thiết KẾ NGUỒN mạ một CHIỀU có đảo CHIỀU DÒNG điện

Đồ áN MÔN HọC ĐIệN Tử CÔNG SUấT
Đề TàI : THIếT Kế NGUồN Mạ MộT CHIềU Có ĐảO CHIềU DòNG ĐIệN .
Họ Và TÊN : NGUYễN VĂN DũNG.
PHƯƠNG áN 1:
NGUồN ĐIệN Mạ : 6 9 (V).
DòNG ĐIệN MAX : 100 (A).
ThờI GIAN THUậN : 10- 100 (s).
Thời gian ngợc : 1- 10 (s).

Chơng1:công nhgệ mạ một chiều
1.tìm hiểu về công nhgệ mạ .
mạ điện đợc dùng nhiều trong các nghành công nghiệp khác nhau để chống ăn
mòn,phục hồi kích thớc,làm đồ tranh sức,chống ăn mòn,tăng đj cứng ,dẫn điện ,dẫn
nhiệt,phản quang,dễ hànVề nguyên tắc,vật liệu nền có thể là kim loại ,hợp kim,đôi
khi còn là chất dẻo gốm sứ hoặc composit .Lớp mạ cũng vậy ,ngoài kim loại và hợp
kim ra nó còn có thể là composit của kim loại -chất dẻo hoặc kim loại gốmTuy
nhiên việc chọn vật liệu nền và mạ còn tuỳ thuộc vào trình độ và năng lực công nghệ
,vào tính chất cần có ở lớp mạ và vào giá thành .Xu hớng chung là dùng vật liệu nền
rẻ ,sẵn có còn vật liệu mạ đắt,quí hiếm hơn nhng chỉ là lơp mỏng bên ngoài.
Nh vậy :
Mạ điện là một quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những
tính chất cơ,lý ,hoá đáp ứng đợc nhu cầu mong muốn.
2.điều kiện tạo thành lớp mạ .
Mạ điện là quá trình điện phân .Quá trình điện phân xảy ra trên hai cực nh sau:
1


-Trên anốt xảy ra quá trình hoà tan kim loại .

M - ne
M n + (1)

-Trên katôt cation nhận điện tử tạo thành nguyên tử kim loại mạ .

M n + + ne
M
(2)
Với cac điều kiện điện phân thích hợp thì quá trình (1) và quá trình (2) sẽ cân bằng
nhau.Do đó nồng độ ion M n + trong dung dịch sẽ luôn không đổi ,điều này có ảnh hởng
lớn đến chất lợng lớp mạ.Trong một số trờng hợp ngời ta dùng điện cực trơ khi đó
dung dịch sẽ đóng vai trò chất nhờng điện tử ,vì vậy phải liên tục bổ sung vào dung
dịch dới dạng muối .Lúc đó phản ứng chính trên anốt chỉ là quá trình giải phóng ôxi .
Quá trình trên xảy ra trong bộ mạ điện có sơ đồ nh sau:

a.Điện cực anốt:
Trong mạ điện thờng dùng điện cực anốt tan bằng kim loại làm lớp mạ.Trong quá
trình anốt bị tan để cung cấp ion kim loại cho dung dịch,đảm bảo nồng độ ion trong
dung dịch là không đổi.Phản ứng trên anốt lúc này là:
M

-

ne

M

n+

Trong trờng hợp dùng anốt trơ nhơ :Platin,cacbonthì quá trình chính trên anốt là:
2H 2 O + O 2 (môI trờng kiềm)
4OH - 4e
4H +

2H 2 O - 4e
+O 2
Để giữ cho nồng độ các ion kim loại không đổi thì phảI bổ sung thêm hó chất thích
hợp.

b.Điện cực catôt:
2


Điện cực catốt là vật cần mạ ,đợc nối với cực âm của nguồn điện một chiều.Trên
catôt xảy ra quá trình:

M n + + ne
M
Thực ra quá trình này xảy ra theo nhiều bớc liên tiếp:
-cation hyđrat hoá M n + .mH 2 O di chuyển từ dung dịch vào bề mặt catốt

-catốt mất vỏ hyđrat hoá (mH 2 O) vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catốt
-Điện tử (e) từ catốt điền vào vàn điện tử hoá trị của cation biến nó thành phân tử trung
hoà.
-Các nguyên tử kim loại hoặc sẽ tham gia vào thành mầm tinh thể mới hoặc tham gia
nuôI lớn mầm tinh thể đã sinh ra trớc đó .Mầm phát triển thành.Tinh thể kết thành lớp
mạ.
c.Dung dịch mạ.
-Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ mạ ,chiều dày tối
đa ,mặt hàng mạ)và chất lợng mạ.Dung dịch mạ thờng là một hỗn hợp khá phức tạp
gồm ion kim loại mạ ,chất điện ly (dẫn điện) và các chất phụ gia nhằm đảm bảo thu đợc lớp mạ có chất lợng và tính chất mong muốn.
Dung dịch muối đơn:Còn gọi là dung dịch axit ,cấu tử chính là các muối của các axit
vô cơ hoà tan nhiều trong nớc phân ly hoàn toàn thành các ion tự do.Dung dịch đơn thờng dùng để mạ với tốc độ mạ cao cho các vật có hình thù đơn giản.
Dung dịch muối phức:Ion phức tạo thành ngay khi pha chế dung dịch.Ion kim loại

mạ là ion trung tâm trong nội cầu phức.Dung dịch phức thờng dùng trong trờng hợpcần
có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình dáng phức tạp.
d.Chất phụ gia.
Chất dẫn điện :Đóng vai trò dẫn dòng đi trong dung dịch .
Chất bóng:Chất bóng thờng đợc dùng với liều lợng tơng đối lớn (vài gam/lit) và có
thể bị lẫn vào lớp mạ khá nhiều .Chúng cho lớp mạ nhẵn mịn và có thể làm thay đổi
quá trình tạo mầm,làm tăng ứng suất nội và độ dòn.
Chất san bằng: Các chất này cho lớp mạ nhẵn, phẳng trong phạm vi khá rộng (vĩ
mô). Nguyên nhân là chúng hấp phụ lên những điểm có tốc độ mạ lớn và làm giảm tốc
độ ở đó xuống. Vậy là các phụ gia này đã u tiên hấp phụ lên các điểm lệch là chỗ có
năng lợng tự do lớn hơn và lên các đỉnh lồi là chỗ có tốc độ khuếch tán lớn các phụ gia
đến đó. Các phụ gia hấp phụ này sẽ làm giảm tốc độ chuyển dịch điện tử. Trong thực
tế, nhiều phụ gia có cả tác dụng của chất bóng và chất san bằng.
Chất thấm ớt: Trờn Catot thng cú phn ng ph sinh khớ Hydro. Cht ny thỳc
y bt khớ mau tỏch khi b m, lm cho quỏ trỡnh m nhanh hn.
Tp cht : L nhnh cht khụng mong mun nhng khú trỏnh khi. Chỳng cú th
phúng in hoc hp th trờn Catot v ln vo lp m gõy nhiu tỏc hi nh : bong,
dp, dũn, gai
e.Nguồn điện một chiều.
Có thể là các nguồn khác nhau nh:pin,ăc quy,máy phátđiện một chiều,có thể dùng
nguồn điện hoá họcđể cung cấp dòng điện một chiều cho bể mạ,bể điện phânCác
nguồn điện trên có công suất nhỏ,khó tạo ra ,lại không kinh tế .Do đó chỉnh lu đợc sử
dụng rộng rãi trong các xởng mạ bởi vì nó đạt công suất lớn,dễ sản suất
3.Các giai đoạn của quy trình công nghệ mạ.
Quy trình công nghệ mạ bao gồm rất nhiều bớc nhng có thể chia thành ba giai đoạn
sau:
a.Giai đoạn chuẩn bị.
3

