Thiết kế bộ nguồn cho tủ điện phân

CHƯƠNG I
PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
1.1 Công nghệ điện phân
Trong ngành luyện kim nói chung, luyện kim bằng phương pháp điện phân chiếm 1
vai trò hết sức quan trọng. Tuyệt đại đa số các kim loại khi luyện hoăc tinh luyện
đều dùng phương pháp điện phân.
Luyện kim loại kiềm và kiềm thổ hầu như phải dùng phương pháp điện phân, vì các
kim loại này có hoạt tính lớn nên khó hoàn nguyên bằng con đường hỏa luyện.
Trong thiên nhiên chúng tồn tại ở dạng muối như NaCl, KCl… hoặc qua sơ chế
thành NaOH, KOH… chúng đều là các chất điện ly nên có thể điện phân trực tiếp.
Ưu điểm chính của phương pháp điện phân:
+ Có thể luyện được những kim loại mà phương pháp hỏa luyện không thể luyện
được.
+ Có thể luyện được những quặng nghèo, quặng ôxit… đem lại hiệu quả kinh tế
cao hơn phương pháp khác.
+ Dễ dàng thu hồi kim loại quý lẫn trong quặng.
+ Cho sản phẩm kim loại có độ nguyên chất cao.
* Lý thuyết quá trình điện phân:
1
- Hệ thống
điện hóa :
2
- Dung dịch điện ly.
Dung dịch điện ly gồm:
+ Thành phần cơ bản: gồm muối và hợp chất chứa ion của kim loại cùng 1 số hóa
chất khác.
+ Thành phần phụ gia: chất đệm và chống thụ động Anôt.
Chức năng của chất đệm là giữ cho thành phần của dung dịch luôn ổn định khi điện
phân, tốc độ của kim loại về Catot cũng nhỏ khi thoát ra cũng phải ổn định. Đồng
thời chất đệm chống thụ động Anot.
Phân loại dung dịch điện ly: có 2 loại chính là:

+ Dung dịch nước.
+ Dung dịch muối nóng chảy.
Dựa vào đó cũng có các công nghệ điện phân khác nhau như:
+ Điện phân trong dung dịch nước: luyện Zn, tinh luyện Cu, Ni, Pb…
+ Điện phân trong muối nóng chảy: Sản xuất Nhôm, Magie, các kim loại đắt,
hiếm…
- Một số đặc điểm của dung dịch điện phân:
- Có độ dẫn điện cao giúp giảm tổn thất và làm cho quá trình diễn ra đồng đều.
- Độ pH phụ thuộc chất điện phân.
- Nhiệt độ dung dịch không vượt quá nhiệt độ sôi.
1.2 Các quá trình điện cực
- Quá trình Anot:
Anot là điện cực nối với cực dương của nguồn điện 1 chiều. Khi điện phân, trên
anot xảy ra quá trình điện hóa (oxi hóa) gọi là quá trình Anot và chia làm 2 loại:
+ Quá trình Anot tan.
+ Quá trình Anot không tan.
Bản chất của các quá trình xảy ra trên Anot là quá trình Oxi hóa.
3
a) Trường hợp Anot tan
Kim loại làm Anot bị Oxi hóa chuyển thành ion dương và tan vào trong dung dịch
điện phân.
Ví dụ: Cu – 2e  Cu
2+

Các Cation kim loại sau đó đi về phía Catot và thực hiện hoàn nguyên trên bề mặt
catot.
Cơ chế của quá trình Anot tan gồm 3 giai đoạn chính:
- Tách ion ra khỏi mạng tinh thể và chuyển điện tử vào mạng điện.
- Hidrat hóa các Cation.
- Khuếch tán các Cation vào trong dung dịch.

