn sơ cấp.
)(6,19
10.95,0
2.93
.
111
1
cm
k
dW
h
C
===
12.Chọn ống dây làm bằng vật liệu cách điện có bề dầy: S
01
= 0,1 cm.
13.Khoảng cách cách điện của cuộn sơ cấp với trụ: a
01
= 1 cm.
14.Đường kính trong của ống cách điện:
D
t
= d

fe
+ 2.a
01
- 2.S
01
= 8 + 2.1 - 2.0,1 = 10,2 (cm).
15.Đường kính trong của cuộn sơ cấp:
D
t1
= D
t
+ 2.S
01
= 10,2 + 2.0,1 = 10,4 (cm).
16.Chọn giấy cách điện giữa 2 lớp dây ở cuộn sơ cấp: cd
11
= 0,1 cm.
17.Bề dầy cuộn sơ cấp
B
d1
= (d
1
+ cd
11
). n
11
= (0,2 + 0,1). 4 = 1,2 (cm).
18.Đường kính ngoài của cuộn sơ cấp:
23/56
D

n1
= D
t1
+ 2. Bd
1
= 10,4 + 2. 1,2 = 12,8 (cm).
19.Đường kính trung bình của cuộn sơ cấp:

)(6,11
2
8,124,10
2
11
1
cm
DD
D
nt
tb
=
+
=
+
=

20.Chiều dày dây quấn sơ cấp:
l
1
= W
1

. π. D
tb1
= 360.π.0,116 = 131,2 (m).
+ Kết cấu dây dẫn thứ cấp.
1.Chọn bề dày cách điện giữa cuộn thứ cấp và sơ cấp là: a
12
= 1 cm.
2.Chọn sơ bộ chiều cao cuộn thứ cấp:
h
1
= h
2
= 19,6 (cm).
3.Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn thứ cấp:

2
12
2
19,6
. .0,95 8.74
3.0,71
C
h
W k
b
= = =
(vòng). Chọn W
12
= 9 (vòng).
4.Tính sơ bộ lớp dây ở cuộn thứ cấp:

2
12
12
15
1,67
9
W
n
W
= = =
(lớp).
Chọn số lớp n
12
= 2 lớp. Lớp đầu chọn 6 (vòng), lớp ngoài chọn 3(vòng)
5.Chiều cao thực tế của cuộn thứ cấp:
12 2
2
. 9.3.0,71
20,2
0,95
C
W b
h
k
= = =
(cm).
6.Đường kính trong của cuộn thứ cấp:
D
t2
= D

n1
+ 2.a
12
= 12,8 + 2.1 = 14,8 (cm).
7.Chọn bề dày cách điện giữa các lớp dây của cuộn thứ cấp: cd
22
= 0,3 cm.
8.Bề dầy cuộn thứ cấp:
B
d2
= (a
2
+ cd
22
). n
12
= (3,8 + 3)2 = 13,6 (mm).
9.Đường kính ngoài của cuộn thứ cấp:
D
n2
= D
t2
+ 2. Bd
2
=12,88 + 2.0,73 = 42 (cm).
10.Đường kính trung bình của cuộn thứ cấp:
D
tb2
=
2 2

14,8 42
28,4
2 2
t n
D D
+
+
= =
(cm).
24/56
11.Chiều dài dây quấn thứ cấp:
l
2
= W
2
. π. D
tb2
= π. 15.0,284 = 13,4(m).
12.Đường kính trung bình của các cuộn thứ cấp và sơ cấp:
D
12
=
1 2
10,4 42
26,2
2 2
t n
D D
+
+

= =
(cm).
=> r
12
=
12
26,2
13,1
2 2
D
= =
(cm).
13.Chọn khoảng cách giữa 2 cuộn thứ cấp: cd
22
=2 (cm).
2.4.4. Tính các thông số của máy biến áp.
1.Điện trở của cuộn sơ cấp của máy biến áp ở 75
0
C.
R
1
= ρ
75
.
1
1
131,2
0,02135. 0,9
3,1
l

S
= =
(Ω).
Trong đó:
ρ
75
= 0,02135 (Ωmm
2
/m) khối lượng riêng của đồng ở 75
0
C.
2.Điện trở của cuộn thứ cấp của máy biến áp ở 75
0
C.
R
2
= ρ
75
.
3
2
2
13,4
0,02135. 3,7.10
77
l
S
−
= =
(Ω).

3.Điện trở của máy biến áp qui đổi về thứ cấp.

2
2
3 3
2
2 1
1
15
. 3,7.10 0,9. 5,26.10
360
BA
W
R R R
W
− −
 
 
= + = + =
 ÷
 ÷
 
 
(Ω).
4.Sụt áp trên điện trở của máy biến áp.
3
. 5,26.10 .250 1,32
r BA d
U R I
−

∆ = = =
(V).
5.Điện kháng qui đổi máy biến áp về thứ cấp.
( )
2
2 7
1 2
2 12
2 2 7
8. . . . . .10
3
6,2 1,2 1,36
8. .15 . . 0,01 .314,16.10
19,6 3.100
BA
qd
Bd Bdr
X W a w
h
π
π
−
−
 
+
 
= +
 ÷
 ÷
 ÷

 
 
+
 
= +
 ÷
 

=>X
BA
=1,04.10
-3
(Ω).
6.Điện cảm qui đổi máy biến áp về thứ cấp.
25/56