Xột n bn cht vt liu hng m (nn),mc nhim bn v nhỏm b mt ca
chỳng. nhp nhụ H ca b mt m bo v khụng c vt quỏ 40àm, m trang
sc _ bo v H < 2,5àm, m tng cng v m cỏch in H < 1,25àm. Chn dung
dch m cn c vo c tớnh vt cn m.
b.Giai đoạn mạ.
Đợc tiến hành trong thời gian đã xác định trớc.Giai đoạn này cần giữ cho dòng mạ
không đổi.
c.Giai đoạn hoàn thiện.
Là giai đoạn gia công ,làm đẹp ,làm hoàn thiện sản phẩm.Thờng là các bớc trung
hoà ,tẩy sáng,lấp đầy lỗ
Khối lợng kim loại kết tủa lên diện tích S có thể dựa váo định luật Faraday:
m=S.D 0 .t.H.C
Trong đó:
-S : diện tích mạ (dm 2 )
-D 0 : mật độ dòng điện catôt (A/ dm 2 )
-t : thời gian mạ (h)
-H : hiệu suất dòng điện
-C : đơng lợng điện hoá của kim loại mạ (g/h)
4.Các yếu tố ảnh hởng đến chất lợng mạ.
-Chất lợng mạ một chiều đợc qui định bởi các yếu tố sau: độ bóng lớp mạ ,độ dày lớp
mạ ,độ bám chặt...Chế độ dòng điện cũng ảnh hởng rất lớn đến chất lợng mạ.
+Tuỳ theo yêu cầu của sản phẩm :cần độ bền cơ học cao hay thấp,tránh bị ôxi hoá mà
độ dày lớp mạ có thể dày hay mỏng.Để dạt độ dày cần thiết cần phảI có thời gian mạ
hợp lý.
+Độ bám là một chỉ tiêu rất quan trọng ,nó quyết định độ bền của sản phẩm ,nếu lớp
mạ sau khi mạ lại có độ bám kém thì nó rất dễ bị bung ra khi đó bề mặt vật cần mạ bị
lộ ra rất dễ bị ôxi hoá có thể dẫn đến hỏng,vật mạ xấu không đáp ứng đợc yêu cầu
của mạ.
+Độ bóng của bề mặt lớp mạ cũng là một thông số quan trọng,nó tăng tính thẩm mỹ
cho sản phẩm đặc biệt là đồ trang sức ,độ bóng cao cũng tạo cho sản phẩm tăng độ bền

cơ học hơn.Để tăng độ bóng thì ta dùng mạ đảo chiều vì khi mạ thì lớp mạ phủ trên bề
mặt không đều có chỗ dày có chỗ mỏng nên cần phảI có đảo chiều để cào bớt những
chỗ dày hơn đi.
- Kỹ thuật mạ chỉ quan tâm đến hai trạng thái bề mặt nền là độ sạch và độ nhẵn:
+ Độ sạch của nền đảm bảo cho các nguyên tử kim loại mạ liên kết trực tiếp vào mạng
tinh thể kim loại nền, đạt đợc độ gắn bám cao nhất.
+ Độ nhẵn của nền ảnh hởng rất lớn đến độ nhẵn bóng và vẻ đẹp của lớp mạ. Nếu bề
mặt nền nhám, xớc quá thì phân bố điện thế và mật độ dòng điện sẽ không đều, chỗ
lom, rãnh sâu...
-Bản chất của kim loại nền cũng ảnh hởng đến chất lợng mạ.
-Thành phần dung dịch mạ.
-ảnh hởng của các yếu tố điện: Mật độ dòng điện là đại lợng gây ra sự phân cực điện
cực .Lúc đang mạ, mật độ dòng điện là yếu tố quan trọng nhất có ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm mạ.
+Yêu cầu kỹ thuật của nguồn mạ là phải giữ dòng mạ không đổi trong suốt quá trình
mạ.Để lớp mạ đợc phủ đều lên bề mặt thì dòng điện phải giữ không đổi .Cờng độ dòng
điện I tính toán xuất phát từ mật độ dòng điện D 0 và phụ tải y trong bể:
I = D 0 .y (A)
Trong đó:
D 0 : mật độ dòngcatôt
4


y : phụ tải của bể mạ
Mt dũng in cao s thu c lp m cú tinh th nh, mn, sớt cht v ng u,
bi vỡ lỳc ú mm tinh th c sinh ra t khụng ch ti cỏc im li (im cú li
th) m c trờn cỏc mt phng (ớt li th) ca tinh th. Mt khỏc khi mt dũng in
cao lm cho ion kim loi m nghốo i nhanh chúng trong lp dung dch sỏt catot, do ú
phõn cc s tng lờn to iu kin sinh ra lp m cú tinh th nh mn.
Nu mt dũng in quỏ cao (gn n dũng gii hn) cng khụng c vỡ lỳc ú
lp m s b gai, cõy hoc chỏy. Ngoi ra nu dựng anot tan thỡ nú d b th ng hn

v dung dch s nghốo dn ion kim loi m. Ngợc lại nếu mật độ dòng điện quá thấp
thì tốc độ mạ sẽ chậm và kết tủa thô ,không đều.Vì vậy mỗi dung dịch mạ chỉ cho lớp
mạ có chất lợng mạ cao trong một khoảng mật độ dòng điện nhất định.
Trong quá trình mạ thì điện trở của bể mạ là luôn thay đổi do có các iôn kim loại bám
vào vật mạ nên nồng độ dung dịch thay đổi.
Công thức tính điện trở dung dịch nh sau:
R = l.(100. ..y) ()
l : khong cỏch gia cỏc in cc (cm)
: dn in riờng ca dung dch (-1.cm-1)
y : ph ti ca b m (dm2)
Do đó muốn cho dòng điện không đổi thì ta phải điều chỉnh điện áp sao cho tỉ số
giữa điện áp và điện trở dung dịch là không thay đổi
5.Mạ có đảo chiều dòng mạ.
Do yêu cầu công nghệ mạ mà bắt buộc phải có bộ nguồn một chiều. Thông thờng
để thực hiện mạ ta dùng dòng điện không đảo chiều cấp vào anôt và catôt.Nhng trong
một số trờng hợp mạ đặc biệt ,mạ đồ trang sức bằng các kim loại quí nh:vàng ,bạch
kimhay các sản phẩm yêu cầu chất lợng cao,nền mạ khó bámthì ngời ta dùng
dòng mạ có đảo chiều.
Nguyên tắc mạ đảo chiều nh sau:

Trong thời gian tc vật mạ chịu phân cực catôt nên đợc mạ vào với cờng độ dòng thuận
Ic, sau đó dòng điện đổi chiều và trong thời gian ta vật mạ chịu phân cực anôt nên sẽ tan
ra một phần.Sau đó lại bắt đầu một chu kì mới .Thời gian mỗi chu kỳ bằng T= tc + ta
5


.Nếu Ic .tc > Ia .ta thì vật vẫn đợc mạ. Khi lớp mạ bị hòa tan bởi điện lợng Ia . ta , thì
chính những đỉnh nhọn, gai, khuyết tật ... là những chỗ hoạt động anôt nhất nên tan
mạnh nhất, kết quả là thu đợc lớp mạ nhẵn, hoàn hảo hơn. Tu tng dung dch m chn
t l tc : ta thng t ( 5:1 n 10:1) v T thng 5 10s.Với yêu cầu cụ thể ở đây thì tỉ

số tc : ta luôn không đổi là 10 lần
Phơng pháp này có thể dùng đợc mật độ dòng điện lớn hơn khi dùng dòng điện một
chiều thông thờng.M o chiu lm tng cng quỏ trỡnh m m vn thu c lp m
tt.

CHƯƠNG HAI
Lựa chọn sơ đồ chỉnh lu
Để mạ điện thì ta dùng nguồn điện một chiều.Nguồn một chiều có
nhiều phơng pháp để tạo ra :có thể dùng máy phát điện một chiều , dùng
các sơ đồ chỉnh lu từ các nguồn điện ba pha và nguồn điện một pha ,dùng
pin ,ăcquy...
1.Dùng máy phát điện một chiều và động cơ điện không đồng bộ.
Động cơ điện không đồng bộ biến điện năng của lới điện xoay chiều ba
pha thành dạng cơ năng của roto,cơ năng này đợc truyền sang trục của
máy phát điện một chiều .Máy phát điện một chiều có nhiệm vụ biến đổi
cơ năng thành điện năng ở dạng một chiều cung cấp cho bể mạ .
Ưu điểm:
Thay đổi nguồn mạ trong dãy rộng ,rất linh hoạt nhờ biến trở kích từ
,thao tác nhẹ nhàng ,sai số nhỏ ,độ tinh điều chỉnh cao.
Nhợc điểm:
Hệ thống cồng kềnh ,năng lợng truyền nối tiếp từ lới điện đến tải qua
máy động cơ,máy phát nên công suất toàn hệ lớn hơn công suất tải yêu
cầu rất nhiều .Đặc biệt là với máy phát một chiều do có bộ phận cổ góp
,chổi than nên dễ gây ra tia lửa điện rất nguy hiểm cho hệ thống và ngời
điều hành.
2.Dùng các phơng pháp chỉnh lu.
Theo dạng nguồn cung cấp có thể chia chỉnh lu thành một pha hay ba
pha.Nguồn điện một pha đợc dùng phổ biến trong thực tế .Theo sơ đồ
mạch van chia thành chỉnh lu hình tia và chỉnh lu cầu.Với chỉnh lu hình tia
có số van bằng số pha còn đối với chỉnh lu cầu thì số van gấp đôI số

pha.Tuy nhiên ngày nay ngời ta không dùng sơ đồ hình tia nữa mà thờng
dùng sơ đồ chỉnh lu cầu vì những lý do sau đây:sơ đồ cầu không nhất thiết
phải có biến áp nguồn ,có thể đấu thẳng vào lới điện ,độ đập mạch nhỏ
,công suất lớnChỉnh lu có thể là chỉnh lu có điều khiển dùng tiristor
hoặc không điều khiển dùng điôt và bán điều khiển dùng cả điôt và tiristor
.Các bộ chỉnh lu dùng tiristor có hiệu suất cao ,thời gian sử dụng lâu,chịu
đợc nhiệt độ cao,điều chỉnh dễ dàngChính vì vậy mà ngày nay các bộ
chỉnh lu dùng tiristor đợc dùng rộng rãi có khuynh hớng thay thế toàn bộ
máy phát điện một chiều và chỉnh lu điôt.
a.Chỉnh lu cầu một pha .
6


Chỉnh lu cầu một pha có hai loại sơ đồ là :sơ đồ điều khiển đối xứng và
sơ đồ điều khiển không đối xứng.
Chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng:
U
Chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối
T4
T1
A
xứng bao gồm 4 tiristor mắc theo sơ đồ sau:
T2

F

Hình 2.1a.

T3

B

E

L

R

Có hai tiristor đấu anốt chung và hai tiristor đấu catốt chung .Nguồn
điện đa vào có dạng hình sin :
u = 2 .U.sin
Trong nửa chu kì đầu u > 0 điện áp anôt của tiristor T1 dơng , nếu có xung
điều khiển cho cả hai van T1,T2 đồng thời, thì các van này sẽ đợc dẫn để
đặt điện áp lới lên tải .Đến nửa chu kì sau điện áp đổi dấu u < 0 ,tuỳ thuộc
vào tính chất tải mà khoảng dẫn của tiristor thay đổi,anốt của T3 dơng còn
catốt của T4 âm nếu có xung điều khiển cho cả hai van đồng thời thì các
van này sẽ đợc dẫn để đặt điện áp lới lên tải .
Chỉnh lu cầu một pha điều khiển không đối xứng.
Việc điều khiển các tiristor ở mạch chỉnh lu đối xứng đôi khi gặp khó
khăn vì phảI điều khiển đồng thời hai tiristor cùng lúc .Sơ đồ điều khiển
không đối xứng có thể tránh đợc việc phải điều khiển một lúc hai tiristor
mà chất lợng điện áp ra vẫn đảm bảo.Có hai dạng sơ đồ điều khiển không
đối xứng sau:
U

T1

T2

D1

T2

D1

R

L

R

D2

Hình 2.1b.

U

T1
D2
L

Hình 2.1c.

Mỗi sơ đồ gồm hai tiristor và hai điốt ,mỗi lần cung cấp xung điều
khiển chỉ cần cấp một xung.Hai sơ đồ này có trị số điện áp giống nhau ,đờng cong điện áp tải chỉ có phần điện áp dơng, nên sơ đồ không làm việc
với tải có nghịch lu trả năng lợng về lới. Sự khác nhau giữa hai sơ đồ trên
đợc thể hiện rõ rệt khi làm việc với tải điện cảm lớn, lúc này dòng điện
chạy qua các van điều khiển và không điều khiển sẽ khác nhau.
Trên sơ đồ a khi điện áp anốt T1 dơng và catốt D1 âm sẽ có dòng điện tải
chạy qua T1 và D1 ,ở nửa chu kì sau điện áp đổi dấu ,nếu cha có xung điều

khiển mở T2 ,năng lợng của cuộn cảm L đợc phóng qua T1 và D2 . Việc
chuyển mạch của các van không điều khiển D1, D2 xảy ra khi điện áp bắt
đầu đổi dấu. Tiristor T1 sẽ bị khoá khi có xung mở T2. Kết quả là chuyển
mạch các van có điều khiển đợc thực hiện bằng việc mở van kế tiếp.
Trên sơ đồ b khi điện áp lới đặt vào anốt và catốt của các tiristor thuận
chiều và có xung điều khiển, thì việc dẫn của các van hoàn toàn giống nh
7


sơ đồ a . Khi điện áp đổi dấu, năng lợng của cuộn dây L đợc phóng ra qua
các điốt D1, D2, các van này đóng vai trò của điốt ngợc.Vì vậy các Tiristor
sẽ tự động khoá khi điện áp đổi dấu.
Dạng dòng điện ,điện áp của các phần tử trên hai sơ đồ trên:

U
u2

u1

u2

U



0

u1

i T1

i T1

iT2

iT2

i D1

i D1

i D2

i D2

it

it
=
2

hình 2.1c

=
2

Hình 2.1d.Cho sơ đồ hình 2.1b ;

Hình 2.1e.Cho sơ đồ

Đặc điểm của các sơ đồ không đối xứng là điện áp trên tải không có
phần âm do tác dụng của các điốt .Vì vậy điện áp chỉnh lu sẽ đợc biểu
diễn bởi công thức:
1 + cos
Ud = Ud0. 2

Với Ud0 = 2 2U 2 0.9 U2 .