b) Trường hợp Anot không tan
Trên bề mặt Anot xảy ra quá trình Oxi hóa các Anion trong dung dịch:
4OH
–
– 4e  2H
2
O + O
2
2Cl
–
– 2e  Cl
2
Quá trình Catot:
Catot là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều, là nơi đặt vật mạ hoặc
thu kim loại tinh chế, do quá trình hoàn nguyên kim loại diễn ra trên bề mặt catot.
Bản chất của các quá trình catot chính là sự khử các Cation thành kim loại:
M
Z+
+ z.e  M
Hoặc hoàn nguyên Hydro:
2H
+
+ 2e H
2
1.3 Quá trình kết tủa kim loại và các yếu tố ảnh hưởng
Trong công nghệ kết tủa kim loại Catot, cấu trúc tinh thể và hình dạng bên ngoài
của kết tủa Catot có ý nghĩa rất lớn.
Việc lấy được một kết tủa đặc, chắc, nhẵn theo yêu cầu phụ thuộc vào quá trình kết
tinh điện hóa Catot.
4

Quá trình kết tinh điện hóa một kim loại được xác định bởi quá trình tạo mầm và
quá trình phát triển tinh thể.
Kết tủa mịn hay thô, từ đó tạo ra mặt Catot nhẵn hay gồ ghề phụ thuộc vào tốc độ
tạo mầm và tốc độ phát triển tinh thể. Để lấy được kết tủa chất lượng cao cần điều
khiển được tốc độ đó bằng cách khống chế các nhân tố ảnh hưởng sau:
- Mật độ dòng điện và phân cực.
- Thành phần và nhiệt độ dung dịch.
- Chất hoạt tính bề mặt.
- Chủng loại các Catot mẫu.
- Sự tuần hoàn dung dịch.
a) Xem xét sự ảnh hưởng của nhiệt độ dung dịch
Đây là yếu tố ảnh hưởng phức tạp vì có ảnh hưởng nhiều tới tính chất dung dịch.
Tăng nhiệt độ sẽ cho phép dùng dung dịch có nồng độ cao hơn, tăng độ dẫn điện
của dung dịch, giảm nguy cơ thụ động Anot.
Các yếu tố đó làm tăng mật độ dòng điện giới hạn nên cho phép điện phân với mật
độ dòng cao hơn.
b) Xem xét sự ảnh hưởng của tuần hoàn dung dịch
Trong quá trình điện phân, nồng độ ion kim loại sát Catot bị nghèo đi, gây phân
cực nồng độ quá lớn và nhiều bất lợi xảy ra như: không dùng được mật độ dòng
cao, chất lượng điện phân thấp, gây cháy lớp mạ …
c) Sự ảnh hưởng của mật độ dòng điện
Mật độ dòng điện cao sẽ thu được lớp mạ có tinh thể nhỏ, mịn, chắc sít và đồng
đều, do khi tăng mật độ dòng điện sẽ làm tăng khả năng tạo mầm, ngược lại mật độ
dòng thấp cho kết tủa to, thô.
Tuy nhiên, mật độ dòng cao quá lại không tốt vì lớp kim loại dễ bị gai, bị cháy.
Khi diện phân tại mật độ dòng giới hạn chỉ tạo thành bột kim loại, do đó muốn
nâng cao mật độ dòng điện cần nâng cao mật độ dòng giới hạn bằng cách tăng nhiệt
độ, tăng nồng độ và đối lưu dung dịch.
5
1.4 Yêu cầu của nguồn điện phân

