khái quát về công nghệ mạ xoa

Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Mục lục
CHƯƠNG I 4
KháI quát về công nghệ mạ xoa 4
I.Tổng quan về mạ xoa 4
II.Quá trình hình thành lớp mạ xoa 5
II.1.Khái niệm về mạ xoa. 5
II.2. Điều kiện tạo thành lớp mạ 6
III.Các thông số công nghệ cơ bản của kỹ thuật mạ xoa 7
IV. Đặc điểm dung dịch mạ xoa. 7
V. Gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ 8
8
Chơng II 11
Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lu thyristor 11
và nghịch lu 11
I.Các nguồn điện một chiều dùng cho mạ điện 11
I.1.Máy phát điện một chiều 11
I.2. Các sơ đồ chỉnh lu 14
I.2.1 Chỉnh lu nửa chu kì 14
I.2.2 Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp trung tính 15
I.2.3 Chỉnh lu cầu 1 pha 17
I.2.3.1. Chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng 17
I.2.3.2.Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng 19
II.Các sơ đồ nghịch lu 25
II.1.Bộ nghịch lu một pha có điểm giữa 25
II.2. Sơ đồ cầu một pha 27
Chơng III 29
Lựa chọn sơ đồ và tính toán các phần tử của sơ đồ 29
I. Lựa chọn các sơ đồ động lực 29
I.1 Lựa chọn khâu chỉnh lu 30

I.1.1.Lựa chọn khâu chỉnh lu có điều khiển 30
I.1.2.Lựa chọn khâu chỉnh lu không điều khiển 31
I.2.Lựa chọn sơ đồ nghịch lu. 31
II. Tính toán các thông số của sơ đồ mạch động lực 32
II.1. Tính chọn Diod cho khâu chỉnh lu không điều khiển 32
II.3.Tính chọn tranzitor và điốt cho khâu nghịch lu 45
II.3.Chọn tụ lọc sau khâu chỉnh lu có điều khiển: 52
II.4.Chọn tiristor và điốt cho mạch chỉnh lu có điều khiển 53
II.5Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch động lực. 55
II.5.1.Tính cho mạch chỉnh lu có điều khiển (I) 55
Chơng IV 61
Thiết kế mạch điều khiển hệ hở và hệ kín 61

1
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

I. Thiết kế mạch điều khiển cho khâu nghịch lu 61
II. THIếT Kế MạCH ĐIềU KHIểN cho thyiristor 73
II.1. Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính 75
II.2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ''arccos'' 75
II.3.Một số sơ đồ điển hình các khâu trong mạch điều khiển . 77
II.3.1 Khâu đồng pha 77
II.3.2. Khâu so sánh 79
II.3.3 Khâu khuếch đại tạo xung 82
II.3.4 Mạch tạo xung chùm 83
II.4 - Tính chọn các linh kiện của mạch điều khiển. 87
III. Vấn đề ổn định điện áp 100
Tài liệu tham khảo 106
Lời nói đầu

2
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Nhiệm vụ của một sinh viên trớc khi ra trờng là phải thực hiện và bảo vệ
thành công đồ án tốt nghiệp của mình. Đây là bớc cuối cùng để một ngời sinh
viên trở thành một kỹ s, kết thúc một chặng đờng học tập và rèn luyện dới mái
trờng đại học.
Giờ đây, trải qua năm năm tu dỡng và trau đồi kiến thức dới mái Trờng
Đại Học Bách Khoa Hà Nội, em đã nhận đợc nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp của
mình. Dới sự hớng dẫn của thầy giáo Cao Văn Thành và các thầy cô trong bộ
môn, đề tài của em đã đợc hoàn thành. Do thời gian có hạn và trình độ còn hạn
chế nên đề tài của em chắc còn nhiều thiếu xót. Rất mong các thầy cô chỉ bảo
trong buổi bảo vệ để em rút ra đợc những kinh nghiệm cho công việc sau này.
Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Bách Khoa đã dìu
dắt em trong năm năm học vừa qua. Em xin trân thành cảm ơn các thầy cô trong
bộ môn Thiết bị điện - Điện tử đã trực tiếp dạy dỗ và trang bị cho em những
kiến thức kỹ năng chuyên nghành bổ ích. Em vô cùng biết ơn thầy Cao Văn
Thành là ngời đã trực tiếp và tận tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp
này.
Sẽ trở thành một cán bộ kỹ thuật, em luôn tự nhủ phải không ngừng học
tập trau dồi kiến thức và kỹ năng, áp dụng sáng tạo những hiểu biết của mình đã
học vào những công việc thực tế, để xứng đáng với danh hiệu kỹ s tốt nghiệp từ
Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

