Thiết kế nguồn mạ điện một chiều từ nguồn điện áp xoay chiều 220/380V, mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch và có các tham số sau: điện áp ra 6-12 V, dòng tải 1500 A

Đề tài 1: Thiết kế nguồn mạ điện một chiều từ nguồn điện áp xoay chiều
220/380V, mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch và có các tham số sau: điện áp ra
6-12 V, dòng tải 1500 A.


LI NểI U
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
nớc trên thế giới, phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học
kỹ thuật sản xuất và đời sống văn minh con ngời.
Lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt, phơng
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 ..
Vậy mạ điện là gì ?
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 đợc 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 dụmh cụ máy móc và đồ trang sức..
Ngày nay không riêng gì ở nớc phát triển mà ngay trong nớc ta kỹ
thuật mạ đã có nhng bớc phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ
thuật trong sản xuất cung nh 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 lợng
mạ và hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm môi trờng.
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 tng bớc tiếp cận môn học. Để có thể lắm vững lý thuyết đẻ áp

dụng vào thực tế, ở học kỳ này em đợc các thầy giao cho đồ án môn
học với đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều. 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 rhầy cô giáo
trong bộ môn và đặc biệt là thầy Nguyn Duy Minh đã giúp em hoàn
thành đồ án này.
Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm cha có lên em
không tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ. Cuối cùng em
xin chân thành cảm ơn !
Hà nội, ngày tháng năm 2014
Sinh viên :

Chơng I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện
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, trớc hết ta cần phải nắm rõ một số khái
niệm cũng nh các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện
phân.
Ta dựa vào sơ đồ điện phân nh sau:


Sơ đồ trên là mô hình dùng trong phạm vi nhỏ nh phòng thí nghiệm
đồng thời cũng dùng trong qui mô sản xuất lớn. Các thành phần cơ
bản của sơ đồ điện phân :
1. Nguồn điện một chiều nh :
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 thờng 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. Trớc 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 trong các trờng 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 :
Ni -2e =Ni2+
Cu -2e =Cu2+
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 H2O, OH -,
CL-.
2 CL 2e =CL2
4OH- - 4e = 2H2O + O2
Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thờng chính là O2 v CL2
.
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 nh :

Mạ niken : Ni2+ + 2e= Ni
Mạ kẽm : Zn2+ +2e = Zn
Đồng thời với iôn kim loại bị khử, H3O+ cũng bị khử giải phóng ra khí
H2 theo phản ứng : 2H3O+ + 2e = H2 + H2O
Khí H2 thoát ra trên bề mặt ca tốt 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 H2 khi gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây ra sự rạn nứt,
giòn kim loại) .Ngời ta gọi hiện tợng này là hiện tợng giòn kim loại


.Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loạ nền đồng thời cho lớp
mạ đồngđều, bóng sáng hấp dẫn, trớc 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, thờng ngập dới mặt
nớc 8 15cm và cách đáy bể khonảg 15cm. Các chỗ nối phải đảm
bảo tiếp xúc thật tốt, không để gây ra hiên tợng phóng điện trong chất
điện phân. Tuyệt đối không để chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã
nối mạch điện.

4. Dung dich chất điện phân :
dung dịch chất điện phân dùng để mạ thờng 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 :


_ 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 lợng 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 lợng cao trong một khoảng nhiệt
độ nhất định. VD mạ Niken khoảng nhiệt độ là 55
70 0C , mạ
vàng 60
700C . Nhìn chung, khi điện phân nhiệt độ dung dịch
không vợt 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 lợng tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu đợc từ nuối đơn. VD lớp mạ
thu đợc từ dung dịch Zn(CN)24- hoặc Zn(CN)2-3 tốt hơn lớp mạ thu đợc
từ dung dịch muối CuSO4 .
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 nh 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 gia công bề mặt trớc
khi mạ.Yêu cầu bề mặt trớc khi mạ :