Trong công nghệ điện phân thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan trọng, nó
quyết định đến chất lượng sản phẩm sau khi điện phân thu được.
Nguồn điện phân là nguồn 1 chiều như: pin, ác quy, máy phát điện một chiều, bộ
biến đổi. Ngày nay được dùng phổ biến nhất là bộ biến đổi, bộ biến đổi trong quá
trình điện phân có điện áp thấp: 3V, 6V, 12V, 24V Tùy theo yêu cầu của kỹ thuật
mà chọn điện áp ra cho phù hợp. Một bộ biến đổi có thể lấy ra một số điện áp cấp
thiết cho một số quy định.
VD: Điện phân Niken trong công nghệ mạ thường dùng điện áp 6V hay 12 V. Để
mạ Crôm dùng 12V. Để đánh bóng điện hóa nhôm thương dùng điện áp 12-14V.
Khi tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng điện phân ở trên, ta thấy mật độ
dòng là yếu tố quyết định. Để có được độ mịn, độ gắn bám tốt thì nguồn 1 chiều
cấp cho bể điện phân phải có chất lượng thật tốt, cho dòng bằng phẳng và có thể
điều chỉnh liên tục trong 1 giới hạn rộng, cấp được một mật độ dòng đủ lớn.
1.5. Tính chất tải điện phân
Tải bể điện phân thuộc loại tải R-C-E, tuy nhiên điện trở trong của bể mạ nhỏ, do
đó hằng số thời gian phóng, nạp của tụ là rất nhỏ cho nên coi ảnh hưởng của tụ là
không đáng kể. Sức điện động E trong bể mạ thường nhỏ nên chúng ta có thể bỏ
qua.
Từ đó có thể coi tải điện phân gần như thuần trở, nên muốn có một mật độ dòng
lớn, có độ bằng phẳng cao theo yêu cầu thì điện áp nguồn 1 chiều cũng phải thật
bằng phẳng.
Kết luận: Như trên ta đã thấy sơ qua về công nghệ điện phân, các quá trình điện
cực cũng như quá trình kết tủa, các yếu tố ảnh hưởng về điện phân và yêu cầu cũng
như tính chất của tải điện phân và nguồn điện phân. Nguồn điện dùng cho tủ điện
phân phải là nguồn 1 chiều có thể điều chỉnh được và tải là tải thuần trở Để hiểu rõ
hơn về tủ điện phân ta tìm hiểu quá trình lựa chọn và xây dựng mạch lực cho tủ
điện phân ở chương II.
6
CHƯƠNG II
LỰA CHỌN SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU

2.1 Giới thiệu chung
Trong công nghệ điện phân thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan trọng,
nó quyết định nhiều đến chất lượng điện phân sau khi mạ thu được. Nguồn điện 1
chiều có thể là ắc quy, máy phát điện, 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 nên 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. Máy phát điện một chiều: Trong công nghệ mạ dùng máy phát điện một chiều
khắc phục được các nhược điểm của ắc quy. Máy phát điện một chiều trong thực tế
có thể được sử dụng rộng rãi trong quy mô sản xuất lớn. Nhưng giá thành đầu tư
cho máy phát điện một chiều lớn, cơ cấu điều khiển hoạt động khá phức tạp .Máy
phát điện một chiều với nhiều nhược điểm: cổ góp mau hỏng, thiết bị cồng kềnh,
làm việc có tiếng ồn lớn và cần thường xuyên bảo trì, sửa chữa. Chính vì các lý do
trên nên trong công nghiệp người ta không dùng máy phát điện một chiều.
3. Bộ biến đổi: 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 Tiristo 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 thế cho phù hợp. Bộ biến đổi
7
với các ưu điểm: thiết bị gọn nhẹ; tác động nhanh; dễ tự động hóa; dễ điều khiển và
ổn định dòng. 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 kĩ thuật.