Cả hai dạng sơ đồ trên đều tơng đơng nhau về mặt điện áp chỉnh lu và
các vấn đề năng lợng nhng sơ đồ a có u điểm hơn vì các van có phụ tải nh
nhau .Ngoài ra hai tiristor mắc catốt chung sẽ tạo khả năng điều khiển trực
tiếp mà không cần biến áp xung.
Với điện áp yêu cầu thì Ud0 = 9 (V) ,điên áp Ud = 6 9 (V) ,khi đó
góc điều khiển nằm trong dải từ max = 710 đến min = 00 .
+Đối với tải thuần trở:
8


Dòng trung bình qua các điốt :
Id
2

ID =

Dòng i2 có dạng hình sin ,do đó giá trị hiệu dụng của i2 bằng
I2 =

I2

m

2



=

2 2

.I d

Vì dòng i1 dạng sin nên i1 cũng có dạng sin ,vì vậy :
I1 =

1
1
.I 2 =
.Id
k ba
k ba 2 2

Công suất tính toán máy biến áp:
Sba =

S1 + S 2
2

Vì dòng sơ cấp và thứ cấp đều có dạng sin nên S1 = S2 .Vậy:
Sba = U2.I2 =



2 2

Ud.

Điện áp ngợc lớn nhất trên điốt sẽ là:



2 2

2
.Id = Pd 1,23 Pd

8

Ung.max = U2m = 2 U2
+Đối với tải trở cảm:
Dòng trung bình qua các điốt :
ID =

Id
2

Dòng thứ cấp máy biến áp có dạng xung chữ nhật đối xứng với biên độ
bằng Id ,do đó:

I2 =

1
2

2

I

2
d

d = Id.

0

Dòng sơ cấp cũng có dạng xung chữ nhật đối xứng ,do đó :
I1 =
Đối với máy biến áp :

1
1
I2 =
Id
k ba
k ba

Sba = U2.I2 =

2 2

U d .I d =


2 2

.Pd 1,11Pd

Điện áp ngợc lớn nhất trên van :
Ung.max = U2m = 2 U2
Hệ số đập mạch :
Kđm = 0,67
Nhìn chung chỉnh lu cầu một pha đợc dùng khá rộng rãi trong thực
tế ,nhất là với cấp điện áp ra từ 10 V trở lên.Dòng tải co thể lên tới một
9


trăm ampe .Nó không nhất thiết phải có biến áp nguồn :khi điện áp ra tải
phù hợp với cấp điện áp nguồn xoay chiều ta có thể mắc trực tiếp mạch
chỉnh lu vào lới điện .Nhng do số lợng van lớn gấp đôi sơ đồ hình tia nên
sụt áp trong mạch van cũng lớn gấp đôi,giá thành tăng ,vì vậy không thích
hợp với tải cần dòng
lớn nhng điện áp ra lại nhỏ . Điện áp ra có chất lợng chỉnh lu cha cao ,biên
độ đập mạch
điện áp là quá cao (67%),điều này không đáp ứng đợc cho một số tải cần
chất lợng điện tốt

,muốn sử dụng đợc thì phải có bộ lọc.
b.Chỉnh lu cầu ba pha.

Cũng giống nh chỉnh lu cầu một pha ,chỉnh lu cầu ba pha cũng có hai
dạng sơ đồ :điều khiển đối xứng và điều khiển không đối xứng.
Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng .
Sơ đồ cầu ba pha đợc coi nh hai sơ đồ chỉnh lu tia ba pha mắc ngợc
chiều nhau.Ba T1,T3,T5 tạo thành một chỉnh lu tia ba pha cho điện áp dơng
tạo thành nhóm anốt ,còn T2,T4,T6 là một chỉnh lu tia ba pha chop điện áp
âm tạo thành nhóm catốt ,hai chỉnh lu này ghép lại thành cầu ba pha.
Theo hoạt động của chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng, dòng điện
chạy qua tải là dòng điện chạy từ pha này về pha kia, do đó tại mỗi thời
điểm cần mở tiristor đòi hỏi cấp hai xung điều khiển đồng thời(một xung
ở nhóm anốt ,một xung ở nhóm catốt).
Sơ đồ cầu ba pha điều khiển đối xứng:
A B C

Hình 2.2a.

T2

T1

T4

T3

T6

T5

R
Ví dụ trong khoảng từ t1 đến t2 pha A có điện

áp dơng Lhơn ,pha B có điện
áp âm hơn nên mở thông T1,T4 dòng điện đợc chạy từ A về B.
Khi góc mở van nhỏ hoặc điện cảm lớn ,trong mỗi khoảng dẫn của một
van của nhóm này thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chỗ cho nhau .Điều
này có thể thấy rõ trong khoảng t1 t3 nh trên hình vẽ T1 dẫn còn T4 dẫn
trong khoảng t1 t2 sau đó T6 dẫn tiếp trong khoảng t2 t3 .
Khi điện áp tải liên tục ,trị số điện áp tải đợc tính theo công thức sau:

Ud = Ud0.cos

.

Khi góc mở các tiristor lớn lên tới góc > 600 và thành phần điện cảm
của tải quá nhỏ, điện áp tải sẽ bị gián đoạn.Trong trờng hợp này dòng điện
chạy từ pha này về pha kia ,là do các van bán dẫn có phân cực thiận theo
điện áp dây đặt lên chúng cho tới khi điện áp dây đổi dấu ,các van bán dẫn
sẽ có phân cực ngợc nên chúng tự khoá.
Chỉnh lu ba pha điều khiển đối xứng đòi hỏi phải mở đồng thời hai
tiristor theo đúng thứ tự pha do đó gây không ít khó khăn cho việc điều
khiển ,vận hành ,sửa chữa .Để đơn giản ngời ta thờng dùng chỉnh lu cầu ba
pha điều khiển không đối xứng .
10


Uf

B

A

A

C

t
0

t1

t2

t3

t4

t6

t5

Uf

A

B

C

A

t7

t

Ud
Ud

Hình 2.2c.

t
I1

X1

X6-1

I3
I5

X3

I6
UT1

X2-3

X4-5
X2
X4

X4-5 t

X5-2

X1-4
X3-6

Uf

B

A

C

A

t
X4

X6

.

t
X5

I2
I4

t

t

t

t
t

Hình 2.2b.

t

Ud

Hình 2.2d.