- Trớc khi mạ vật cần mạ đợc tiến hành gia công cơ khí để có bề mặt
bằng phẳng, đồng thời tẩy xóa các lopứ gỉ, đánh bóng bề mặt theo yêu
cầu sử dụng.
- Tẩy sạch dầu mỡ các hợp chất hóa học khác có thể có trên bề mặt
vật mạ.
Tóm lại trớc lúc chi tiết vào bể điện phân, bề mặt cần phải thật bằng
phằng, sắc nét bóng tuyệt đối sạch dầu mỡ, các màng oxit có thể có.
Trong điều kiện nh vậy lớp mạ thu đợc mới có độ bóng tốt, không sớc,
không sần sùi, bóng đều toàn lớp mạ đồng nhất nh ý.
Phơng pháp gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ :
- Phơng pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô, mài tinh, đánh bóng
quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay.
- Phơng pháp gia công hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu
mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa sạch.
Sự lựa chọn phơng pháp gia công cho hiệu qủa tốt nhất lại có giá
thành rẻ, đòi hỏi ngời kỹ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ và nhất là
phải có kinh nghiệm sản xuất. Bất kỳ thiếu sót nào dù nhỏ hoặc đánh
giá không đúng công việc chuẩn bị bề mặt đều dẫn đến giảm sút chất
lợng và hình thức lớp mạ. Chất lợng lớp mạ phụ thuộc một cách cơ
bản vào phơng pháp đợc lựa chọn, kỹ thuật và điều kiện tiến hành
chuẩn bị bề mặt lớp mạ. Không bao giờ chúng ta coi nhẹ việc chuẩn bị
bề mặt vật

Chơng II : Lựa chọn phơng án
Nhiệm vụ đặt ra đối với đồ án là thiết kế nguồn mạ một chiều có điện

áp thấp và dòng rất lớn. 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 lợng lớp mạ thu đợc. 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 phơng 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 nhợc 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. Nhng giá thành đầu t cho máy phát điện một chiều lớn, cơ cấu
điều khiển hoạt động khá phức tạp .Máy phát điện một chiều với nhiều
nhợc 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 đợc 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
Tiristor đã đạt đợc nhiều thành tựu. Chính vì vậy các bộ biến đổi dòng
điện xoay chiều thành dòng một chiều ngày càng đợc sử dụng nhiều
trong các nghành công nghiệp. Ngày nay trong công nghệ mạ điện thì
bộ bién đổi đợc dùng rộng rãi nhất. Các bộ biến đổi dùng trong quá
trình điện phân có thể cho ra các điện áp nh : 3V, 6V, 12V, 24V,30V,
50v. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện thế cho phù hợp.Bộ biến
đổi với các u điểm : thiết bị gọn nhẹ; tác động nhanh; dễ tự động hóa;
dễ điều khiển và ổn định dòng. Chi phí đầu t 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 đợc hơn cả về
mặt kinh tế cũng nh các tiêu chuẩn kỹ thuật.Vậy quyết định phơng án
là dùng bộ biến đổi.
Với mạch chỉnh lu(không dùng mạch chỉnh lu ) có rất nhiều : chỉnh lu
một pha, chỉnh lu ba pha, chỉnh lu không điều khiển, chỉnh lu có điều
khiển.
Trong yêu cầu của đồ án là thiết kế nguồn mạ điện áp thấp và dòng
khá lớn. Trớc hết ta xét trờng hợp chỉnh lu có điều khiển, sau đó ta có
thể xét trờng hợp chỉnh lu điốt không điều khiển với góc điều khiển .
Các phơng án khả thi :
+ Chỉnh lu cầu một pha
+ Chỉnh lu cầu ba pha

+ chỉnh lu sáu pha có cuộn kháng cân bằng


Phơng án 1 : Chỉnh lu cầu một pha
Sơ đồ nguyên lý chỉnh lu cầu một pha

a.Khi tải thuần trở R :
Với U2= sin


_ Khi = : cho xung điều khiển mở T1, T2 và Ud =-U2 , hai tiristor
sẽ khoá khi U2 = 0
_khi = + , cho xung điều khiển mở T3, T4 và Ud =U2
Dòng qua tải là dòng gián đoạn.