3
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

CHƯƠNG I
KháI quát về công nghệ mạ xoa
I.Tổng quan về mạ xoa

Chất lợng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính nh khả năng chịu mài
mòn, chịu nhiệt, tính trơ hoá học, chống rỉ có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ ,
độ tin cậy của chúng. Xu thế nâng cao năng suất và tác động nhanh của thiết bị
làm cho điều kiện làm việc của chúng càng thêm khắc nhiệt. Ngoài ra nhu cầu
sử dụng thiết bị ngày càng nhiều , trong khi đó giá thành chế tạo cao vì vậy việc
phục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc đã h hỏng mất giá trị sử dụng
(nh không đủ kích thớc, không đủ độ bền, không đảm bảo liên kết lắp ghép )
có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn.
Tới thế kỷ 20 bề mặt vật liệu đã đợc xử lý bằng những công nghệ phủ hoá lý
khác nhau.Vật liệu phủ có thể là vật liệu nguyên chất, hợp kim nhiều thành
phần polyme gốm silíc, vật liệu quang, từ, với các phơng pháp phủ nh : phủ
điện hoá, hoá học, phun tĩnh điện, phun hồ quang, phun lasma, phun siêu âm,
PCD,CDV cấy các ion và đặc biệt là kỹ thuật mạ xoa.
Kỹ thuật mạ xoa là sự phát triển mới của kỹ thuật mạ điện, là một nội dung
quan trọng của công nghệ bề mặt, ở một số nớc trên thế giới, đã đợc coi hạng
mục kinh tế mới cấp quốc gia và là trọng điểm để nghiên cứu và phổ cập ứng
dụng .
Mạ xoa cũng giống nh các phơng pháp mạ điện khác, đợc chấp nhận và rất
hữu ích trong việc tái chế lại các chi tiết máy đã bị h hỏng do sử dụng hoặc gia
công sai. Hiện nay các chi tiết nh vậy đã đợc thu hồi và tái sử dụng nhờ công
nghệ mạ xoa đặc biệt này, và có khả năng trở về trạng thái mới. Trong nhiều tr-
ờng hợp các chi tiết này lại có tính chống mòn với tuổi thọ cao hơn chi tiết mới.

4
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Do vậy, công nghệ mạ xoa này đợc ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công
nghiệp và quân sự.
Mạ xoa là một công nghệ bề mặt tiến. Nó cho phép vừa phục hồi kích thớc
cừa tạo đợc chất lợng bề mặt cao về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, độ bền.

Do đó nó đợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế nh đầu máy toa xe,
hàng không, tầu thuyền, cơ giới công trình, thiết bị điện tử.
II.Quá trình hình thành lớp mạ xoa .
II.1.Khái niệm về mạ xoa.
Mạ xoa là phơng pháp mạ điện khi sử dụng bút xoa. Cơ cấu thiết bị bao gồm:
một bộ nguồn điều khiển vô cấp, cấp điện âm(-) cho tiết mạ và điện áp dơng (+)
cho bút xoa. Khi thực hiện quá trình mạ xoa, phải có sự chuyển động tơng đối
giữa bút xoa và chi tiết mạ trong khi dung dịch mạ đợc cung cấp liên tục bằng
máy bơm dung dịch. Quá trình mạ chỉ diễn ra ở những nơi bút xoa chi tiết tiếp
xúc với chi tiết gia công. Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống thiết bị mạ xoa đ-
ợc thể hiện ở hình 1.
Trong dung dịch mạ xoa, chỉ phóng điện hoàn nguyên kết tinh tại nơi tiếp xúc
giữa bút mạ xoa và chi tiết. Sự dịch chuyển của bút mạ hạn chế sự lớn lên và sát
nhập của các hạt tinh thể, do đó trong lớp mạ tồn tại rất nhiều các hạt tinh thể
nhỏ mịn và lệch vị trí, dẫn tới nâng cao củng cố độ cứng của lớp mạ.
Dung dịch mạ xoa thông qua bút xoa đợc cung cấp kịp thời lên bề mặt làm
việc, rút ngắn quá trình khuếch tán ion kim loại, khiến cho không nảy sinh hiện
tợng thiếu ion. Do đó hàm lợng ion trong kim loại rất cao cho phép sử dụng dòng
điện cao hơn để mạ rất nhiều, do đó hình thành lớp mạ cao.
Nguyên lý của kỹthuật mạ xoa có thể biểu thị bằng công thức sau:
M
n+
+neM
Trong đó M
n+
: ion kim loại.
n : Hoá trị của kim loại.

5
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

e : Điện tử.
m : nguyên tử kim loại.

Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị mạ xoa.
1 - Nguồn điện mạ 2 Chi tiết mạ. 3- Bút xoa. 4- Lớp bọc anode.
5 Bơm dung dịch. 6 Khay đựng dung dịch.