+Với tải thuần trở :
Dạng dòng điện trên tải lặp lại giống nh điện áp ud .Vì vậy với góc điều
khiển 300 dòng tải là liên tục .Ta có :
0 30 0
Ud = Ud0.cos
0
Với 30 dòng id sẽ. bằng 0 ở góc đối với đờng điện áp dây khi điện
áp này bắt đầu đổi cực tính.Khi
đó ba
dòng
gián
đoạn
:
Chỉnh lu cầu

pha sẽ
điều
khiển
đối xứng.
2.2a- sơ đồ động lực, 2.2bcác đờng cong cơbản,
Ud giản
= 3 đồ6 U
[1+cos( + )] 0
2
2.2c, 2.2d - điện
áp tải khi góc mở3 = 60
2
Nh vậy với tải thuần trở khi = 0 ữ
thì Ud = Ud0 ữ 0
3

11


+Với tải trở cảm :
Do dòng tải đợc coi là phẳng hoàn toàn nên trớc khi một tiristor nhận đợc tín hiệu điều
khiển để mở ra thì dòng vẫn chạy qua tiristor đang dẫn trớc đó .Vì vậy có
thể xuất hiện phần điện áp âm trên đờng cong điện áp chỉnh lu ud
Với dòng tải là liên tục ta luôn có :
Ud = Ud0 .cos
Vậy với tải trở cảm thì phạm vi điều chỉnh của góc là từ 00 đến 900 .
Với yêu cầu điện áp ra tải từ 6 9 (V) thì góc điều khiển từ 00 đến 710 .
Giá trị hiệu dụng dòng điện thứ cấp biến áp nguồn là ;
I2 = 0,816.Id
Do dòng thứ cấp máy biến áp có dạng đối xứng nên :

Sba =S1 =S2 = 3.U2.I2 = 1,05.Pd
Dòng trung bình qua van Iv =

Id
3

Điện áp ngợc lớn nhất trên van:
Ung.max = 6 .U2
Hệ số đập mạch :
kđm= 0,057.

Uf

T1

D2

T2

D3

T3

C

A

t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

Ud

t

Hình 2.3a.
L

R

B

t
0

D1

A

IT1

X1

IT2

.

t
X2

t

IT3

X3

ID1
ID2

2.3b.

Hình

ID3
Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng
2.3a- sơ đồ động lực, 2.3b- giản đồ các đờng cong
Khi góc mở = 600
Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển khôngđối xứng .
12

t
t

t


Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện
áp tải liên tục khi góc mở các tiristor nhỏ hơn 600 ,khi góc mở tăng lên và
thành phần điện cảm của tải nhỏ ,dòng áp sẽ gián đoạn
Sơ đồ này gồm một nhóm điều khiển và một nhóm không điều khiển nh
hình vẽ:
Ưu thế của chỉnh lu không đối xứng là dùng ít van có điều khiển,hệ số
công suất cao hơn .Tuy nhiên nhợc điểm của các sơ đồ này là số lần đập
mạch của điện áp chỉnh lu phụ thuộc vào góc điều khiển .Với góc
nhỏ dạng điện áp ra gần giống nh ở chỉnh lu cầu đối xứng tuy nhiên khi
góc tăng lên điên áp ra chỉ còn đập 3 lần trong một chu kì
Tóm lại:Chỉnh lu cầu ba pha hiện nay đợc sử dụng rộng rãi nhất ,nó
cho chất lợng điện áp tốt nhất ,độ đập mạch rất nhỏ (5%),hiệu suất sử
dụng biến áp tốt nhất .Nhợc điểm của nó là sụt áp trong mạch van gấp
đôi sơ đồ hình tia nên cũng không phù hợp với cấp điện áp ra tải dới 10
V.
3.Chỉnh lu đảo chiều :
Nhiều loại tải có yêu cầu đảo chiều dòng điện:nh mạ điện đảo chiều
,động cơ điện một chiều Có nhiều cách để đảo chiều dòng điện nhng ở
đây ta dùng bộ chỉnh lu đảo chiều.Hệ thống gồm hai bộ chỉnh lu CL1 và
CL2 ,thuận và ngợc ,cùng đợc cung cấp bởi một nguồn xoay chiều nh hình
vẽ:
Lcb
CL2
Zt

CL1

CL2

CL1

Zt

Lcb
Hình 2.4a.
Hình 2.4b.
Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi có đảo chiều .
2.4a.điều khiển chung ; 2.4b.điều khiển riêng.
Phơng pháp điều khiển bộ biến đổi có đảo chiều gồm phơng pháp điều
khiển chung và phơng pháp điều khiển riêng.
a.Điều khiển chung.
Trong cấu trúc điều khiển chung CL1 và CL2 làm việc song song ở mọi
thời điểm .Do có sự chênh lệch về giá trị tức thời trên đầu ra của mỗi bộ
chỉnh lu nên cần có cuộn kháng cân bằng Lcb để hạn chế dòng điện quẩn
giữa hai bộ biến đổi .Về nguyên tắc để dòng điện quẩn có giá trị nhỏ ,giá
trị trung bình của điện áp ở đầu ra của hai bộ biến đổi phải bằng nhau
.Điều này dẫn đến khi một bộ đang làm việc ở chế độ chỉnh lu thì bộ kia
phải làm việc ở chế độ nghịch lu phụ thuộc .

Nếu 1 , 2 là góc điều khiển của CL1 ,CL2 thì điều kiện trên sẽ đợc thực
hiện khi :
13

1 + 2 =
Cấu trúc điều khiển chung có u điểm là tố độ tác động nhanh rất tốt
,không hề có độ trễ khi đảo cực tính điện áp ra tải.Tuy nhiên nhợc điểm
của cấu trúc này là yêu cầu có cuộn kháng cân bằng làm tăng công suất
lắp đặt của hệ thống .Cuộn kháng cân bằng cũng làm chậm quá trình điện
từ diễn ra trên mạch tải ,điều này làm giảm tác động nhanh của hệ thống
trong một số trờng hợp .
b.Điều khiển riêng.
Trong thực tế các bộ biến đổi có đảo chiều hiện đại đợc thực hiện theo
cấu trúc điều khiển riêng .Theo cấu trúc này các bộ đợc điều khiển riêng
biệt,ở mỗi một thời điểm chỉ có một bộ biến đổi làm việc ,nhờ đó sẽ
không cần đến cuộn kháng cân bằng .Nh vậy công suất lắp đặt đợc giảm
đến mức tối thiểu ,gọn nhẹ ,hiệ suất cao.
Vấn đề chính trong thực hiện cấu trúc điều khiển riêng là điều khiển quá
trình đảo chiều sao cho thời gian trễ là ngắn nhất mà vẫn đảm bảo an toàn
cho thiết bị ,không để xảy ra ngắn mạch .Vì vậy cần phải có bộ logic đảo
chiều thật chặt chẽ ,chính xác.
Nói chung cấu trúc điều khiển riêng yêu cầu mạch điều khiển phức tạp
hơn nhng với công nghệ tiên tiến hiện nay thì có thể thực hiện đợc.

Kết luận:

Về vấn đề chỉnh lu thì với yêu cầu của đề bài công suất ra max là Pd max
= 900 (w) ,đây là công suất nhỏ nên sơ đồ chỉnh lu cầu một pha là phù hợp
hơn cả nhng dòng mạ yêu cầu cần phải có độ ổn định cao nên sơ đồ cầu ba
pha là thích hợp hơn cả vì cầu ba pha chỉ có độ đập mạch 5,7% trong đó
cầu một pha là 67% .Khi dùng bộ lọc thì bộ lọc dùng cho cầu ba pha gọn
nhẹ hơn so với cầu một pha ,do vậy kinh tế hơn.Nếu dùng cầu một pha thì
yêu cầu bộ lọc rất lớn ,cồng kềnh.ở đây ta quan tâm đến chất lợng dòng
điện mạ và vấn đề kinh tế do vậy ta chọn sơ đồ cầu ba pha.

Về bộ biến đổi đảo chiều ta dùng cấu trúc điều khiển riêng.

14


tính chọn van mạch lực.
Van động lực đợc chọn dựa vào các yếu tố cơ bản : dòng tải , sơ đồ đã chọn ,điều kiện
tản nhiệt ,điện áp làm việc . Các thông số cơ bản của van động lực đợc xác định nh
sau:
a.Điện áp ngợc của van :
U1v = knv.U2
Với U2 = Ud /ku
U
U1v = knv. d .
ku
Trong đó :
Với knv =

Ud ,U2 , U1v là điện áp tải ,nguồn xoay chiều ,điện áp ngợc của van ;
knv ,ku các hệ số điện áp ngợc và điện áp tải
6 ,ku = 2,34.
U1v = 2,45.

9
= 9,423 (V).
2,34

Dòng điện làm việc của van :
I1v = Ihd =khd.Id
Với khd = 1/3.Ta có :

I1v = 100.1/3 = 33,33 (A).
Trong đó :
I1v ,Ihd là dòng điện làm việc và dòng điện hiệu dụng của van .
khd hệ số dòng điện hiệu dụng .
Chọn điều kiện làm việc của van là có cánh tản nhiệt với đủ diện tích tản nhiệt
,không quạt đối lu không khí .
Thông số cần có của van động lực là :
Unv = kdtU. U1v = 2.9,423 = 18,846 (V). (chọn kdtU = 2).
Iđmv = ki.I1v = 4.33,33 = 133,32 (A)
ở đây ta chọn I1v = 25%.Iđmv .
Từ các thông số trên ta chọn tiristor loại 2N2503 có các thông số định mức :
Dòng điện định mức của van Iđmv = 150 (V).
Điện áp ngợc cực đại của van Unv = 50 (A)
U = 1,4 (V).
Độ sụt áp trên van
Dòng điện rò Ir = 10 mA
Điện áp điều khiển Uđk = 3 V.
Dòng điện điều khiển Iđk = 150 mA.

tính toán thiết kế bộ lọc
15


Đối với nguồn cung cấp cho bể mạ thì yêu cầu hệ số đập mạch phải nhỏ ,ở đây ta chọn cỡ
kđmr = 0,006.
Vì hệ số đập mạch của chỉnh lu cầu ba pha là kđmv = 0,057 nên mạch lọc phải có hệ
số san bằng là :
kdmv
0,057
ksb =

=
= 9,5.
kdmr
0,006
Ud
9
Tải có điện trở tơng đơng là : Rd =
=
= 0,09
Id
100
Với giá trị tải này và hệ số san bằng kông lớn ta chọn bộ lọc điện cảm .
Ta có :
Rd
2
0,09
. k sb 1 =
. 9,52 1 = 0,451.10-3 H =
L=
mdm .1
6.2. .50
0,451 mH
* Tính kích thớc lõi thép :
Kích thớc cơ sở :
a = 2,6. 4 L.I d

2

= 2,6. 4 0,451.103.1002 = 3,79 (cm).

Lấy a = 9 cm.

b

h

c

H
a/2

a

a/2

Hình 1:Kích thớc lõi thép của cuộn lọc một chiều
Từ đó ta tính đợc :
b = 1,5.9 = 13,5 cm
c = 0,8.a = 7,2 cm
h = 3.a = 27 cm
Tiết diện lõi thép :

Sth = a. b = 121,5 cm2

Diện tích cửa sổ :
16


SCS = h. c = 194,4 cm2
Độ dài trung bình đờng sức :

lth = 2.(a + h + c) = 86,4 (cm).
Độ dài trung bình dây quấn :
ldq = 2.(a + b) + . c = 67,62 (cm).
Thể tích lõi thép :
Vth = 2.a. b(a + h + c) = 10487,6 (cm3)
*Tính điện trở dây quấn ở nhiệt độ 200C đảm bảo độ sụt áp cho phép
r20 =
Ta lấy
Thay số ta đợc :

U = / I d
[1 + 4,26.10 (Tmt + T 200 C )]
3

Tmt = 400C , T = 600C , U= = 1,2 (V) , U~ = 6 (V);

r20 = 8,95.10-3 ( )
*Số vòng dây của cuộn cảm :
w = 414.

r20 .SCS
8,95.103.194,4
= 414.
= 66,4
ldq
67,62

w = 70 vòng .
*Tính mật độ từ trờng :
100.w.I d

100.70.100
=
= 8102 A/m.
lth
86,4
*Tính cờng độ từ cảm .Chỉnh lu cầu ba pha có 6 đập mạch trong một chu kỳ điện áp lới
điện nên tần số đập mạch là fđm = 6.50 = 300 Hz,nên:
H=

U ~ .104
6.104
B=
=
= 0,0053 (T)
4.44.w. f dm .Sth
4,44.70.300.121,5
*Tính hệ số à theo H và B . Vì B > 0,005 T nên

à = 542( H )-0,75.10-6 = 112,9.10-6 (H/m).
1000
*Tính trị số điện cảm nhận đợc :
LH =

à .w2 .Sth 112,9.106.70 2.121,5
=
= 7,78.10-3 H = 7,78
100.lth
100.86,4

mH

Trị số này lớn hơn 5% giá trị yêu cầu nên chấp nhận đợc .
*Tiết diện dây quấn :
ldq .SCS
67,62.194,4
s = 0,072.
= 0,072.
= 87,26 mm2
3
r20
8,95.10

Ta lấy loại có kích thớc (kể cả lớp cách điện ) 15 ì 8 = 120 mm2.
17


*Xác định khe hở tối u :
lkk = 1,6.10-3. w.Id = 1,6.10-3. 70.100 = 11,2 mm.
Vì vậy miếng đệm sẽ có độ dày : lđệm = 0,5. lkk = 0,5.11,2 = 5,6 mm.
*Tính kích thớc cuộn dây :
Chọn lõi cuộn dây có độ dày 5mm , nên độ cao sử dụng để quấn dây :
hsd = h - 2. c = 27 -1 = 26 cm.
Với c là độ dày của bộ cốt để quấn cuộn dây
+Số vòng dây trong một lớp :
hsd
26
w =
=
= 17,33 , nh vậy một lớp quấn đợc 17 vòng.
hd
1,5

hd là độ cao của loại dây dẹt .
+Tính số lớp dây :
w
70
n=
=
= 4,1 .Vậy quấn đợc 5 lớp .
w' 17
Nếu lấy khoảng cách giữa hai lớp dây quấn (giành cho lớp cách điện ) cd là 4mm thì
độ dày của cả cuộn dây :
cd = n(d + cd) = 5.(0,8 + 0,4) = 6 cm
d là độ dày dây quấn
*Độ dày cuộn dây cd nhỏ hơn kích thớc cửa sổ c = 7,2 cm nên cuộn dây lọt cửa sổ.
*Kiểm tra chênh lệch nhiệt độ (xác định nhiệt độ tối đa của cuộn dây).
Tổn thất trong dây quấn đồng :
Pcu =

1,02.U .I d
1,02.1,2.100
=
=
3
0
1 + 4,26.10 .(T 20 C ) 1 + 4,26.10 3.( 40 20)

112,8 W.
Tổng diện tích bề mặt của cuộn dây :
Scu = 2.hsd.(a + b + . cd ) + 1,4. cd(. cd + 2.a)
= 2.26.(9 + 13,5 + 6. ) + 1,4. 6.( . 6 + 2.9)
= 2460 (cm2).

Hệ số phát nhiệt :



6

= 1,03.10

-3.

5
hsd

5
= 1,03.10 . 26
-3

6

= 0,7825.10

-3 0

w
C.cm2

Độ chênh lệch nhiệt độ :
Pcu
112,8
=

= 58,6 0C
.Scu
0,7825.103.2460
Nh vậy độ chênh lệch này có thể chấp nhận đợc .Tuy nhiên ta cũng nên làm mát cuộn
dây điện cảm bằng nớc ,dây quấn có dạng ống tuýp bằng đồng ,bên trong cho nớc làm
mát chảy qua .
T

18


tính chọn các thiết bị bảo vệ .
1. Bảo vệ quá nhiệt cho các van bán dẫn .
Khi làm việc với dòng điện chạy qua trên van có sụt áp , do đó có tốn hao công suất p
,tốn hao này sinh ra nhiệt đốt nóng van bán dẫn .
Mặt khác van bán dẫn chỉ đợc phép làm việc dới nhiệt độ cho phép T cp nào đó nếu quá
nhiệt độ cho phép thì các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng . Để cho van bán dẫn làm việc an
toàn, không bị chọc thủng về nhiệt, ta phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lý .
*Tính toán cánh tản nhiệt :
+Tổn thất công suất trên một tiristor:
P = U.I1v = 1,6.9,423 15 (W).
Diện tích bề mặt toả nhiệt :
S=

P
k m .

p : tổn hao công suất (W)
T:độ chênh lệch so với môi trờng
Tmt = 400C

Nhiệt độ làm việc cho phép Tcp=1250C
Chọn nhiệt độ trên cánh toả nhiệt
Tlv=800C
T=Tlv-Tmt =80 40 = 400C
Km :Hệ số toả nhiệt bằng đối lu và bức xạ
Chọn Km=8 (w/m2. 0C)
Vậy:
15
Sm =
= 0,047(m 2 )
8.40
Chọn loại cánh toả nhiệt có 10 cánh
Kích thớc mỗi cánh a.b=10.10(cm2)
Tổng diện tích toả nhiệt của cánh
S=10.2.10.10=2000(cm2)
2. Bảo vệ quá dòng của van :
Aptomat dùng để đóng cắt mạch động lực, tự động bảo vệ khi quá tải và ngắn mạch
Tiristo, ngắn mạch đầu ra bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp, ngắn mạch ở chế độ
nghịch lu.
Chọn một Aptomat có:
Idm = 1,1. 3 .Ild = 1,1. 3 .1,19 = 2,27 A
Trong đó Ild = I1 là dòng ở phía sơ cấp của máy biến áp.
Udm = 220 V
Có ba tiếp điểm chính, có thể đóng cắt bằng tay hoặc nam châm điện.
Chỉnh định dòng ngắn mạch :
Inm = 2,5. 3 .I1d = 2,5. 3 .1,19 = 5,15 A
Dòng quá tải :

Iqt =1,5. 3 .Ild = 1,5. 3 .1,19 = 3,1 A
19

B

A

C

MBA

1CC
R1

C1
R1

R2
2CC

R2
2CC
R2
2CC

1CC

1CC

R1

C1

C1

C2

R2

T4

T1

C2

R2

T6

T3

C2

R2

T2

T5

C2

2CC
C2

2CC
C2

2CC

3CC

3CC
Lkt

Rkt

Hình 1:Sơ đồ bảo vệ quá dòng.
Chọn cầu dao có dòng định mức :
Icddm = 1,1. 3 .Ild = 1,1. 3 .1,19 =2,27 A
Cầu dao dùng để tạo khe hở an toàn khi sửa chữa hệ truyền động.
Dùng dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Tiristo, ngắn mạch đầu ra
của bộ chỉnh lu :
Nhóm 1CC :
Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 1CC :
I1CC = 1,1.I2 =1,1.81,6 = 89,76 A
Nhóm 2CC :
Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 2CC :
I2CC = 1,1.Ihd = 1,1. khd.Id =1,1.0,58.100 = 63,8 A
20

Nhóm 3CC :
Dòng điện định mức mức dây chảy nhóm 3CC :
I3CC = 1,1.Id = 1,1.100 =110 A
Vậy chọn cầu chảy nhóm :
1CC loại 100 A
2CC loại 100 A
3CC loại 150 A
3. Bảo vệ quá áp cho van :
Quá áp gây hỏng van có hai loại :quá áp về biên độ vợt trị số cho phép của van và quá tốc
độ tăng áp thuận đặt lên van .Nguyên nhân có thể là những nguyên nhân sau :
+Quá áp từ điện lới đa tới : Do sét đánh vào đờng dây điện ,do đóng ngắt các phụ tải
chung nguồn với bộ chỉnh lu .Thực tế cho thấy với lới điện 220-380V có thể xuất hiện các quá
áp gấp 4-5 lần điện áp hoạt động của chỉnh lu.
+Quá áp do đóng ngắt các khối chức năng của bản thân bộ chỉnh lu nh:
-Đóng biến áp lực chỉnh lu có thể gây quá áp 30% đến 40% điện áp lới .
-Đóng mạch chỉnh lu sau khi đóng điện biến áp lực gây ra tốc độ tăng áp đu/dt tới 1000V/ à
s.
-Ngắt biến áp nguồn khi không tải gây quá áp đến 5 lần điện áp bình thờng .
-Ngắt tải khỏi mạch chỉnh lu sẽ sinh quá áp do ảnh hởng của các điện cảm có trong mạch
điện .
+Quá áp do hiện tợng chuyển mạch giữa các van khi làm việc .Loại này mang tính chu
kỳ ,thờng xuyên và gắn liền với sự hoạt động của mạch chỉnh lu .
-Khi van chuyển từ khoá sang dẫn sẽ có hiện tợng áp trên van đột ngột giảm từ giá trị xác
định xuống còn xấp xỉ không ,đột biến áp này sẽ truyền tới các van khác dới dạng xung áp rất
mạnh .
-Khi van chuyển từ dẫn sang khoá ,do hiện tợng di tản điện tích khỏi van rất nhanh
,dòng qua van giảm với tốc độ lớn nên cũng gây các đột biến áp khi trong mạch có điện
cảm.
Mức độ quá áp này lên đến 5-10 lần điện áp lới và đu/dt cũng tới 1000V/ à s.
*Các biện pháp bảo vệ quá áp :

a. Bảo vệ quá áp do phía nguồn xoay chiều gây ra
Có thể có nhiều biện pháp để bảo vệ quá áp do nguồn xoay chiều gây ra nh dùng :
varistor , dùng mạch chỉnh lu phụ ,dùng mạch RC, theo các sơ đồ ở dới đây.

Ua

U ba

MCL

Ua

Uc

M
C
L

Ub

Uc

21

Ub

Uc

M
C

L


Hình 2:Mạch dùng varistor

Hình 3: Mạch dùng RC

Hình 4:Mạch dùng chỉnh lu
Tuy nhiên ,hiện nay ngời ta hay dùng chủ yếu là mạch RC (Hình 3). Các thông số của
R,C có thể tính theo kinh nghiệm hoặc tính theo phơng pháp đồ thị.
Với mạch bảo vệ quá áp nh hình 3 ta chọn R = 15 ,C = 5 à F.
Mạch điều khiển
I.Mạch điều khiển thực hiện các nhiệm vụ sau:
-Phát xung diều khiển để mở van.
-Đảm bảo phạm vi điều khiển ,góc điều khiển min ữ max tơng ứng với thay đổi điện áp
ra tải .
-Cho phép bộ chỉnh lu hoạt động bình thờng với các chế độ khác nhau .
-Có chế độ đối xứng xung điều khiển tốt ,không vợt quá 10 ữ 30 điện .
-Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lới điện xoay chiều dao động giá trị
điện áp và tần số.
-Có khả năng chống nhiễu công nghiệp tốt.
-Độ tác động của mạch điều khiển nhanh,dới 1 ms.
-Thực hiện các yêu cầu bảo vệ bộ chỉnh lu từ phía điều khiển nếu cần.
-Đảm bảo xung điều khiển phát tới các van lực phù hợp để mở chắc chắn van.
II.Cấu trúc mạch điều khiển.
Có hai hệ điều khiển cơ bản là hệ đồng bộ và hệ không đồng bộ .
1.Hệ đồng bộ .
Trong hệ này góc điều khiển mở van luôn đợc xuất phát từ một thời điểm cố định
của điện áp mạch lực .Ví dị trong mạch chỉnh lu một pha điểm mốc này thờng lấy qua
điểm 0 của điện áp lực .Vì vậy trong mạch điều khiển phải có một khâu thực hiện

nhiệm vụ này gọi là khâu đồng bộ hay đồng pha để đảm bảo mạch điều khiển hoạt
động theo nhịp của điện áp lực .
2.Hệ không đồng bộ .
Trong hệ này góc không xác định theo điện áp lực mà đợc tính dựa vào trạng thái
của tải chỉnh lu và góc điều khiển của lần phát xung mở van ngay trớc đấy.Do đó mạch
22


điều khiển dạng này không cần khâu đồng bộ .Tuy nhiên để bộ chỉnh lu hoạt động
bình thờng bắt buộc phải thực hiện điều khiển theo mạch vòng kín ,không thể thực hiện
với mạch hở .
Hệ đồng bộ có nhợc điểm nhậy nhiễu lới điện vì có khâu đồng bộ liên quan đến điện
áp lực ,nhng có u điểm hoạt động ổn định và dễ thực hiện .
Ngợc lại ,hệ không đồng bộ chống nhiễu lới điện tốt hơn nhng kém ổn định .Hiện
nay đại đa số các mạch điều khiển chỉnh lu thực hiện theo hệ đồng bộ .
III.Các nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ .
Có hai nguyên tắc điều khiển sau:
1.Nguyên tắc điều khiển ngang : Sơ đồ cấu trúc nh hình 3.1a.

ĐB

DF

TX

Uđk
Hình 3.1a.

Khâu đồng bộ thờng tạo ra điện áp hình sin có góc lệch pha cố định so với điện áp
lực .Khâudịch pha DF có nhiệm vụ thay đổi góc pha của điện áp ra theo tác động của

điện áp điều khiển Uđk .Xung điều khiển đợc tạo thành ở khâu tạo xung TX vào thời
điểm khi điện áp dịch pha UDF qua điểm 0.Xung này nhờ khâu khuếch đại xung
KĐX đợc tăng đủ công suất đợc gửi tới cực điều khiển của van.Nh vậy góc điều khiển
hay thời điểm phát xung
mở van thay đổi đợc nhờ sự tác động của Uđk làm điện áp UDF di chuyển theo chiều
ngang của trục thời gian.
UĐB

t

UDF

23

KĐX


t

UTX

t
Hình 3.1b.
Đồ thị minh hoạ nguyên tắc điều khiển ngang

2.Nguyên tắc điều khiển dọc.

ĐB

Utựa

SS+TX

KĐX

Uđk
Hình 3.2a.
Sơ đồ cấu trúc
ở đây khâu UT tạo ra điện áp tựa có dạng cố định (thờng dạng răng ca,hoặc hình sin)
theo chu kỳ do nhịp đồng bộ của Uđb .Khâu so sánh SS xác định điểm cân bằng của
hai điện áp UT và Uđk để phát động khâu tạo xung TX .Nh vậy trong nguyên tắc này
thời điểm phát xung mở van hay góc điều khiển thay đổi do sự thay đổi trị số của U đk
,trên đồ thị đó là sự di
chuyển theo chiều dọc của trục biên độ .Đa số mạch điều khiển thực tế sử dụng nguyên
tắc này.

U DF
24


t

U tua

U DK

t
U TX
t

Hình 3.2b.
Đồ thị minh hoạ nguyên tắc điều khiển dọc.
3.Mạch điều khiển một kênh và nhiều kênh.
Các mạch chỉnh lu công suất thờng có số van lớn hơn 1,vì vậy ngời ta chia mạch điều
khiển thành hai loại :
a.Mạch điều khiển nhiều kênh.
Trong loại này có nhiều kênh điều khiển giống nhau về sơ đồ cấu trúc và nguyên lý
làm việc ,mỗi một kênh này phụ trách phát xung mở cho một van hoặc hai van cùng pha
của mạch lực .Loại này rất thông dụng vì độ tác động nhanh ,nhng có độ đối xứng góc điều
khiển thấp ;cùng một giá trị Uđk góc ở các kênh khác nhau ,độ sai lệch lên tới vài độ điện
.
b.Mạch điều khiển một kênh.
Mạch này chỉ có một khối xác định góc cho các van ,góc điều khiển chỉ đợc xác định
một hay hai lần trong một chu kỳ điện áp lực .Một bộ phân phối PPX đảm nhận phát xung
lần lợt đến các van bằng cách dịch xung đi một góc cần thiết.
A.Khâu đồng bộ .
-Có chức năng xác định điểm gốc để tính góc .Vì vậy điện áp đồng bộ UĐB sẽ có góc pha
gắn chặt với pha của điện áp lực .
-Ngoài ra khâu đồng bộ thờng đảm nhận việc cách ly về điện giữa điện áp cao của
mạch lực với điện áp thấp theo quy chuẩn an toàn của mạch điều khiển .

25