Ud =

1


Id =

Ud
R

Giá trị trung bình dòng tải :
Giỏ tr trung bỡnh dũng ti:

Giỏ tr trung bỡnh dũng qua tiristor:

Dạng sóng cơ bản :

2U 2 sin .d =

1
IT =
2







2U 2
( 1 + cos )


U
I
2U 2
sin .d = d = d
R
2R 2


b. Tải R+L
- Khi L đủ lớn thì dòng điện id sẽ là dòng liên tục.
2U 2 sin .d = Rid + X

- Phơng trình mạch tải :
1


+





Ud =

R
2U 2 sin .d =


+





id d +

did
d

X
di
Id d

2 2U 2
cos


Dạng sóng cơ bản :

c. Ưu nhợc điểm của sơ đồ :



Ưu điểm : điện áp ngợc đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ
Nhợc điểm : không dùng đợc cho tải có công suất lớn, nếu dùng
gây ra hiện tợng công suất bij lệch pha. Sơ đồ chỉnh lu cầu một
pha dòng tảI chảy qua hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất diện pá và


công suất trên van sẽ lớn. Sơ đồ cầu một pha chỉ ứng dụng với
yêu cầu điện áp chỉnh lu cao và dòng tải nhỏ.

Phơng án 2 : Chỉnh lu cầu ba pha đối xứng
a)Sơ đồ nguyên lý :

+Ngun cp: 3 pha xoay chiu 220V/380V 50Hz khi qua bin ỏp 3
pha cú cỏc in ỏp th cp:
Ua =

2.U 2 .sin( t )

V

2.U 2 .sin(t +

Ub =
Uc =

= t

2
)
3

2
2.U 2 .sin(t
)
3

V
V

Ti cú cun cm L m bo san bng dũng 1 chiu t yờu cu.
+B bin i: s cu 3 pha.
- Nhúm T1,T3,T5 u Catot chung:

T1,T3,T5 u Catot chung , khi Anụt ca van no bt u cú th
dng hn so vi Anụt ca cỏc van cũn li thỡ mi c phộp phỏt


xung điều khiển để mở van đó. Điểm đó được coi là điểm gốc để tính
góc mở chậm cho thyristor ấy.

•
T1,T3,T5 hình thành chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha Catot
Ua Ub Uc

chung, có nguồn cung cấp là , , và mạch tải là 2 điểm K và O.
Ud2 = UKO
-Nhóm T2,T4,T6 đấu Anot chung:
•
T2,T4,T6 đấu Anôt chung,khi nào thế Catot của van nào bắt đầu có
thế âm hơn so với thế Catôt của các van còn lại thì mới được phép
phát xung điều khiển vào để mở van đó. Điểm đó được coi là điểm
gốc để tính góc mở chậm cho Thyristor đó.
•
T2,T4,T6 hình thành chỉnh lưu điều khiển hình tia 3 pha Anot chung,
có nguồn cung cấp
Ud2 = UAO

U a Ub U c

, , và mạch tải là 2 điểm A và O.

→

KL:Chỉnh lưu điều khiển đối xứng cầu 3 pha thực chất là 2 chỉnh
lưu điều khiển đối xứng tia 3 pha,1 đấu Catôt chung ,1 đấu Anôt
chung, được đấu nối tiếp nhau có cùng nguồn cung cấp. Còn mạch tải
nối tiếp nhau nên:
Ud

U KA U d 1 U d 2

U KO U AO

= = + = +
b) Hoạt động của sơ đồ:
Giả thiết T5 và T6 đang thông ta có :
- UC thông qua T5 đặt lên K
- Ub thông qua T6 đặt lên A
 Ud = UKA = UCB
+ Đến thời điểm θ = O1 + α = π/6 + α , Phát xung điều khiển mở T1.
Khi đó : Anot T1 mang thế Ua
Catot T1 mang thế Uc
Do Ua > Uc nên T1 mở thông.
T1 mở làm cho Catot lúc này mang thế Ua, do đó T 5 đóng lại vì chịu
phân cực ngược Uac.
Dòng điện khép mạch qua T1 và T6,


Điện áp tải :
Ud = Uab = Ua – Ub
+ Khi θ = 3π /6 + α : Phát xung điều khiển mở T2
Khi đó:
Anot T2 mang thế Ub
Katot T2 mang thế Uc
Do Ub > Uc nên T2 mở thông.
Sự mở của T2 làm cho T6 khóa lại 1 cách tự nhiên giống trường
hợp trên…
Cứ như vậy các xung điều khiển lệch nhau π/3 lần lượt được đưa đến
các cực điều khiển cua các Thyristor theo thứ tự
T1,T2,T3,T4,T5,T6,T1…