II.2. Điều kiện tạo thành lớp mạ.
Muốn hoà ta kim loại vào lớp mạ vào trong dung dịch hay làm kết tủa ion kim
loại đó trên bề mặt lớp nền thì cần phải tiêu tốn một điện thế để tạo sự cân bằng
giữa kim loại điện cực và ion của nó trong dung dịch và điện thế này gọi là điện
thế cực. Mặt khác, nồng độ ion M
+
ở vùng catốt và bên trong dung dịch có sự sai
lệch nên sinh ra một hiệu điện phân cực nồng độ. Việc xuất hiện các nguyên tố
xung quanh điện cực mà chủ yếu là hiđrô ở catốt và ion ở anốt đã tạo ra một hiệu
điện thế gọi là phân cực hoá học. Ngoài ra cũng cần một năng lợng để giải phóng
các nguyên tố đã phóng điện ở trên điện cực đợc gọi là quá thế. Vì thế để tạo

6
5
6
1
2 3

4
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

thành lớp mạ điện thì điện thế đặt lên anốt và catốt phải lớn hơn hoặc bằng điện

thế điện cực, các thế phân cực và quá thế cộng lại nhng phải ngợc dấu với chúng.
II.3. Đặc điểm của lớp mạ kim loại :
- Lớp mạ mịn không có tạp chất, chịu mài mòn tốt.
- Độ dày của lớp mạ phục hồi thờng là 0,001-2 mm. Khi phục hồi rãnh, độ
dày của lớp mạ có thể đạt đợc 3mm.
- Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào vật liệu mạ song thờng ở trong khoảng
nh sau :
+ Cu: 15ữ20 HRC
+ Ni: 48ữ52 HRC
+ Cr: 58ữ65 HRC
III.Các thông số công nghệ cơ bản của kỹ thuật mạ xoa.
Điện thế và dòng điện mạ ảnh hởng trực tiếp đến chất lợng lớp mạ. Nếu điện
thế cao, dòng điện mạ xoa lớn, tốc độ dòng mạ xoa tăng nhanh, dễ hình thành
lớp mạ thô xốp. Dòng điện lớn làm phát sinh nhiều nhiệt, tăng nhiệt độ dung
dịch mạ xoa, tốc độ mạ xoa càng nhanh , bề mặt lớp mạ càng khô nhanh, làm tốn
nhiều dung dịch mạ, dơng cực dễ bị cháy khiến cho lớp mạ bị đen và thô rám,
thậm chí bong ra do quá nhiệt. Nếu điện thế quá thấp hơn yêu cầu , tốc độ hình
thành lớp mạ quá chậm, đồng thời lớp mạ cũng thấp. Muốn cho lớp mạ đảm bảo
hiệu sản xuất, cần xác định phạm vi sử dụng của hiện điện thế tuỳ theo dung
dịch mạ.
IV. Đặc điểm dung dịch mạ xoa.
- Dung dịch mạ xoa phần lớn là dung dịch của các hợp chất hữu cơ của kim
loại hoà tan trong nớc và có tính ổn định cao.

7
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

- Dung dịch mạ xoa có hàm lợng ion trong dung dịch cao hơn dung dịch mạ
điện thông thờng một vài lần cho nên năng suất rất cao. Tốc độ mạ gấp 3
đến 5 lần dung dịch bình thờng.

- Nhìn chung phần lớn các dung dịch mạ xoa không cháy, không độc vì phần
lớn dung dịch mạ là trung tính, do đó có thể đảm bảo thao tác thủ công an
toàn.
- Tính ổn địng của dung dịch mạ xoa cho phép có thể sử dụng tuần hoàn
trong một thời gian dài, trong một phạm vi nhiệt độ , mật độ dòng tơng đối
rộng trong quá trình sử dụng mà không cần thiết phải điều chỉnh nồng độ
của ion kim loại.
- Hiện nay đã chế tạo thành công ở thể rắn thành phần của dung dịch mạ xoa
khiến cho việc vận chuyển và bảo quản rất thuận tiện.
V. Gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ.

Đây là công đoạn quan trọng nhất trớc khi tiến hành phơng pháp mạ bởi vì nó
có tính chất quyết định đến chất lợng sản phẩm mạ. Nhiệm vụ của công đoạn
này là làm sạch hết các lớp rỉ, các màng ôxit, màng dầu mỡ, tạp chất và làm sạch
bề mặt chi tiết kim loại mạ, giúp cho các nguyên tử kim loại mạ dễ dàng gắn trên
bề mặt chi tiết kim loại mạ tạo lớp mạ bền và mịn. Quá trình gia công bề mặt
kim loại mạ gồm hai bớc :
1. Gia công cơ học
Trớc tiên chi tiết đợc mài và đánh bóng, công đoạn này nhằm làm sạch hết
rỉ, các màng oxit, tạp chất để bề mặt chi tiết đợc đồng đều và nhẵn hơn.
Sau đó tiến hành đánh bóng dùng cát mịn và chất đánh bóng để bề mặt chi
tiết đợc nhẵn thêm và bóng sáng hơn.
Gia công cơ học gồm có :

8
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

- Đối với những vật bé, nhỏ ngời ta dùng phơng pháp quay để làm sạch bề
mặt cho vật đó khỏi các tạp chất và màng ôxit đồng thời tạo độ bóng cho vật
đó.

- Đối với các vật có nhiều khe kẽ răng rãng có thể sử dụng bàn chải quay
bằng dây thép đồng thau hoặc bằng rễ cây và thờng chải ớt bằng dung dịch
xà phòng.
- Đối với các vật mạ có kích thớc to và khó di chuyển thì dùng tia cát hoặc tia
nớc có áp suất cao phun lên bề mặt gia công làm bong hết chất bẩn dầu mỡ
và màng ôxit.
2. Làm sạch bề mặt vật mạ.
Sau quá trình gia công cơ học trên bề mặt vật thể còn bám lại các chất dầu
mỡ và chất đánh bóng.Do đó phải tẩy sạch vật thể rồi mới đem đi mạ , quá
trình gồm các bớc sau.
Tẩy bằng dung môi hữu cơ .
Làm sạch các loại dầu , mỡ khoáng, thuốc đánh bóng, dầu mỡ bảo
quản sau khi tẩy trong dung môi hữu cở trên bề mặt vật thể vẫn còn
một lớp dầu mỡ mỏng nhng vẫn đủ làm giảm độ gắn bám của lớp mạ đối
với kim loại nền. Để loại bỏ hoàn toàn lớp mỏng dầu mỡ này ta phải tẩy
tiếp bằng phơng pháp hoá học và điện hoá.
- Dầu mỡ bám trên bề mặt vật nền có hai loại : Là loại có nguồn gốc thực vật
nh este phức tạp của glixerin và những axit béo bậc cao nh stear palmitic
và các loại có nguồn gốc khoáng vật là các hỗn hợp của hydrocácbon nh
paraphin dầu máy mỡ kỹ thuật. Nhiệm vụ của dầu máy mỡ kỹ thuật là làm
sạch cả hai loại này khỏi bề mặt vật nền. Loại nguồn gốc thực vật có thể tác
dụng với xút tạo thành xà phòng nên tan trong nớc. Loại có nguồn gốc
khoáng không có khả năng xà phòng hoá nên ta có thể tẩy chúng bằng chất
tẩy rửa đặc biệt. Khi tẩy dầu mỡ hoá học thí cả hai quá trình trên đều xảy ra.

9
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Vì vậy dung dịch tẩy dầu mỡ hoá học có chất lợng cao phải thấm ớt tốt bề
mặt cần tẩy và ngấm sâu vào chất bẩn cần tẩy hoà tan,xà phòng hoá đợc dầu

mỡ động thực vật và dễ rửa sạch sau khi tẩy. Trong công nghiệp dung dịch
tẩy có các thành phần nh xút, phốt phát thuỷ tinh lỏng, xà phòng, chất tẩy
rửa tổng hợp. Ngoài ra còn dùng thêm chất hoạt đông bề mặt để làm tăng
hiệu quả tẩy rửa, thờng lừ các chất tạo bọt hoặc các sản phẩm khác dùng
trong tẩy rửa.
3. Tẩy dầu mỡ điện hoá.
Đợc thực hiện với một thời gian ngắn trong khâu làm sạch lần cuối để lấy đi
màng dầu mỡ còn sót lại sau lần tẩy trớc. Dung dịch tẩy điện hoá có thành phần
giống nh dung dịch bằng các bọt hyđro trên catốt hoặc bọt ôxi trên anốt : Khi
nhúng kim loại dính dầu mỡ vào dung dịch kiềm, do tác dụng của sức căng bề
mặt nên màng dầu mỡ bị nứt vỡ và co lại thành giọt. Dới tác dụng của phân
cực, độ bám của màng dầu mỡ trên kim loại yếu đi, các giọt dầu co lại mạnh
hơn đồng thời tính thấm nớc của kim loại tăng lên. Các bọt khí nhỏ tách khỏi
bề mặt kim loại sẽ bám lên các giọt dầu cạnh đó. Dần dần bọt khí lớn lên ôm
lấy giọt dầu và cùng tách khỏi bề mặt kim loại. Nhợc điểm của tẩy dầu mỡ điện
hoá là khó tẩy sạch các khe, chỗ khuất, lỗ và cho các vật có hình thù phân tán
thì khả năng phân bố của dung dịch thấp.
TT Tên nguyên công Mục đích nội dung sử dụng Chú thích
1 Chuẩn bị bề mặt Khử dầu, mài sửa bề mặt
che chắn, bề mặt không mạ
2 Làm sạch bằng điện hoá Khử dầu bằng điện hoá Nối ngợc cực
3 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiếp xúc bề
mặt khử cặn cácbon
Nối ngợc cực
4 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiếp xúc bề
mặt khử cặn cácbon
Nối ngợc cực
5 Mạ lớp lót Mạ tốt lớp lót, nâng cao độ
bám dính bề mặt
Nối thuận cực

6 Mạ lớp kích thớc Phục hồi nhanh kích thớc
của chi tiết
Nối thuận cực

10
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

7 Lớp mạ làm việc Đạt độ chính xác về kích th-
ớc, đáp ứng yêu cầu về tính
năng của bề mặt
Nối thuận cực
8 Xử lý sau khi mạ Thổi khô, sấy khô, bôi dầu
ram thấp, mài, đánh bóng
Lựa chọn theo nhu
cầu
Chơng II
Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lu thyristor
và nghịch lu
Trong nền kinh tế quốc dân nhiều nghành sản suất nh mạ điện, luyện kim, hoá
chất,giao thông vận tải đòi hỏi phải dùng nguồn một chiều,và ngày nay vẫn
không thể thay thế đợc dòng điện một chiều,mặc dù việc dùng dòng điện xoay
chiều là phổ biến.
Với mạ điện là một khâu rất quan trọng để tạo ra sản phẩm có chất lợng, thẩm
mỹ cao.Để tạo đợc lớp mạ tốt cần có những công nghệ hiện đại,trong đó nguồn
một chiều cung cấp cho tải mạ điện là một khâu rất quan trọng để tạo đợc lớp mạ
tốt. Lựa chọn nguồn cung cấp cho tải mạ điện không phải là đơn giản,để lựa
chọn nguồn cung cấp cho tải mạ điện đợc tối u thì ta cần phải xem xét các nguồn
một chiều,để từ đó lựa chọn đợc sơ đồ phù hợp. Ta xét các nguồn một chiều.
I.Các nguồn điện một chiều dùng cho mạ điện
I.1.Máy phát điện một chiều.

I.1.1Cấu tạo máy phát điện một chiều.
Những phần chính của máy phát điện một chiều gồm stato với cực từ,rôto với
dây quấn và cổ góp với chổi điện.
Stato: Stato còn gọi là phần cảm,gồm lõi thép bằng thép đúc vừa là mạch từ vừa
là vỏ máy,các cực từ chính có dây quấn kích từ.

11
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Roto: Roto của máy điện một chiều đợc gọi là phần ứng gồm:lõi thép và dây
quấn phần ứng.Lõi thép hình trụ,làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày
0,5mm,phủ sơn các điện ghép lại.Các lá thép đực dập có lỗ thông gió và rãnh để
đặt dây quấn phần ứng.
Cổ góp và chổi điện: Cổ góp gồm các phiếm góp bằng đồng đợc ghép cách
điện,có dạng hình trụ gắn ở đầu cực roto.Chổi điện làm bằng than graphít, các
chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá đỡ chổi điện gắn trên nắp máy.
I.1.2Nguyên lý làm việc và phơng trình điện áp máy phát điện một chiều.
Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng,các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ
trờng của cực từ,cảm ứng sức điện động.Chiều sức điện động xác định theo quy
tắc bàn tay phải.Từ trờng hớng tù cực N đến chiều quay phần ứng ngợc chiều
kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên sức điện động có chiều từ b sang a,ở thanh
dẫn phía dới chiều sức điện động từ d sang c.Sức điện động của phần ứng bằng
hai lần sức điện động của thanh dẫn,nếu nối hai chổi điện A và B với tải trên tải
sẽ có dòng điện chiều từ A sang B. Điện áp của máy phát điện có cực dơng ở
chổi A và âm ở chổi B.
Khi phần ứng quay đợc nửa vòng vị trí của phần tử thay đổi thanh ab ở cực S
,thanh dc ở cực N.Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều.Nhờ có chổi điện
đứng yên, chổi điện A vẫn nối với phiếm góp phía trên, chổi điện B
Nối với phiếm góp ở phía dới, nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi. Ta
có máy phát điện một chiều với cực (+) ở chổi A,cực (-) ở chổi B.

12
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

N
S
A
B -
I
b
c
a
d
+
Hình 1-2: Nguyên lý cấu tạo máy phát điện một chiều






Hình 1-3.
e
t
ở chế độ máy phát,dòng điện phần ứng I cùng chiều với sức điện động phần
ứng E
,
.
Phơng trình điện áp là:
U=E

- I.R
Trong đó R.I là điện áp rơi trong dây quấn, R là điện trở của day quấn phần
ứng, U là điện áp đầu cực máy,E là sức điện động phần ứng.
Nhợc điểm của máy điện một chiều:

13
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Khi máy điện một chiều làm việc quá trình đổi chiều thờng gây ra tia lửa
giữa chổi điện và cổ góp .Tia lửa lớn có cồng kềnh, làm việc có tiếng ồn lớn, đắt
tiền và kém tin cậy, nguy hiểm trong môi trờng dễ nổ.có thể gây lên vành lửa
xung quanh cổ góp phá hỏng chổi điện và cổ góp ,gây tổn hao năng lợng ảnh h-
ởng xấu đến môi trờng và gây nhiễu đến sự làm việc của các thiết bị điện tử. Sự
phát sinh tia lửa trên cổ góp do các nguyên nhân cơ khí và điện tử làm cho cổ
góp mau hỏng.
Ưu điểm: Công suất của máy điện một chiều có thể lớn, làm nguồn điện một
chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ, đợc dùng làm nguồn điện cho các
động cơ điện một chiều.
Máy phát điện một chiều có nhiều nhợc điểm nh vậy, do vậy mà hiện nay hầu
nh không đợc dùng trong thực tế. Để khắc phục những nhợc điểm thì chỉnh lu
với các u điểm: Thiết bị gọn nhẹ,tác động nhanh, dễ tự động hoá, dễ điều khiển
cà ổn định dòng vì vậy chỉnh l u đợc dùng nhiều để làm nguồn cấp cho tải mạ
điện.
I.2. Các sơ đồ chỉnh lu.
Ngời ta chia các phần tử chỉnh lu ra làm 3 loại : chỉnh lu không điều khiển
dùng toàn điốt, chỉnh lu có điều khiển dùng toà tiristor và chỉnh lu bán điều
khiển dùng cả điốt và tiristor.
I.2.1 Chỉnh lu nửa chu kì.
Sơ đồ:

14
R
T
U
2
A
B








Hình 1-4


Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Nguyên lý hoạt động: ở nửa chu kỳ đầu điện áp ở A dơng Tiristor phân cực
thuận, nếu có xung điều khiển thì T sẽ dẫn cho đến khi điện áp ở A đổi dấu.Nửa
chu kỳ tiếp theo điện áp ở A âm ( U
AB
<0) thì T phân cực ngợc do đó T sẽ khoá
cho đến khi điện áp ở A đổi dấu (U
AB
>0) và đồng thời có xung điều khiển nó.

Đồ thị điện áp tải và dòng điện tải:

Đánh giá chung về loại chỉnh lu này: Chúng ta có thể nhận thấy đây là loại
chỉnh lu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản.Tuy vậy các chất lợng kỹ thuật
nh: chất lợng điện áp,dòng điện một chiều ,hiệu suất sử dụng biến áp xấu Do
đó thờng không đợc sử dụng.
I.2.2 Chỉnh lu cả chu kỳ với biến áp trung tính.
Sơ đồ:
R
U
2
U
2
T
2
T
1
U
1

Hình 1- 6


15
U
d
I
d
0
u,i
t

2
3
Hình1-5
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Nguyên lý hoạt động:
Với chỉnh lu cả chu kỳ thì biến áp có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống
hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua,do đó mà ở
cả hai hai nửa chu kì sóng điện áp tải trùng với điện áp ở cuộn dây có van dẫn.
Trong trờng hợp này điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ với tần số đập
mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều.
Trong sơ đồ chỉnh lu thì loại sơ đồ này có điện áp ngợc của van phải chịu là
lớn nhất:

2
.2.2 UU
nv
=

Trị số hiệu dụng dòng điện chạy qua van:
I
hd
= 0,71.I
d
Đồ thị điện áp tải và dòng điện tải:
Ưu điểm:

16
0
u,i
U
d
t
I
d
2 3
Hình1-7
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

So với chỉnh lu nửa chu kỳ thì loại chỉnh lu này có chất lợng điện áp tốt hơn.
Dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ, với việc
điều khiển tơng đối đơn giản.
Nhợc điểm:
Việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấo giống nhau, mà mỗi cuộn dây chỉ
làm việc có nửa chu kỳ làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sử
dụng biến áp xấu hơn,mặt khác điện áp của các van bán dẫn phải chịu có trị số
lớn nhất.
I.2.3 Chỉnh lu cầu 1 pha.
I.2.3.1. Chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng.

Sơ đồ :
R L
U
2
T
4
T
1
T
2
T
3










Hình 1-8

Đồ thị điện áp, dòng điện tải với L=0 :

17
0
u,i
U

d
t
I
d
2 3
Hình1-9
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Nguyên lý hoạt động sơ đồ:
Trong nửa chu kỳ điện áp anốt của T1 dơng catốt của T
2
âm nếu có dòng điều
khiển cho cả hai van T
1
và T
2
đồng thời thì cả hai van này đợc mở thông có dòng
điện trên tải.Hai tiristor tự khoá khi điện áp trên van đảo dấu. Đến nửa chu kỳ
sau, điện áp anốt đổi dấu, anốt của T
3
dơng catốt của T
4
âm, nếu có xung điều
khiển đồng thời cả hai T này thì các van sẽ đợc mở thông có dòng trên tải. Hình
dạng của dòng điện và diện áp nh trên hình 1-9.
- Với tải có L0 :
Hoạt động của sơ đồ cũng tơng tự nh trên khi điện áp anốt của T1 dơng catốt
của T
2
âm nếu có dòng điều khiển cho cả hai van T

1
và T
2
đồng thời thì cả hai
van này đợc mở thông có dòng điện trên tải. Khi điện áp đổi dấu năng lợng
cuộn dây xả năng lợng về lới do đó hai tiristor vẫn tiếp tục dẫn cho đến khi mở
hai tiristor tiếp theo (với điện cảm lớn).Dòng điện ở đây là một đờng thẳng.Đ-
ờng cong dòng điện và điện áp nh hình vẽ 1-10 :

18

U
U

d




1


2


3


i I
d

Hình 1-10.Dạng đờng cong điện áp và dòng điện
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Ưu điểm:
-Chỉnh lu cầu một pha có chất lợng điện áp giống nh chỉnh lu cả chu kỳ với biến
áp có trung tính.
-Điện áp ngợc của van phải chịu nhỏ hơn điện áp ngợc của van ở chỉnh lu cả chu
kỳ với biến áp có trung tính.

2
.2 UU
nv
=
Nhợc điểm:
Điều khiển đồng thời mở hai van bán dẫn là rất khó khăn, nhất là khi công
suất xung không đủ lớn.

I.2.3.2.Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng
- Sơ đồ cùng cực tính:

R
U
2
D
2
T
1
D
1
T

2










Hình 1- 11

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ:
Khi điện áp anốt T
1
dơng và catốt D
1
âm nếu có xung điều khiển T
1
thì có
dòng điện chạy qua T
1
,D
1
khi điện áp đổi dấu thì anốt T
1
âm nên T
1
sẽ khoá, khi

đó điện áp anốt T
2
dơng và catốt của D
2
âm nếu có xung điều khiển T
2
thì sẽ có
dòng chạy qua T
2
,D
2
.

19
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Ta có đồ thị điện áp tải, dòng điện tải:


- Trờng hợp mắc không cùng cực tính
Sơ đồ:
R
U
2
T
2
T
1
D
1

D
2










Hình 1- 13

Đồ thị điện áp,dòng điện tải:

20
Hình1-12
0
u,i
U
d
t
I
d
2 3
Hình1-14.
0
u,i
U

d
t
I
d
2 3
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Nguyên lý hoạt động:
Trong nửa chu kỳ đầu điện áp anốt T
1
dơng và điện áp catốt của D
1
âm nếu
có xung điều khiển T
1
thì có dòng điện chạy qua T
1
,D
1
.Đến nửa chu kỳ tiếp theo
điện áp đổi dấu làm T
1
khoá đồng thời anốt của D
2
(+) và catốt của T
2
(-) nếu có
xung điều khiển T
2
thì có dòng điện chạy qua D

2
,T
2
.
Ưu điểm chỉnh lu cầu một pha có điều khiển:
- Với hai sơ đồ trên thì trong mỗi nửa chu kỳ chỉ cần điều khiển một van làm
cho việc điều khiển đọc dễ dàng hơn.
- Điện áp trên tải tốt hơn điện áp trên tải ở chỉnh lu nửa chu kỳ có điều khiển.
Nhợc điểm chỉnh lu cầu một pha có điều khiển:
- Dòng điện, điện áp tải gián đoạn tức là chất lợng cha cao.
- Biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần sóng hài bậc cao lớn.
I.2.4 - Sơ đồ 3 pha hình tia
Hình 1-15. Sơ đồ ba pha hình tia
Khi biến áp có 3 pha đấu Y, trên mỗi pha A, B, C ta nối một van. Ba catod
đấu chung cho điện áp dơng của tải, còn trung tính biến áp là điện áp âm. Ba pha

21
1
2 3
d
Z
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

A, B, C có điện áp dịch pha nhau một góc 120
0
. Theo các đờng cong điện áp pha,
điện áp của một pha dơng hơn điện áp hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu
kỳ ( 120
0
). Vậy tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp một pha dơng hơn hai pha kia.

Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van là khi anod của van nào dơng
hơn, van đó mới đợc kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau đợc
coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các tiristor chỉ đợc mở thông với
góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên ( = 0
0
sẽ dịch pha so với điện
áp pha một góc 30
0
).
Nguyên lý hoạt động: Tại lúc mở van T
1
, pha A có điện áp dơng hơn nên van
T
1
cho dòng tải I
d
chạy qua tải, về trung tính máy biến áp. Khi điện áp pha B d-
ơng hơn nhng có xung điều khiển T
2
, pha Avẫn dơng hơn trung tính thì T
1
vẫn
dẫn dòng cho đến khi T
2
có xung điều khiển mở mới thôi. Tơng tự khi pha C d-
ơng hơn.

Hình 1-16. Dạng sóng điện áp khi = 30
0
U

d
= 1,17 . U
2f
. cos .
I.2.5 - Chỉnh lu cầu 3 pha đối xứng

22
C
B
A
3
5
6
4
2
1
d
Z

A

U

U
t

U

B

C

U

U

d

Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Hình 1-17. Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha điều khiển đối xứng
Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 pha điều khiển đối xứng có thể coi nh hai sơ đồ chỉnh lu
tia 3 pha mắc ngợc chiều nhau, ba tiristor T
1
, T
3
, T
5
tạo thành một chỉnh lu tia 3
pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn T
2
, T
4
, T
6
tạo thành chỉnh lu tia
ba pha cho ta điện áp (-) tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lu này tạo thành cầu 3
pha.
Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy qua tải là dòng chạy từ pha này về
pha kia. Tại mỗi thời điểm cần mở tiristor, cần cấp hai xung điều khiển đồng thời

(một xung ở nhóm anod, một xung ở nhóm catod). Thứ tự cấp xung điều khiển
tuân theo đúng thứ tự pha. Giả sử T
4
, T
5
đang dẫn dòng điện, tại thời điểm =
+

6
phát xung điều khiển mở T
1
, T
1
mở làm T
5
bị khoá vì điện thế pha A d-
ơng hơn điện thế pha C. Tại
2
phát xung mở T
6
khi đó T
4
khoá tự nhiên. T
1
, T
6
dẫn dòng tại
3
phát xung mở T
3

, T
3
dẫn làm T
1
đóng lại. Dòng tải chảy qua T
3
,
T
6
trong khoảng
3

4
, đến
4
tiếp tục cho xung điều khiển mở van T
2
và quá
trình tiếp tục hoạt động tơng tự.

23

t

U

B

U

U

A

d

U

U

C


1


2


3


4


5

Website: Email : Tel (: 0918.775.368

Hình 1-18.Dạng sóng điện áp khi = 30

0
I.2.6 Chỉnh lu tia 6 pha
Sơ đồ:

Nguyên lý hoạt động:
Sơ đồ chỉnh lu tia 6 pha đợc cấu tạo bởi 6 van bán dẫn nối với biến áp 3 pha
với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn dây giống nhau và
ngợc pha nhau điện áp các pha dịch pha nhau một góc là 60
0
.Dạng sống điện áp
nh của các điện áp pha đập mạch bậc 6. Với dạng sống điện áp nh trên ta thấy
chất lợng điện áp một chiều đợc coi là tốt nhất.Mỗi van dẫn thông trong khoảng
1/6 chu kỳ.
Đồ thị điện áp tải:

24
A
+

B
+

C
+

C
-

B
-

A
-













R
T
4

T
5

T
6

T
3

T

2

T
1











Hình1-19.Sơ đồ chỉnh lu tia 6 pha
0
Ud
t
u
A C B A C B
Hình1-20.Dạng điện áp tải
Website: Email : Tel (: 0918.775.368

II.Các sơ đồ nghịch lu .
Để có điện áp với tần số theo yêu cầu ta dùng các bộ biến đổi tần số.Biến đổi
tần số là phép biến đổi điện năng một chiều hoặc xoay chiều có tần số cố định
thành những dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển đợc nhờ các khoá điện tử.
Nếu tần số đợc tạo ra bằng cách đòng cắt từng đoạn thích hợp một dòng điện
xoay chiều có tần số cao hơn , ta có bộ biến tần trực tiếp. Còn trờng hợp dòng

điện xoay chiều có tần số điều khiển đợc nhờ đóng cắt nguồn một chiều, ta có bộ
nghịch lu.
Với yêu cầu của đề tài là tạo đợc nguồn điện có tần số 1000Hz nên ở đây ta
không thể dùng bộ biến tần trực tiếp đợc, vì với tần số lới điện của chúng ta là 50
Hz, không thể tạo ra nguồn có tần số lớn hơn. Vì vậy ở đây ta dùng nguồn một
chiều đợc chỉnh lu từ lới điện. ở đây ta giới thiệu một số sơ đồ nghịch lu một
pha.
II.1.Bộ nghịch lu một pha có điểm giữa.
Sơ đồ gồm 1 máy biến áp có điểm giữa, hai tiristor có anốt nối vào cực dơng
của nguồn nuôi E thông qua 2 nữa cuộn dây sơ cấp của máy biến áp. Tụ C đảm
bảo chuyển mạch cho tiristor. Ngời ta nối thêm điện cảm L
d
để ngăn chặn tụ C
phóng điện vào nguồn khi chuyển mạch tiristor, và cũng để hạn chế đỉnh điểm
của dòng điện I
C
khi khởi động.

25
e
d
a
u
2
u
1
d u
1
i
2

+E
T
2
T
1
i
1
C
L
d
Hình1-21.Sơ đồ nghịch lu một pha có biến
áp trung tính.