tổng quan về công nghệ mạ điện

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,
phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản xuất và đời sống
văn minh con người.
Lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt, phương 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
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 được các yêu cầu
kỹ thuật mong muốn.
Mạ kim loại không chỉ làm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mòn mà còn có tác
dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho các dụng cụ máy móc và đồ trang
sức…
Ngày nay không riêng gì ở nước phát triển mà ngay trong nước ta kỹ thuật
mạ đã có nhưng bước phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất
cũng như trong kinh doanh.
Kỹ thuật mạ đòi hỏi phải không ngừng phát triển nghiên cứu cải tiến kỹ
thuật, máy móc chuyên dùng thiết bị dây chuyền sản xuất đồng bộ tự động hoá với
độ tin cậy cao. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng mạ và hạ giá thành sản
phẩm, chống ô nhiễm môi trường.
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 nắm vững lý thuyết để áp dụng vào thực tế, ở
học kỳ này em được các thầy giáo cho thiết kế môn học với đề tài : Thiết kế nguồn
mạ một chiều. Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế cao.
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 Đoàn Văn Tuân đã giúp em hoàn thành đề tài này.

Do lần đầu làm thiết kế môn học “điện tử công suất” kinh nghiệm chưa có
lên em không tránh khỏi những sai sót mong các thầy chỉ bảo và giúp đỡ. Cuối
cùng em xin chân thành cảm ơn !

Hải Phòng, ngày …. Tháng…. năm ….
Sinh viên: Nguyễn Thanh Hải
MSV: 39171


Chương 1: Tổng quan về công nghệ mạ điện
1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện.
Hình 1.1: Mô hình mạ điện phân với nguồn một chiều.
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 như các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện phân.
Ta dựa vào sơ đồ điện phân như hình 1.1.
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
Sơ đồ trên là mô hình dùng trong phạm vi nhỏ như phòng thí nghiệm đồng
thời cũng dùng trong qui mô sản xuất lớn. Các thành phần cơ bản của sơ đồ điện
phân :
1.1.1. Nguồn điện một chiều như : pin, ắc quy, máy phát điện một chiều,
bộ biến đổi. Ngày nay được 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.
VD : Mạ niken thường dùng điện áp 6V hay 12V. Để mạ Crôm dùng 12V.
Để đánh bóng điện hóa nhôm thường dùng điện áp 12 – 24V.

1.1.2. Anốt :là điện cực nối với cực dương của nguồn điện một chiều. Trước
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 được dùng trong các trường 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 :

+
+
=−
=−
2
2
2
2
CueCu
NieNi
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. 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
Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thường chính là O
2
hay Cl
2
.
1.1.3. 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 như :
Mạ niken :
↓=+
+
NieNi 2
2
Mạ kẽm :
↓=+
+
ZneZn 2
2
Đồng thời với ion kim loại bị khử,
+
OH
3
cũng bị khử giải phóng ra khí H
2

theo phản ứng :
OHHeoH
223
22
+↑=+
+
Khí H
2
thoát ra trên bề mặt catốt 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 H
2
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 loại 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 cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thường ngập dưới mặt nước
8 – 15cm và cách đáy bể khoảng 15cm. Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt,
không để gây ra hiện tượng phóng điện trong chất điện phân. Tuyệt đối không để
chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch điện.
1.1.4. Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ
thường có hai phần :
- Thành phần cơ bản : gồm muối và hợp chất chứa ion của kim loại mạ và một
số hoá chất thiết yếu khác, nếu thiếu hóa chất này thì dung dịch không thể
dùng để mạ được.
- 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.
Một số đặc điểm dung dịch mạ :
- Dung dịch mạ cần phải có độ dẫn điện cao. Độ dẫn điện của dung dịch
không những chỉ giảm được tổn thất điện trong quá trình mạ mà còn làm cho lớp
mạ đồng đều hơn.
- Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lượng 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 lượng cao trong một khoảng nhiệt độ
nhất định. Ví dụ như mạ Niken khoảng nhiệt độ là 50 – 70
o
C , mạ vàng 60 – 70
o
C.
Nhìn chung, khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vượt qua nhiệt độ sôi của
dung dịch.
- Mỗi dung dịch có một khoảng 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 muối đơn. Ví dụ, lớp mạ thu được từ
dung dịch
−2
4
)(CNZn
hoặc
−2
3
)(CNZn
tốt hơn lớp mạ thu được từ dung dịch muối

CuSO
4
.

1.1.5. 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, điều 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, …
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 công nghệ mạ điện.
1.2. Yêu cầu về công nghệ mạ điện.
- Trước khi mạ, vật cần mạ được tiến hành gia công cơ khí để có bề mặt
bằng phẳng, đồng thời tẩy xóa các lớp gỉ, đánh bóng bề mặt theo yêu cầu cần sử
dụng.
-Tẩy sạch dầu mỡ các hợp chất hóa học khác có thể có trên bề mặt vật mạ.
Tóm lại lúc trước khi chi tiết vào bể điện phân , bề mặt cần phải bằng phẳng ,
tuyệt đối sạch dầu mỡ , các màng oxit có thể có . Trong điều kiện như vậy lớp mạ
thu được có độ bóng tốt, không sước , không sần sùi ,bóng đều toàn lớp mạ đồng
nhất như ý.
Phương pháp gia công kim loại trước khi mạ:
- Phương pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô , mài tinh , đánh bóng ,
quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay.
- Phương pháp gai công hóa học bao gồm : tẩy dầu mỡ , tẩy gỉ, tẩy lại làm
bóng bề mặt, rửa sạch.
Sự lựa chọn phương pháp gia công hiệu quả tốt nhấtlại có giá thành rẻ,
đòi hỏi kĩ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ và phải có kinh nghiệm trong
sản xuất. Bất kì thiếu sót nào dù nhỏ hoặc đánh giá không đúng công việc
chuẩn bị bề mặt mạ đều dẫn đến giảm sút chất lượng và hình thức lớp mạ.

Chất lượng lớp mạ phụ thuộc một cách cơ bản vào phương pháp lựa chọn ,
kỹ thuật và điều kiện chuẩn bị lớp mạ. không bao giờ chúng ta coi nhẹ việc
chuẩn bị bề mặt vật 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….


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.
+ 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 :
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)
+ 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.
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 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

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
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.
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 :

+ 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 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 :

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
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