Trong mỗi nhóm đấu chung K (hoặc A), khi 1 van mở thì nó sẽ
khóa ngay van trước đó theo thứ tự như bảng sau:
Thời điểm

Mở

θ1 = π 6 + α

T1

T5

θ 2 = 3π 6 + α

T2

T6

θ3 = 5π 6 + α

T3

T1

θ 4 = 7π 6 + α

T4

T2

T5

T3

T6

T4

θ5 = 9π 6 + α

0

θ 6 = 11π 6 + α

id
0

Điện áp tải trung bình: i T1
α2

Ud =
=

Khóa

∫
α

6U 2Cosωt.dωt

1

π
| +α
3 6
U 2 .Sinωt 6π
| − +α
π
6

Ud =

3 6
U 2 .Cosα
π

Id

θ

θ

0

θ

0

θ

0

θ

0

θ

0

θ

0

θ

i T2
i T3
i T4
i T5
i T6


Dạng sóng cơ bản:

c). Phân tích ưu, nhược điểm của sơ đồ:
+Ưu điểm:
g
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.

g
Không làm lệch pha lưới điện.
+Nhược điểm:
g
Sử dụng số van lớn, giá thành thiết bị cao.
g
Sơ đồ này dùng cho tải công suất lớn, dùng tải nhỏ,chỉnh lưu đòi hỏi
độ bằng phẳng.


Phương án 3: chỉnh lưu 6 pha có cuộn kháng cân
bằng
a.sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển 6 pha có cuộn kháng cân bằng bao gồm:
+ Máy biến áp động lực có cuộn kháng cân bằng Ccb
+ 6 Thyristor chia làm 2 nhóm T1,T3,T5 và T2,T4,T6
Máy biến áp có 2 hệ thống thứ cấp (a,b,c) và (a’,b’,c’).
Các cuộn dây trên mỗi pha (a & a’);(b &b’);(c & c’) có số vòng dây
như nhau nhưng có cực tính ngược nhau.


Hệ thống dây cuốn máy biến áp có điểm trung tính riêng biệt O1, O2
được nói với nhau qua cuộn kháng cân bằng.
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 như trung bình
cộng của điện áp đầu ra của 2 chỉnh lưu hình tia 3 pha :
3 6
U 2 .Cosθ
π

3 6
U2
π

Ud =
 Udmax =
Do tác dụng của cuộn kháng cân bằng, dòng tải có thể coi là phẳng
hoàn toàn.
Dòng trung bình qua van:
Idmax
3

ITBV =
Điện áp ngược đặt lên van:
Ungmax =
Dạng sóng cơ bản

π
.U dmax
3

b). Ưu nhược điểm của sơ đồ:
- Dòng điện - điện áp ra có độ bằng phẳng cao, độ đập mạch
5,7%
- Dòng trung bình qua van nhỏ chỉ bằng 1/6 dòng tải
- Do tính đối xứng (ngay cả khi α thay đổi) nên bộ lọc thiết kế
đơn giản, trọng lượng cũng như kích thước nhỏ.

- Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của chỉnh lưu loại này là giá thành
cao do sử dụng nhiều van công suất, và thiết kế máy biến áp cũng như
cuộn kháng cân bằng rất phức tạp. Đây chính là nhược điểm cũng
như hạn chế khả năng ứng dụng của sơ đồ trong quy mô sản xuất vừa
và nhỏ.
•

Kết luận:

Như vậy, theo yêu cầu của đề tài thiết kế:
Nguồn áp : 220/380 V
Điện áp ra 6-12 V
Dòng tải : 1500 A
Cùng với những phân tích ở trên, em đi đến lựa chọn phương
án: Sử dụng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng có điều khiển là hợp lý
nhất, có thể thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của đề tài.