Vậy, quyết định phương án là dùng bộ biến đổi.
Tuy nhiên điện áp và dòng điện sau khi chỉnh lưu có chiều không đổi
nhưng vẫn dao động về trị số, do đó để tải nhận được một điện áp hoặc dòng điện
hoàn toàn không đổi cả về chiều và trị số người ta phải dùng phần tử lọc, mục
đích của phần tử lọc là làm suy giảm thành phần dao động của điện áp và dòng
điện chỉnh lưu.
Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế nguồn tủ điện phân nhưng thường
sử dụng nhất là dùng nguồn điện xoay chiều có bộ chỉnh lưu. Nguồn điện xoay
chiều lại có 2 loại: 1 pha và 3 pha là phổ biến nhất. Ứng với mỗi loại lại có các
phương pháp chỉnh lưu khác nhau. Sau đây, ta đi nghiên cứu các loại cơ bản sau.
2.2 Tổng quan về chỉnh lưu
2.2.1 Khái niệm
Chỉnh lưu là quá trình biến đổi năng lượng điện xoay chiều thành năng lượng
điện một chiều. Hiện nay, trong kĩ thuật chỉnh lưu hầu như người ta chỉ dùng các
phần tử bán dẫn công suất (điốt, tiristo). Điều đó là do các bộ chỉnh lưu bán dẫn có
hiệu công suất rất cao, làm việc tin cậy, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng nhỏ, kích
thước và trọng lượng bé. Để chỉnh lưu công suất nhỏ người ta thường dùng các bộ
chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ, còn để chỉnh lưu công suất lớn người ta dùng bộ
chỉnh lưu ba pha. Ưu điểm của bộ chỉnh lưu 3 pha là công suất ra tải lớn, điện áp và
dòng điện ra tải ít dao động. Điều đó làm đơn giản hóa vấn đề về lọc. Điện áp và
dòng điện sau chỉnh lưu có chiều không đổi nhưng vẫn dao động về trị số. Do đó, để
tải nhận được một điện áp hoặc dòng điện hoàn toàn không đổi cả về chiều và trị số
người ta phải dùng phần tử lọc. Mục đích của phần tử lọc là làm suy giảm thành
phần dao động của điện áp và dòng chỉnh lưu .
8
2.2.2 Phân loại
Có 2 loại chỉnh lưu chính:
a. Mạch chỉnh lưu không có điều khiển (sử dụng Diốt)
- Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giữa
- Chỉnh lưu cầu 1 pha

- Chỉnh lưu tia 3 pha
- Chỉnh lưu cầu 3 pha
b. Mạch chỉnh lưu có điều khiển (sử dụng Tiristo)
- Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giữa
- Chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển
- Chỉnh lưu tia 3 pha
- Chỉnh lưu cầu 3 pha
Kết luận: Do cần điều chỉnh dòng áp nên cần sử dụng mạch có điều khiển. Vì vậy,
ta cần lựa chọn các mạch chỉnh lưu có điều khiển.
2.3 Các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển
2.3.1 Chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ dùng MBA có điểm giữa

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu 1 pha 2 nữa chu kì dùng thyristor
9
Hình 2.2.Đồ thị dòng điện chỉnh lưu 1 pha 2 nữa chu kì dùng thyristor
* Nguyên lý hoạt động:
Tại α =
1
θ
cấp xung cho
1
T
Từ (
1
θ
÷π)

21
u

>0,
1
T
phân cực thuận ,
1
T
mở,
2
T
khóa
Dòng điện i đi từ: A → T
1
→ K → R → O; u
u
d
= U
21
;
R
U
I
d
d
=

Từ khoảng ( π÷
2
θ
)
21

u
có xu hướng <0
1
T
tự động khóa lại , u
d
=0,
0
d
i =

Tại thời điểm
2
α θ
=
cấp xung cho
2
T

Từ (
2
θ
÷2π)
22
u
>0,
2
T
phân cực thuận,
1

T
phân cực ngược ,
2
T
mở,
1
T
khóa
Dòng điện đi từ: B → T
2
→ K → R → O ; u
d
=
22
u
,
R
u
i
d
d
=
* Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng.
10
* Nhược điểm:
- Chất lượng thấp, Công suất thấp
- Phải có máy biến áp, Giá thành cao
11
2.3.2 Chỉnh lưu cầu 1 pha
Chỉnh lưu cầu 1 pha có thể dùng sơ đồ chỉnh lưu không điều khiển hoặc có điều

khiển, trong sơ đồ có điều khiển lại có sơ đồ điều khiển đối xứng và điều khiển
không đối xứng.
Ta xét sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển đối xứng:
*Sơ đồ:
Hình 2.3 : Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu một pha
12
Hình 2.4. Đồ thị điện áp, dòng điện chỉnh lưu cầu 1 pha
* Nguyên lý hoạt động:
Tại thời điểm α=θ
1


,cấp xung cho T
1
và T
3
;
Từ (θ
1
÷π)

u
2
> 0, T
1
và T
3
phân cực thuận nên T
1
và T

3
mở ; T
2
,T
4
phân cực ngược
nên khóa.
Dòng điện đi từ: a
1
T
K R A T
3
O

d
uu
=
2
;

0
sin
sin
1
2
1
2
=
==
=

T
md
Td
md
u
R
u
R
u
ii
uu
θ
θ
Từ( π÷
2
θ
)
2
u
có xu hướng nhỏ hơn 0 ,T
1
và
3
T
khóa;

d
u
= 0 ,
0

d
i =
Tại
2
α θ
=
cấp xung cho T
2
và
4
T
Từ (
2
θ
÷2π) u
2
< 0, T
2
và
4
T
phân cực thuận nên mở, T
1
và
3
T
phân cực ngược nên
khóa
13
Dòng điện đi từ: O → T

2
→ K → R →
4
T
→ A

θ
θ
sin
sin
2
22
R
u
R
u
ii
uuu
dd
Td
md
===
−=−=

*Ưu điểm và nhược điểm:
* Ưu điểm:
- Số van trong sơ đồ nhỏ. Đơn giản
- Nếu điện áp lưới phù hợp không bắt buộc sử dụng máy biến áp
* Nhược điểm:
- Công suất nhỏ

- Chất lượng thấp
- Sơ đồ cầu một pha chỉ sử dụng với yêu cầu điện áp cao và dòng nhỏ
2.3.3 Chỉnh lưu hình tia 3 pha
*Sơ đồ:
14
Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh hình lưu tia 3 pha
15
Hình 2.6: Đồ thị điện áp, dòng điện tải R
* Nguyên lý làm việc:
Tại thời điểm
1
α θ
=
cấp xung cho
1
T
,
++
a
u
,
1
T
phân cực thuận nên
1
T
mở ;
2 3
àT v T
khóa

ad
uu
=
, dòng điện đi từ: a → T
1
→ K → R →O;
0
1
=
T
u
Tại thời điểm
2
α θ
=
cấp xung cho
2
T
,
++
b
u
,
2
T
phân cực thuận nên
2
T
mở ;

1 3
àT v T
khóa
16

bd
uu
=
, dòng điện đi từ: b → T
2
→ K → R →O;
2
0
T
U =
Tại thời điểm
3
α θ
=
cấp xung cho
3
T
,
++
c
u
,
3
T
phân cực thuận nên

3
T
mở; T
1
và T
2
khóa
cd
uu
=
, dòng điện đi từ : : c → T
2
→ K → R →O;
3
0
T
U =

Với góc điều khiển
0
30
α
≤
, dòng điện trên tải là liên tục , với góc điều khiển
0
30
α
≥
dòng điện trên tải là gián đoạn.
*Ưu điểm và nhược điểm:

* Ưu điểm:
- So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp tốt hơn
- Công suất máy biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần
- Độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ
lọc cũng nhỏ đi.
* Nhược điểm:
- Cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải
- Điều khiển phức tạp hơn nguồn 1 pha
17
2.3.4 Đối với chỉnh lưu cầu 3 pha
Sơ đồ nguyên lý như sau:
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu 3 pha dùng thyristor
Hình 2.8: Đồ thị dòng điện áp dòng tải R.
18
- Nhóm Catốt chung T
1
,T
3,
T
5
- Nhóm Anốt chung T
2
,T
4,
T
6
Điện áp các pha
θ
sin2
2

uu
a
=

)
3
2
sin(2
2
Π
−=
θ
uu
b


)
3
4
sin(2
2
Π
−=
θ
uu
c

Trong sơ đồ nay người ta dùng 6 thyrisstor : T
1,
T

2,
T
3,
T
4,
T
5,
T
6,
các xung dòng điện
i
G
phải phát ra theo thứ tự i
G1,
i
G2,
i
G3,
i
G4,
i
G5,
i
G6,
cách nhau một khoảng π/3 cũng như
chỉnh lưu cầu 3 pha dùng điốt, các thyrisstor chia làm 2 nhóm: nhóm Catốt chung
gồm: T
1
,T
3

,T
5
và nhóm Anốt chung gồm T
2
,T
4,
T
6
.
Giả thiết trước thời điểm θ = θ
1
T
5
và T
6
đang dẫn.
Tại θ
1
= (π/6+α) cho xung điều khiển mở T
1
. Thyrisstor này sẽ mở vì u
a
>0. Sự mở
của T
1
làm cho T
3
bị khóa một cách tự nhiên vì u
a
>u

c
. Lúc này T
1
và T
6
dẫn và điện
áp trên tải là : u
d
= u
a
- u
b
= u
ab
, i
d
= u
ab
/R
Tại θ
2
= 3π/6+α cho xung điều khiển mở T
2
. Thyrisstor này sẽ mở vì u
a
>0. Sự mở
của T
2
làm cho T
6

bị khóa một cách tự nhiên vì u
b
>u
c
. Lúc này T
1
và T
2
dẫn và điện
áp trên tải là : u
d
= u
a
– u
c
= u
ac
, i
d
= u
ac
/R
Vì các xung điều khiển lệch nhau π/3 lần lượt được đưa đến các cực điều khiển
theo thứ tự sau:
Thời điểm Mở Khóa
π/6+α T1,T6 T2,T3,T4,T5
3π/6+α T1,T2 T3,T4,T5,T6
5π/6+α T3,T2 T1,T4,T5,T6
7π/6+α T4,T3 T1,T2,T5,T6
9π/6+α T5,T4 T1,T2,T3,T6

19
* Ưu điểm:
- Số xung áp điều chỉnh trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của điện áp chỉnh
lưu thấp, chất lượng điện cao
- Công suất cao
* Nhược điểm:
- Sử dụng số van lớn, giá thành thiết bị cao
- Sơ đồ này chỉ dùng cho tải có công suất lớn, dung tải chỉnh lưu nhỏ và điện áp
chỉnh lưu đòi hỏi độ bằng phẳng.
Nhận xét:
- Mạch chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha dùng cho mạch có dòng điện tải lớn.
- Mạch chỉnh lưu điều khiển cầu 3 pha dùng cho mạch có điện áp lớn, công suất lớn
2.4 Chọn sơ đồ chỉnh lưu
Dòng điện trên tải: I
d
= U
d
/R
d
Dòng điện trung bình qua van: I
T
=I
d
/3
Điện áp ngược đặt trên van: U
ng
= 2,45.U
2
Dòng điện phía thứ cấp: I
2

= 0,816. I
d
Động điện sơ cấp: I
1
= 0,816. I
d
. K
ba
Công suất máy biến áp: S
ba
= 1,05 .P
d
Công suất tải: P
d
= U
d đm
.I
d đm

Dựa vào các thông số đầu bài cho ta có:
P
d =
6.6000 =36000(W)=36kW>5kW
- Do P
d
> 5 kW nên ta dùng chỉnh lưu 3 pha
- Mặt khác ta có U
dm
= 6V thuộc trong khoảng (10-30)V nên dùng sơ đồ hình tia
=> Do đó ta chọn phương án mạch chỉnh lưu 3 pha hình tia cho việc thực hiện

bộ nguồn chỉnh lưu cho nguồn điện phân
*Lựa chọn mạch lực:
Sơ đồ:
20
Hình 2.7. Sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha dùng thyristor
21
Hình 2.8: Đồ thị dòng điện áp, dòng của tải R.
Trong đó:
- BA là máy biến áp 3 pha dùng để cung cấp cho sơ đồ chỉnh lưu.
- Các thiristor T₁, T₂, T₃ dùng để biến điện áp xoay chiều 3 pha bên thư cấp máy
biến áp là Ua, Ub, Uc thành điền áp 1 chiều tải Ud.
- R là phần tử phụ tải của bộ phận chỉnh lưu.
Tại thời điểm
1
α θ
=
cấp xung cho
1
T
,
++
a
u
,
1
T
phân cực thuận nên
1
T
mở ;

2 3
àT v T
khóa

ad
uu
=
, dòng điện đi từ: a → T
1
→ K → R →O;
0
1
=
T
u
22
Tại thời điểm
2
α θ
=
cấp xung cho
2
T
,
++
b
u
,
2
T

phân cực thuận nên
2
T
mở ;
1 3
àT v T
khóa

bd
uu
=
, dòng điện đi từ: b → T
2
→ K → R →O;
2
0
T
U =
Tại thời điểm
3
α θ
=
cấp xung cho
3
T
,
++
c
u
,

3
T
phân cực thuận nên
3
T
mở; T
1
và T
2
khóa
cd
uu
=
, dòng điện đi từ : : c → T
2
→ K → R →O;
3
0
T
U =

Với góc điều khiển
0
30
α
≤
, dòng điện trên tải là liên tục , với góc điều khiển
0
30
α

≥
dòng điện trên tải là gián đoạn.
*Ưu điểm và nhược điểm:
* Ưu điểm:
- So với chỉnh lưu 1 pha thì chỉnh lưu tia 3 pha có chất lượng điện áp tốt hơn
- Công suất máy biến áp này lớn hơn công suất một chiều 1,35 lần
- Độ đập mạch của điện áp ra sau mạch chỉnh lưu giảm đáng kể nên kích thước bộ
lọc cũng nhỏ đi.
* Nhược điểm:
- Cần có biến áp nguồn để có điểm trung tính đưa ra tải
- Điều khiển phức tạp hơn nguồn 1 pha
23
* Thông số của sơ đồ chỉnh lưu hình tia 3 pha:
Điện áp trung bình:
U
d0
=
2
3 6
2
U
π

Điện áp ngược cựu đại trên mỗi thyristor:
U
ngmax
=
2
6U

Dòng điện trung bình của tải:

d
d
U
I
R
=
Giá trị trung bình dòng điện qua mỗi thyristor:

3
d
T
I
I =

24
CHƯƠNG III
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MẠCH LỰC
Yêu cầu thiết kế :
• Điện áp tải:
dm
U
= 6 V
• Dòng điện tải:
dm
I
= 6000 A
3.1. TÍNH CHỌN VAN
• Chọn chế độ làm việc định mức của van là chế độ công suất cực đại

( ứng với góc mở α = 0 ).
3.1.1. Điều kiện về dòng điện:
• + Dòng điện làm việc của van tính theo dòng hiệu dụng :
I
tbv
=
BA
S
3 380×
=
d
I
3
⇒
I
tbv max
=
d max
I
3
= =
6000
3
=2000 A
• Chọn điều kiện làm việc của van là làm mát cưỡng bức bằng nước,ta có ở
điều kiện van + đĩa van chuẩn + tốc độ nước = 8 m/s thì :
I
tb max thực
= ( 1.5
÷

4 ) I
tb max
⇒
I
tb max thực
= 1.5x2000= 3000A
3.1.1. Điều kiện về điện áp:
• + Điện áp ngược cực đại đặt lên van :
U
ng max
=
6
U
2
Mà U
d
=
2
3 6
.U Cos
α
π

⇒
U
d max
=
2
3 6
U

π
⇒
U
2
=
3 6
π
.U
d max
=
3 6
π
.6 = 2.6V < 220 V
⇒
Cần phải sử dụng máy biến áp
25