thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoặc bể điện phân

1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
_________________o0o__________________
ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU CHO BỂ MẠ HOẶC
BỂ ĐIỆN PHÂN
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Cường
Lớp : ĐĐ16
Khóa học: 16
Thầy giáo hướng dẫn: Dương Văn Nghi
Hà nội,tháng 5 năm 2013
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
1
Đề tài : Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ có các tham số sau:

+Hiệu điện thế :24 V
+Dòng tải Max :10000A
+ Đảo chiều : không
Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện không đổi trong
suốt quá trình mạ .Mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch
Lời nói đầu
Mạ kim loại là ngành kỹ thuật công nghiệp ra đời và phát triển cách
đây hàng trăm năm,hiện 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.
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 những bước phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu
kỹ thuật trong sản xuất cũng như trong kinh doanh.
Với đề tài : Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoạc bể điện phân.
Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế.
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 Duong Văn Nghi đã giúp em hoàn thành đồ
án này.
Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm chưa có nên
không thể tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ. Cuối cùng em
xin chân thành cảm ơn !

Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
2
Chương I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện
Sơ đồ điện phân như sau:

Các thành phần cơ bản của sơ đồ điện phân :
1. Nguồn điện một chiều như: pin, ắc qui, máy phát điện một chiều,
bộ biến đổi. Ngày nay đợc 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 thờng dùng điện áp 12 – 24V.
2. Anốt :là điện cực nối vơí cực dơng 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 đợc dùng tronh 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 :
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
3

+
+
=−
=−
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 trờng 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 thờng chính là
2
O
hay
2
Cl
.
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.
.
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 hiên tượng phóng điện trong chất điện
phân. Tuyệt đối không để chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch
điện.
Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và
thời gian mạ.
Độ bóng(độ mịn) phụ thuộc vào sự phân bố của mật độ dòng điện,
trong quá trình mạ giữ dòng điện không đổi để giữ cho độ dày không thay
đổi.
4. Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ th-
ờng có hai phần :

- Thành phần cơ bản : gồm muối và hợp chất chứa iôn của kim loại mạ
và một số hoá chất thiết yếu khác, nếu thiếu hóa chất này thì dung dich
không thể dùng để mạ đợc.
- 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 :
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
4
-Dung dịch mạ cần phải có độ đẫn điện cao. Độ đẫn điện của dung
dịch không những chỉ giảm đợc tổn thấtđiện 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.
- Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng cao trong một khoảng nhiệt
độ nhất định khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vượt qua nhiệt độ sôi
của dung dịch.
- Mỗi dung dịch có một khoang mật độ dòng catốt thích hợp.
- Dung dịch chứa muối phức của kim loại thờng cho lớp mạ có chất
lượng tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu đợc từ nuối đơn.
hoặc
−
2
3
)(CNZn

tốt hơn lớp mạ thu đợc từ dung dịch muối
4
CuSO
.
5. Bể điện phân : làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt.
Thành và mặt trong của bể thờng đợc lót bằng chất dẻo có độ bền hóa học,
bền nhiệt. Lớp chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nớc không thấm qua đợc. Mặt
ngoài sơn nhiều lớp chống gỉ. Bể mạ thờng có dạng hình chữ nhật, điều này
giúp cho lớp mạ đợc phân bố đều hơn bể có hình dạng khác. Có nhiều bể mạ
như bể mạ tĩnh, thùng mạ quay

Chuơng II : Lựa chọn phương án
Nhiệm vụ đặt ra đối với đồ án là thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ
hoặc bể điện phân. Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện mạ
trong quá trình nạp. Mạch có khâu bảo vệ chống chạm điện cực.
Trong công nghệ mạ điện thì nguồn điện là một yếu tố hết sức quan
trọng, nó quyết định nhiều đến chất lượng lớp mạ thu được. Nguồn điện một
chiều có thể là ắc quy, máy phát điện một chiều, bộ biến đổi… Chúng ta
phân tích từng loại nguồn để quyết định lựa chọn phương án nào :
1. ắc quy : Trong công nghệ mạ điện ắc quy chỉ đợc sử dụng trong
phòng thí nghiệm hay sản xuất ở quy mô nhỏ. Do hạn chế về lợng điện tích
lên ắc quy chỉ dùng để mạ các chi tiết nhỏ, còn với các chi tiết lớn thì không
dùng ắc quy đợc. Đặc biệt khi dòng điện mạ đòi hỏi lớn thì ắc quy không thể
đáp ứng đợc. Vì vậy mà trong công nghệ mạ ngời 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 đợc các nhược điểm của ắc quy. Máy phát điện một
chiều trong thực tế có thể đợc sử dụng rộng rãi trong quy mô sản xuất lớn.
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất

5
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. Máy phát điện
một chiều cần thờng xuyên bảo trì sửa chữa. Chính vì các lý do trên lên
trong công nghiệp ngời 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 Thyristor
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 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 kỹ thuật. Vậy quyết
định phương án là dùng bộ biến đổi.
Với mạch chỉnh lưu ( không dùng mạch chỉnh lưu ) có rất nhiều : chỉnh
lưu một pha, chỉnh lưu ba pha, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có
điều khiển… Trong yêu cầu của đồ án là thiết kế nguồn mạ điện áp thấp và
dòng khá lớn. Trước hết ta xét trường hợp chỉnh lưu có điều khiển, sau đó ta
có thể xét trường hợp chỉnh lưu điốt không điều khiển với góc điều khiển
0
=
α
.

Các phương án khả thi :
+ Chỉnh lưu cầu ba pha
+ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
Phương án 1:Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng
a.Sơ đồ nguyên lý
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
6

G
F
T5
T6
T4
u2c
u2a
u2b
R
L
T1
T2
T3
Điện áp các pha : nguồn 3 pha 220/380V,50hz

θ
sin2
2
UU
a
=

)
3
2
sin(2
2
Π
−=
θ
UU
b

)
3
4
sin(2
2
Π
−=
θ
UU
c

b. Hoạt động của sơ đồ.
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

Dạng sóng cơ bản
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
7

αθθ
α
α
cos
63
.sin2
2
6
2
6
5
6
2
Π
=
Π
=
∫
+
Π
+
Π
U
dUU
d

22max
45,26 UUU
ng

==
3
max
max
d
TB
I
I
==
S
ba
= 1,05P
dmax
= 1,05.U
dmax
I
dmax
K
đmmin
= 5,7% , α=0
c. 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.
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
8
+ Nhược điểm
- sử dung số van lớn, giá thành thiết bị cao

- sơ đồ này chỉ dung cho tải công suất lớn, dung tải nhỏ và
điện áp chỉnh lưu đòi hỏi độ bằng phẳng.
Do dòng tải dùng trong mạ điện có trị số lớn, nên không áp dụng được
phương pháp này, vì các van không chịu được dòng tải lớn.
Phương án 2 :Chỉnh lưu 6 pha có cuộn cảm cân bằng
a. Sơ đồ nguyên lí
Cuộn kháng cân bằng có cấu tạo như máy biến áp tự ngẫu. Điện áp
chỉnh lưu trung bình trong sơ đồ có giá trị nh trung bình cộng của điện áp
đầu ra của hai chỉnh lưu tia 3 pha, nghĩa là :
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
9
α
cos17,1
2
63
2
2
U
U
U
d
=
Π
=

U
ngmax
=√6 U
2

=2,1 U
dmax

d
d
I
I
I 29,0
32
2
==
6
max
max
d
tb
I
I
=
S
ba
=1,26P
dmax
,Q
cb
≈(0,05÷0,1)P
dmax
với α=60
0
điện

K
đm
=5,7% với α=0
• Dạng sóng cơ bản :
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
10
Dạng điện áp chỉnh lưu U
d
và điện áp trên cuộn kháng cân bằng
b. Ưu nhược điểm của sơ đồ
_ u 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.
_ Nhợc điểm :
+ Số van sủ dụng lớn giá thành cao
+ Máy biến áp phức tạp có số cuộn thứ cấp nhiều.
** Dòng điện mạ quá lớn, căn cứ vào ưu nhược điểm của phương án này, ta
thấy dòng qua van nhỏ trung bình bằng 1/6 dòng qua tải Vì vậy ta chọn bộ
biến đổi dùng làm nguồn mạ là chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng .
CHƯƠNG III: TÍNH CHỌN MẠCH LỰC
Qua phân tích ở trên ta chọn phương án chỉnh lưu 6 pha có cuộn
kháng cân bằng để xây dựng nguồn mạ. Nhưng phương án này có nhược
điểm là khi dòng tải nhỏ thì cách chọn van khó và chỉ ứng dung cho điện áp
thấp ,dòng tải lớn và bắt buộc phải có cuộn kháng cân bằng.
1> Điều chỉnh thứ cấp :

Sơ đồ gồm 6 tiristor đợc bố trí như hình vẽ
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất

11
• Khi muốn điều chỉnh dòng tải chỉ cần tác động xung điều khiển vào
các tiristor ở cuộn thứ cấp. Khi góc điều khiển
α
tăng lên, biên độ điện áp
cân bằng tăng lên đáng kể. Giá trị điện áp trên cuộn kháng lớn nhất khi
0
90
=
α
. Phương án này đã khắc phục được những nhược điểm của điều
chỉnh sơ cấp.
Cuối cùng, chọn phương án điều chỉnh 6 pha cuộn kháng cân bằng
điều chỉnh thứ cấp.
Sơ đồ nguyên lý mạch lực nguồn mạ một chiều như sau :
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
12
Sơ đồ gồm :
+ 6 tiristor
+ Điện trở sum loại 2000A – 60mV
+ Bảo vệ van RC
+ Cuộn kháng cân bằng PQ
I>Tính toán máy biến áp lực
Từ sơ đồ mạch lực với các thông số ta tính toán máy biến áp lực :
1. Các thông số cơ bản của MBA
Công suất một chiều trên tải :
ddod
IUP .=
Với

∑
∆+=
dddo
UUU

vanckbad
UUUU
∆+∆+∆=∆
∑
Máy biến áp có công suất vài chục KW thuộc loại máy biến áp nhỏ nên :

ddba
UU %4=∆

dck
UU %5,1=∆

VU
vaa
2=∆
Điện áp rơi trên mỗi van là 1 V
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
13
Vậy
)(66,2266,02%)5,1%4( VUU
dd
=+=++=∆
∑
Suy ra :U

do
=U
d
+ ∑∆U
d
= 24 + 2,66 = 26,66 (V) chọn U
do
=27 (V)
Công suất hiệu dụng của máy biến áp :
S= 1,26P
d
=1,26U
d
I
d
= 1,26.27.10000 = 340,2 (KVA)
Vậy chọn máy biến áp có công suất 350 (KVA).
Từ công thức chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân bằng ta có :

α
cos.
2
63
2
Π
=
U
U
do

suy ra :
Chọn U
2
=21V
* Tỷ số máy biến áp
* Giá trị hiệu dụng dòng chảy qua cuộn sơ cấp máy biến áp :


* Giá trị hiệu dụng dòng chảy trong cuộn sơ cấp :
)(222
18
10000.4,0
4,0
1
A
k
I
I
d
===

2. Tính toán mạch từ :
Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức :

fC
S
kQ
.
.
=

[cm2]
k= 4 đến 6 , ở đây chon k = 6
S : công suất biểu kiến của máy biến áp (VA)
C : số trụ ( C=3 )
f : tần số nguồn điện xoay chiều . (f = 50Hz)
Thay số ta có
)2(5,80
50.3
28000
.6 cmQ
==
3. Tính toán dây cuốn :
Số vòng vôn : 4,44.f.B.Q.
4
10
−
=4,4.50.1.80.
4
10
−
=1,5 (vôn/vòng)
Trong đó : f là tần số dòng điện
Q là tiết diện trụ
B là mật độ từ cảm trong trụ
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
14
*Số vòng dây sơ cấp
211
5,1

380
1
==W
(vòng)
*Số vòng dây sơ cấp
8,8.
1
1
2
2
== W
U
U
W
(vòng) Lấy tròn là 9 vòng
Hai cuộn dây thứ cấp được cuốn trên cùng một pha : 9 – 0 – 9
* Chọn mật độ dòng điện :
2
21
/5,2 mmAJJ ==
* Tiết diện dây dẫn sơ cấp :

)(10
5,2
25
2
1
1
1
mm

J
I
Q
===


Chọn dây rẹt tiết diện thực (2x5) bọc sợi thủy tinh hai lớp
*Tiết diện dây dẫn thứ cấp máy biến áp :

)(160
5,2
435
2
2
2
2
mm
I
I
Q ===

Ta chọn dây dẫn rẹt (2x10) bọc sợi thuỷ tinh quấn theo thớt, gồm 8
thớt , dầu ra hàn các thanh cáI lấy điện loại 5x60
II> Tính chọn van và bảo vệ van :
Chế độ làm việc của các van rất khắc nhiệt, rất nhạy cảm với nhiệt
độ. Nhiệt độ của van tăng lên do công suất tổn hao trên van gây ra. Khi nhiệt
độ của van cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh nhiệt lượng được truyền
vào môi trường. Nếu nhiệt độ của van vượt quá giới hạn cho phép sẽ phá
hủy van, vì vậy làm mát cho van là một vấn đề rất quan trọng. Thông thường
van được gắn lên một cánh tản nhiệt với thông số phù hợp.

Chọn làm mát bằng thông gió có quạt cưỡng bức với hiệu suất làm
việc của van là 35%.

)(826,1.21.66,1.6
2max
VUU
ng
===
Với: hệ số dự trữ điện áp là
6,1
=
u
k
hệ số dự trữ dòng điện
2,1=
i
k
Dòng điện van cần có là :

)(5715
35
100.2,1.1667
AI
van
==
Từ đó ta chọn van loại : TL-1000-1 do Liên Xô cũ chế tạo, có các thông
số sau :
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
15

)(1000
max
AI =


)(100
max
VU

)(1 VU
=∆

)(8
)(4,0
VU
AI
G
G
=
=

sT
off
µ
150
=

sA
dt

di
sV
dt
du
µ
µ
/50
/100
=
=
** Bảo vệ van :
Tiristor rất nhảy cảm với điện áp quá cao so với điện áp định mức, ta
gọi là quá điện áp.
Nguyên nhân gây ra quá điện áp được chia làm hai loại :
+ Nguyên nhân nội tại : Khi khoá tiristor bằng điện áp ngược các
điện tích đổi ngược hành trình tạo ra dòng điện ngược trong khoảng thời
gian rất ngắn. Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện gây ra một suất điện
động cảm ứng trong các điện cảm luôn luôn có của đờng dây nguồn dẫn đến
các tiristor. Vì vậy giữa anốt và katốt xuất hiện quá điện áp.
+ Nguyên nhân bên ngoài : Những nguyên nhân này thường xảy ra
ngẫu nhiên như khi có sét đánh, khi đóng cắt máy biến áp nguồn. Cắt máy
biến áp nguồn tức là cắt dòng điện từ hóa máy biến áp, bấy giờ năg lượng từ
trường tích luỹ trong lõi sắt từ chuyển thành năng lượng điện chứa trong các
tụ kí sinh, rất nhỏ giữ các dây cuốn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp. Điện phá
này có thể lớn gấp 5 lần điện áp làm việc.
Để bảo vệ quá áp người ta thường dùng mạch RC xem hình sau :
Tính RC bảo vệ quá áp do tụ tích điện gây nên, hình trên
impdmp
UU ,
là giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngợc đặt trên

tiristor một cách chu kỳ, cho trong sổ tay tra cứu.
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
16
npimnpmd
UU
,
,
là giá trị cực đại cho phép của điện áp thuận và ngợc đặt
trên tiristor một cách không chu kỳ, cho trong sổ tay tra cứu.
im
U
là giá trị cực đại của điện áp ngợc thực tế đặt trên tiristor.
b là hệ số dự trữ về điện áp, b=1-2
k Là hệ số qúa điện áp
Các bước tính toán :
+ Xác đinh hệ số qúa điện áp theo công thức

im
pim
Ub
U
k
.
.
=
+ Xác định các thông số trung gian :
)(),(),(
*
min

*
max
*
min
kRkRkC

+ Tính
dt
di
max khi chuyển mạch
+ Xác định lượng tích tụ Q=f(di/dt), sử dụng các đường cong trong sổ
tay tra cứu.
+ Tính các thông số trung gian

im
U
Q
CC
2
.
*
min
=


Q
LU
RR
Q
LU

R
imim
22
*
max
*
min
≤≤
Trong đó L là điện cảm của mạch RLC
Cuối cùng ta chọn
Ω=
=
80
25,0
R
FC
µ
III> Tính cuộn kháng cân bằng :
Dòng từ hóa cuộn kháng cân bằng :

cb
dm
ocb
L
U
i
.
.19,0
2
ω

=

suy ra :
ocb
dm
cb
i
U
L
.
.19,0
2
ω
=

)(5000
2
10000
2
A
i
i
t
cb
===
)(102,0.5000%20 Aii
cbocb
===
)(21
2

VU
dm
=

f
Π=
2
ω
; Với f là tần số cuộn kháng,
)(150.3 hzff
l
==
vậy
)/(942150.14,3.22 sradf
==Π=
ω
Thay vào công thức tính
cb
L
ta có :
)(10.82,2
150.942
21.19,0
.
.19,0
5
2
H
i
U

L
ocb
dm
cb
−
===
ω
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
17
Chiều rộng trụ giữa lõi thép a :

cmiLa
tcb
9,610000.10.82,2.6,2 6,2
4
252
4
===
−
Để tính các kích thước của cuộn kháng cân bằng tài liệu hướng dẫn ta
tìm các hệ số m,n,l
ở đây n=0,6 ; l=1,2 ; m=2,2

a
h
m =
;
a
c

n =
;
b
a
l
=
Với h : là chiều cao cửa sổ h=m.a=2,2.6,9=15,2cm
c : là chiều rộng cửa sổ c=n.a=6,9.0,6=4,14cm
b : là chiều dày lõi b= a/l = 6,9/1,2=5,75cm
Tiết diện trụ là Q=a.b=6,9.5,75= 40 (cm2)
Chiều dàI lõi L’= a+(c+a/2).2 =6,9+(4,14+6,9/2).2 = 22,08cm
Độ rộng khe hở không khí δ
Số vòng dây cuộn kháng :
)(80
40.52.26,1
10.15,2
26,1
'.
.10¦
4
5
4
v
Q
LL
W
cb
===
−
µ

µ
là hệ số phụ theo tài liệu lấy
µ
= 52

Chương IV : Thiết kế mạch điều khiển
I. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển .

Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
SS
BAX
U
dk
Ur
1 2 3 4
T
18
Khâu đồng pha có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa đồng bộ với điện áp l-
ới. Nghĩa là cho phép xác định giá trị ban đầu của goác điều khiển
α
.
Khâu so sánh có nhiệm vụ so sánh giữa điện pá tựa và điện áp điều
khiển. Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung gửi sang tần
khuyếch đại.
Khâu khuyếch đại : tạo ra xung và khuyếch đại xung tạo ra xung có
độ rộng cần thiết và đủ công suất để đa đến điều khiển thyistor trong mạch
lực.
• Trong thực tế người ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển :
thẳng đứng tyuến tính và thẳng đứng arccos để thực hiện điều chỉnh vị trí

xung trong nửa chu kỳ dương của điện áp đặt trên tiristor.
II. Thiết kế mạch điều khiển :
A. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển :
Khi cấp nguồn điện 380V vào sơ cấp của BA nguồn phía thứ cấp của
BA hạ áp qua cuộn dây W
2-1
qua cầu chỉnh lưu hai nửa chu kì D
1
và D
2
điện
áp tại điểm (I) U
1
là điện áp một chiều hình sin lấy phần dương và đặt vào
cửa đảo của thuật toán A
1
tại đây so sánh với điện áp U đặt được đặt vào cửa
cộng của A
1
Nếu U
r
<U
đ
thì U
ra
trên OA
1
là điện áp dương điốt D
11
mở lúc này tụ C

8
được phóng điện từ C
8
đến R
5
-> D
11
qua OA
1
về âm nguồn .
Do sự đóng mở của D
11
làm trên tụ C
8
phóng nạp tạo ra trên (III) một
điện áp hình răng cưa . Độ dốc của răng cưa có thể thay đổi qua triết áp VR
2
.
Do đó điốt zơle (D
z
) nên diện áp trên tụ max khi nạp luôn bằng điện áp
ngưỡng trên điốt zơle. Điện áp răng cưa được đặt vào cửa đảo của OA
7
và so
sánh với điện áp điều khiển. Điện áp điều khiển này được lấy từ điện áp
phản hồi đặt vào so sánh với điện áp đặt qua bộ cộng đảo dấu. Trong mạch
vòng phản hồi có mạch vòng phản hồi dòng điện . Dòng điện qua sun thay
đổi thì điện áp phản hồi qua sun thay đổi. Tín hiệu điều khiển đa vào cửa
cộng của khâu so sánh . Nếu U
rc

>U
đh
thì đầu ra của OA
3
là xung âm. Nếu
U
rc
<U
đk
thì đầu ra của OA
3
là xung dơng Khi đó bộ phát xung chùm dới sự
phóng nạp của tụ C
9
tạo ra chuỗi xung hình chữ nhật. Vì tín hiệu ra nhỏ được
khuếch đại qua đèn T
s
, xung qua điốt Đ
13
chỉ giữ lại phần âm đợc trộn lẫn với
xung ra từ khâu so sánh A
3
tạo thành từng chùm xung dương. Nhưng tín
hiệu xung vẫn cha đủ lớn để kích mở Tiristo do đó đợc đa qua bộ khuếch đại
xung. Các transisto mắc theo kiểu Dalingtơn. Xung dương được đặt vào
bazơ của T
1
làm T
1
mở và T

2
mở theo khi đó có xung đi vào biến áp xung.
Trên cuộn thứ cấp của biến áp xung có xung để kích mở tiristo. Khi xung tắt
T
1
vàT
2
bị khoá, điện áp trên biến áp xung giảm đột ngột, cuộn dây của biến
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
19
áp xung xuất hiện sức điện động cảm ứng ngược dấu lúc đó điốt D
15
và D
19
thông dập tắt sức điện động để bảo vệ các transistor.
B. Tính toán các khâu của mạch điều khiển
1. Tính toán khối đồng pha.
Sơ đồ nguyên lý khâu đồng pha
Tính toán khối đồng pha:
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
20
Chọn góc duy trì và thoát năng lượng θ =5
o
thì điện áp U
đ
đặt vào cửa
(+) của bộ so sánh là: U
θ

=
2
.U.sin 5
o
=
2
.12.sin 5
o
= 1,48(V)
Chọn E
+
= 12.
Chọn Rhc1 =2 kΩ à giá trị của VR1 là:

1,48(V).Rhc1
Rhc1VR
E
1
=
+
àVr1=14,2 kΩ
Để dòng vào cửa đảo của khuyếch đại thuật toán nhỏ hơn 1mA thì ta
chọn R sao cho U/R1<1.10
3
−
àR1>12kΩ chọn R1=15kΩ
2.Tính toán khâu tao điện áp răng cư a
Sơ đồ nguyên lý mạch tạo điện áp răng cưa
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất

21
Đồ thị điện áp răng cưa theo thời gian
Từ tính toán khâu đồng pha ta có:
Chu kì của điện áp lói la:T=1/f=1/50=20ms tương ứng với 360
0
à Chu kì của điện áp răng cưa là :Trc=T/2=10ms tương ứng với 180
0
Mặt khác Trc=tp+tn
Trong đó :tp- thời gian phóng của tụ C1
tn-thời gian nạp của tụ C1
Nh trên ta đã chọn θ=5
0
tức là tn=10
0
àtp=180
0
-10
0
=170
0
Tơng ứng với thời gian là: tp=
ms
x
4,9
180
10170
0
''0
=
tn=

ms
x
6,0
180
1010
0
''0
=

Chọn giá trị của tụ C1=0,47
µ
F
Gọi dòng địên trong quá trình phóng là Ip.Sau khoảng thời gian t=tp=9,2
ms thì điện áp trên tụ về giá trị 0 vậy ta có
Ucp=
dtIp
C
Uco
∫
−
94,0
0
1
=0

→←
9-1/C.Ip.tp=0
>Ip=(C.Uco)/tp=(0,47.10
9.
6

−
)/9,4.10
3
−
Ip=0,45 mA
>Vr2+R6= (U
62 RVR
+
)/Ip = (E-U
3,TBE
)/Ip =(12-0,6)/0,45.10
3
−
Vr2+R6=25333Ω =25,333 kΩ
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
22
Chọn R6=15 kΩ là điện trở cố định còn Vr2=10,333kΩ là biến trở điều
chỉnh được
Gọi dòng điện trong quá trình nạp là In.Sau khoảng thời gian t=tn=0,6 ms
thì điện áp trên tụ được nạp từ 0 đến 9V.Vậy ta có:
Ucn=
UcoIndt
C
+
∫
6,0
0
1
=9

→←
1/C.In.tn =9
> In=9.C1/tn=(9.0,47.10
6
−
)/0,6.10
3
−
=7,05mA
> R5=U
2,TE
/In=9/7,05.10
3
−
=1276,5Ω=1,276kΩ
Chọn dòng qua R3,R 4 bằng 2mA là đủ khi cần cung cấp dòng cho bazơ của
T2
Khi đó :R2+R3=12/2.10
3
−
=6000Ω=6kΩ
Để đảm bảo khi T1 mở thì điện áp rơi trên R4 nhỏ hơn 9V để cho T2 có thể
mở đựơc thì ta chọn R4=4kΩ,R3=2kΩ.
Chọn R1=10kΩ
3.Khâu so sánh
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất
23
Sơ đồ nguyên lý khâu so sánh

Nguyên lý hoạt động của khâu so sánh :
So sánh điện áp điều khiển với điện áp răng ca để tạo ra điện áp ở cửa ra
có dạng chuỗi các xung vuông liên tiếp.
Điện áp răng ca đa vào cửa đảo của OA,còn điện áp điều khiển đa vào cửa
cộng của OA.Để đảm bảo cho dòng điện đi vào các cửa của OA nhỏ hơn
1mA ta chọn
R7=R8=10k
Kt lun
Sau mt quỏ trỡnh hc tp v nghiờn cu, cựng vi s hng dn tn
tỡnh ca thy giỏo Dng Vn Nghi v s giỳp ca cỏc bn cựng nhúm,
chỳng em ó hon thnh cỏc nhim v c giao ca bn ỏn : Thit k b
ngun chnh lu cho b m hoc b in phõn.
n Mụn Hc i n T Cụng
Sut
24
Trong quá trình thực hiện, chắc chắn bản thân chúng em không thể
tránh khỏi những thiếu sót, chúng em rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp của các thầy và các bạn để bản đồ án này hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội ngày 28 tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn văn Cường
TàI liệu tham khảo :
Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công
Suất