I.Tính chọn Van bán dẫn công suất.
Chọn chế độ làm việc định mức của van là chế độ công suất cực đại
Tức là góc mở chậm α = 0o
+) Điện áp đầu ra của chỉnh lưu được tính :

Ud =
π
.U d
3 6



3 6

U 2 .Cosθ
π

π
.220
3 6

U
U2 =
=
=94 V
Điện áp ngược cực đại đặt lên van:
Ungmax =

6.U 2

=

6

.94 =230,3 V

Chọn hệ số dự trữ điện áp: Ku = 2
 Van phải chịu được: Ungmax thực = 2 . 230,3 = 460,6(V)


+) Dòng điện trung bình qua van:
ItbVan =

Id

3

=

1500
= 500
3

(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 :
Itb max = ( 0,6
⇒

Itb max thực =

÷

I tb max
0, 6

0,7 ) Itb max thực

=

500
= 833,3
0, 6

(A)

Vậy các thông số để chọn van là :
Ung v = 460 và Itb max thực = 833,3 A
Van công suất được chọn là: T568N
Các thông số từ nhà Sản xuất:
+) Điện áp ngược cực đại
+) Dòng điện làm việc cực đại

:Ungmax = 600 V
:Idmmax = 568 A

+) Dòng điện xung điều khiển

:Ig

max

= 150 mA

gmax

+) Điện áp xung điều khiển
:U
= 1,4 V
+) Sụt áp trên thyristor ở trạng thái bán dẫn :∆Umax = 1,76 V
+) Tốc độ biến thiên điện áp
:du/dt = 1000 V/ μs
+) Nhiệt độ làm việc cực đại

I

Tính toán máy biến áp lực.
Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ, sơ đồ đấu dây
II.1. Tính sơ bộ máy biến áp.
1. Công suất biểu kiến máy biến áp:

max

0

:T =140 C
∆/ϒ

.


K S . Pd =

π
π
.Pd = .220.1500 = 345kVA
3
3

S=
2.Điện áp pha sơ cấp máy biến áp:
U1

= 380 V

3.Điện áp pha thứ cấp máy biến áp :
Phương trình cân bằng đ iện áp khi có tải:
Ud0 = Ud + Ud.10% + 2.∆UV + ∆Udn + ∆UBA
Với:
Ud.10%
: là lượng dự trữ khi có sụt giảm điện áp lưới
UV = 1.06 V : sụt áp trên van công suất.
≈
∆Udn 0
: sụt áp trên dây nối.
∆U BA = ∆U r + ∆U x

: sụt áp trên điện trở và điện kháng của MBA.

Chọn sơ bộ:
∆UBA = ∆UR + ∆UX ≈ 6%.Ud0 = 0.06×220 = 13,3 V
Từ phương trình cân bằng điện áp khi có tải, ta có:
→Ud0 = Ud + Ud.10% + 2.∆UV + ∆Udn +∆UBA
= 220 + 220.10% + 2.1,76 + 0 + 13,3
= 258,82 (V)
 Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp:
U2 =

π .U d 0 π .258,82
=
3. 6
3. 6

= 110,64 (V)

4.Dòng điện hiệu dụng thứ cấp máy biến áp.
6.

Id
2
2
=
.I d =
.1500 = 1224, 7
3
3
3

I2 =
A
5. Dòng điện hiệu dụng sơ cấp máy biến áp :
I1 = k BA. I 2 =

→

U2
110, 64
.I 2 =
1224, 7 = 356, 6
U1
380

A

Như vậy các tham số của máy biến áp cần đạt được là:

S BA
U1

= 231 kVA
= 382 V

U2

= 110,64 V
I1

= 356,7 A


I2

= 1224,7 A

II.2 Tính chọn các thiết bị bảo vệ mạch lực
Trong bộ chỉnh lưu phần tử kém có khả năng chịu được các
biến động về điện áp và dòng điện và điện áp chính là các van bán
dẫn . Vì vậy bảo vệ mạch lực cũng chính là bảo vệ các van bán dẫn
khỏi các trạng thái : quá nhiệt,quá dòng và quá áp.Sơ đồ mạch động
lực có thiết bị bảo vệ như sau :
1. Bảo vệ quá nhiệt cho van :
Khi làm việc,trên van bán dẫn có sụt áp,do đó có tổn hao công suất
×
∆P = ∆U
Ilv sinh ra nhiệt đốt nóng van
Mặt khác, các thiết bị bán dẫn rất nhạy với sự thay đổi của nhiệt độ,

và chỉ cho phép làm việc ở nhiệt độ t < tcp.
2.Bảo vệ quá dòng cho van
a) sử dụng aptomat để đóng cắt mạch động lực,tự động cắt mạch khi
quá tải và ngắn mạch Thyristor,ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi,ngắn
mạch thứ cấp máy biến áp.
Chọn Áptomat có: Idm = 1.1×I1 dây = 1.1
Chọn bằng 110 A
Được chỉnh định dòng ngắn mạch:
Inm = 2.5 I1dây = 2.5
Chọn bằng 260 (A)

3

3

.60,39 = 115,06 (A)

.60,39 = 261,50 (A)

Dòng quá tải: Iqt = 1.5I1dây = 1.5
Chọn bằng 150 (A)

3

.60,39 = 156,90 (A)

b) Chọn các cầu chì bảo vệ ngắn mạch : Các cầu chì cần phải có
dây chảy tác động nhanh
_ Nhóm cầu chì 1CC : dòng điện định mức dây chảy là
I1CC = 1,1 I2 = 1,1 . 653,19 = 718,5 A

_ Nhóm cầu chì 2CC :
I2CC = 1,1 Iv = 1,1 . 444,45 = 488,895 A
_ Nhóm cầu chì 3CC :
I3CC = 1,1 Id = 1,1 . 800 = 880 A
Vậy ta chọn cầu chì các nhóm 1CC,2CC,3CC là loại có dòng định
mức dây chảy lần lượt là 710 A, 480 A và 880 A


3. Bảo vệ quá điện áp cho van :
Quá áp do các nguyên nhân sau:
+ Quá tải do đóng ngắt các khối chức năng : Đóng biến áp lực chỉnh
lưu có thể gây quá áp 30 đến 40% điện áp lưới .
- Đóng mạch chỉnh lưu sau khi đóng biến áp lực gây tốc đọ tăng
áp tới 1000V/µs
- Ngắt biến áp nguồn gây quá tải 5 lần điện áp bình thường .
- ngắt tải khỏi mạch chỉnh lưu
+ Quá áp do hiện tượng chuyển mạch : Loại này gắn với mạch chỉnh
lưu :
- Khi van chuyển từ khoá sang dẫn
- Khi van chuyển từ dẫn sang khoá
Mức độ quá áp cũng tới 1000V/µs
CHƯƠNG IV

TÍNH TOÁN MẠCH ĐIỀU KHIỂN
I. Khái quát hệ thống điều khiển bộ biến đổi.
1. Chức năng.
Biến đổi tín hiệu điều khiển thành xung điều khiển tương ứng
với góc mở của Thyristor (α).
2. Phân loại.
- Hệ điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc

(Cho chỉnh lưu và bộ biến đổi xung áp xoay chiều)
- Hệ điều khiển bộ biến đổi độc lập
(Cho nghịch lưu độc lập và bộ biến đổi xung áp 1 chiều)

II.Khái quát hệ điều khiển bộ biến đổi phụ thuộc
1

Cấu trúc chung:
Đồng bộ

Utựa

SS+TX

KĐX

Udk

2. Nhiệm vụ của các khâu:
a). Khâu đồng bộ:
Tạo tín hiệu đồng bộ trùng với thời điểm điện áp lưới đi qua 0.


b). Khâu tạo điện áp tựa:
Tạo điện áp răng cưa tuyến tính để đưa vào 1 cửa của khâu so
sánh.
c). Khâu So sánh:
So sánh giữa điện áp điều khiển với xung răng cưa để xác định
thời điểm phát xung điều khiển để mở thyristor.
d). Khâu tạo xung:

Trộn tín hiệu cao tần với tính hiệu điều khiển và điện áp phân
phối để tạo ra dạng xung là xung đơn, xung kép hay xung chùm.
e). Khâu khuếch đại xung:
Dùng khuếch đại công suất xung điều khiển đủ công suất để mở
van lực.
Sơ đồ toàn bộ mạch điều khiển: