Thiết kế bộ nguồn mạ một chiều dựng chỉnh lưu thyristor

Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

LỜI NÓI ĐẦU
Có thể nói rằng công nghệ mạ điện là một trong những công nghệ không thể
thiếu được đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới. Công nghệ mạ đã góp phần
thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp trên Thế giới nói chung và Việt Nam
nói riêng. Do đó yêu cầu về các kiến thức Khoa học Công nghệ mạ đòi hỏi có sự
đáp ứng kịp thời và phù hợp với sự phát triển đó.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế đã dẫn đến chất lượng
cuộc sống ngày càng cao, do đó đòi hỏi sản phẩm của ngành mạ phải đáp ứng
được sự phát triến đó nghĩa là sản phẩm mạ phải đáp ứng bảo đảm về mặt kỹ thuật
cao cũng như chất lượng sản phẩm phải tốt hơn….Một trong những thành phần
quan trọng làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm của công nghệ mạ chính là
thành phần nguồn một chiều, thành phần này quyết định đến tính mỹ thuật của sản
phẩm, độ bền….Sự ra đời và phát triển của linh kiện bán dẫn công suất Điốt,
Triắc, Transitor, Tisistor cùng với việc hoàn thiện mạch điện. Đã góp phần đưa
công nghệ mạ phát triển một cách vượt bậc theo kịp các ngành khác. Với những
ưu điểm trên, trong khuôn khổ Đồ án này em xin giới thiệu về bộ nguồn một chiều
cho mạ điện với những phần thuyết minh sau:
Phần I: Giới thiệu công nghệ mạ điện:
Trong phần này giới thiệu tổng quan về công nghệ mạ điện, những yếu tố ảnh
hưởng đến chất lượng, độ dày và quá trình của công nghệ mạ…
Phần II: Giới thiệu các bộ nguồn chỉnh lưu có điều khiển và chọn phương
án tối ưu cho công nghệ mạ:
Trong phần này giới thiệu các bộ nguồn chỉnh lưu có điều khiển và ưu điểm
của từng bộ nguồn.
Phần III: Tính chọn các thiết bị cho mạch động lực và mạch điều khiển:
- Trong phần này đi sâu vào việc tính toán chính xác các thiết bị đóng cắt bảo
vệ, van bán dẫn …

- Giới thiệu các phương án điều khiển, chức năng của các khâu điều khiển,
chọn và tính toán các thông số cho mạch điều khiển.

Phần IV: Thiết lập hệ kín ổn định cho dòng mạ:
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Trong phần này chỉ thiết lập và tính chọn các thiết bị cho khâu phản hồi để ổn
định cho dòng mạ.
Trong quá trình thực hiện đồ án. Do vốn kiến thức chưa sâu, kinh nghiệm
thiết kế chưa có. Chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Rất mong được sự
giúp đỡ chỉ bảo của các Thầy, Cô. Em xin được cảm ơn các Thầy, các Cô và đặc
biệt là Thầy giáo Cao Văn Thành đã hướng dẫn tận tình để em hoàn thành đồ án
hoàn chỉnh và đúng tiến độ.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn Thiết bị
điện – Điện tử đã tạo điều kiện cho em trong quá trình thiết kế.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
2


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

PHẦN I

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN
I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN
1. MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN:
+ Mạ điện: là một quá trình điện phân, trong đó anot xảy ra quá trình oxy hoá
(hoà tan kim loại hay giải phong oxy), còn catot xảy ra quá trình khử (khử ion kim
loại từ dung dịch thành lớp kim loại bám trên vật mạ) khi có dòng điện một chiều
đi qua chất điện phân.
+ Điện thế bể mạ: phụ thuộc vào điện thế hai cực anot, catot và vào khoảng
cách giữa hai cực, vào độ dẫn điện của dung dịch mạ, vào mật độ dòng điện.
+ Cường độ dòng điện: đi vào bể mạ phụ thuộc vào điện thế của bể mạ và
điện trở tổng R của mạch.
+ Mật độ dòng điện: trên catot hay trên anot là tỷ số giữa cường độ dòng điện
I với diện tích S của nó, cũng tức là dòng điện trên một đơn vị bề mặt.
2. KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỂ MẠ:
a) Kết cấu:
5

3

n
e

n
e

4

1

Ion dương
Ion âm

2

6

Hình 1: Các thành phần chính của bể mạ điện

Mạ điện được dùng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau. Để chống ăn
mòn, phục hồi kích thước, trang sức, tăng độ cứng, phản quang và dẫn nhiệt.
Về nguyên tắc vật liệu nền có thể là kim loại, hợp kim, chất dẻo, gốm sứ hoặc
composit. Lớp mạ cũng vậy. ngoài kim loại và hợp kim còn có thể là compossit
của kim loại – chất dẻo hoặc kim loại – gốm.
Tuy nhiên chọn vật liệu nền và mạ nào? Còn phụ thuộc vào trình độ và năng lực
công nghệ, tính chất cần có ở lớp mạ và giá thành của nó. Xu hướng chung là dùng
vật liệu nền rẻ, sẵn có. Còn vật liệu mạ đắt, qúy hiếm hơn, nhưng chỉ là lớp mỏng
bên ngoài.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
3


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

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 yêu cầu mong muốn.
Tuy nhiên chỉ có những công nghệ nào thật ổn định trong thời gian dài để luôn
cho sản phẩm có tính chất như nhau mới được dùng vào quy trình sản suất.
1 - Cathode: chính là vật cần được mạ
2 - Lớp mạ
3 - Anode: có thể tan hoặc không tan.
4 - Bể chứa bằng thép: thép lót bằng cao su chịu được dung dịch mạ
5 - Nguồn điện một chiều:
6 - Dung dịch mạ: gồm có muối dẫn điện. Ion kim loại sẽ kết tủa thành lớp
mạ, chất đệm, các chất phụ gia.
b) Nguyên lý làm việc:
-

Ion kim loại M n+ trong dung dịch đến bề mặt cathode thực hiện phản ứng tổng

quát: Mn++ ne = M. Để trở thành kim loại M kết tủa lên vật mạ, Mn+ có thể coi là
ion đơn hydrat hoá.
- Anot thường là kim loại với lớp mạ, khi đó phản ứng anot chinh là sự hoà tan
nó thành ion Mn+ đi vào dung dịch
M – ne = Mn+
Nếu khống chế các điều kiện điện phân như thế nào đó để cho hiệu suất dòng
điện của hai phản ứng trên thì nồng độ ion Mn+ trong dung dịch sẽ không thay đổi.
Một số trường hợp phải dùng anot trơ (không tan). Nên ion kim loại được định kỳ
bổ sung ở dạng muối vào dung dịch, lúc đó phản ứng chính trên anot chỉ là giải
phóng oxy.
Để cho quá trình mạ được thành công phải gia công đúng kỹ thuật cho cathode,
chọn đúng vật liệu cho anot, mật độ dòng điện và các điều kiện điện phân khác.
Qua đây ta thấy rằng chỉ có những công nghệ mạ điện nào thật ổn định trong
thời gian dài để luôn cho sản phẩm có tính chất như nhau mới được dùng vào quy
mô sản xuất. Mặt khác khi có công nghệ tốt rồi phải luôn luôn duy trì đúng điều

kiện vận hành, vì mọi biến đổi về nồng độ dung dịch cũng như mật độ dòng điện
sẽ làm cho lớp mạ thay đổi và không đạt yêu cầu.
3. CÁC LOẠI LỚP MẠ:
Lớp mạ kim loại: zn,cd,sn,cu,ni,cr,pb,ag,au,pt
Lớp mạ hợp kim: cu-ni, cu-sn, pb-sn, sn-ni, ni-cr, ni-fe
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
4


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Lớp mạ composit: là lơp mạ kim loại có chứa các hạt rắn nhỏ và phân tán, như
Al2o,Wc,Sic,Cr3c2, Tio2 , Sio2,
4. CHIỀU DÀY LỚP MẠ:
100.Dc .t.c.H
=
℘
Trong đó:
 - chiều dày trung bình của lớp mạ. (µm)
Dc - mật độ dòng điện. (A/dm2)
t

- thời gian mạ (h)

c - đương lượng điện hoá kim loại mạ (g/Ah)
H - hiệu suất dòng điện.

℘ - trọng lượng riêng của kim loại mạ. (g/cm3)
5. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LỚP MẠ:
Chất lượng lớp mạ phụ thuộc đồng thời và tổng hợp vào nhiều yếu tố như: nồng
độ dung dịch các chất, các phụ gia bóng, độ pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình
dáng của vật mạ, của bể mạ, và chế độ thuỷ động của dung dịch….
Vì vậy muốn điều khiển chất lượng lớp mạ phải khống chế đồng thời cả dung
dịch mạ và cả kỹ thuật mạ nhưng quan trọng nhất vẫn là dải mật độ dòng điện
thích hợp. Trong dải đó sẽ cho chất lượng vật mạ tốt, nhẵn, bóng, độ bám chắc tốt,
cấu trúc đồng đều.
6. YÊU CẦU CỦA LỚP MẠ VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC:
Trong quá trình mạ yêu cầu quan trọng nhất của lớp mạ là phải có độ dày đồng
đều. Muốn vậy điện thế tại mọi điểm trên catot phải bằng nhau, điều này trong
thực tế khó có thể làm được đối với vật mạ có hình dạng phức tạp. Lúc ấy muốn
tăng độ đồng đều trên catot thì ta có biện pháp khắc phục sau:
Dùng anot phụ (bằng titan, titan mạ bạch kim, kim loại mạ có hình dạng đặc
biệt) đặc vào các vị trí thích hợp để tăng mật độ dòng điện cục bộ trên catot ở
những điểm có mật độ dòng điện thấp (khe, hốc, rãnh , lỗ…)
Chỗ có xu hướng mạ đắp quá dày hoặc mật độ dòng điện quá cao cần đặt thêm
catot phụ hay dặt thêm các chắn cách điện để bố trí lại đường điện đi trong dung
dịch
Những điều này phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm và sự khéo léo của người
thợ. Tuy nhiên mỗi dung dịch chỉ có thể cho lớp mạ có độ đồng đều nhất định.
Mức độ này gọi là khả năng phân bố của dung dịch mạ đó và được đo định lượng
bằng Haring Blum (Pb).
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
5


Đồ án tốt nghiệp

T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

II. THÀNH PHẦN DUNG DỊCH VÀ CHẾ ĐỘ MẠ:
Dung dịch giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ mạ, chiều dày tối đa
của vật mạ…) và chất lượng mạ. Cho nên phải dùng các loại hoá chất do các hãng
chuyên sản suất và cung cấp vật tư riêng dành cho mạ điện mới đảm bảo được yêu
cầu trên. Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp, gồm ion kim loại mạ,
chất điện ly, và các loại phụ gia nhằm đảm bảo yêu cầu, thu được lớp mạ có chất
lượng và tính chất mong muốn.
1. Chất điện ly:
Nhiều chất điện ly được đưa vào dung dịch với nồng độ cao để tăng độ dẫn
điện cho chúng. Các chất này cũng có thể kiêm thêm vai trò chất đệm, khống chế
độ pH luôn ổn định, cho dù ôxy hay hydrô thoát ra có làm thay đổi độ axít ở sát
các điện cực đi nữa. Vì nếu độ pH lớn quá hydrô oxy kim loại sẽ kết tủa, lẫn vào
lớp mạ. Điều này giải thích tại sao trong dung dịch mạ kền có chứa axitboric. Khi
dung dịch co độ pH > 2 thì hầu như hydrô rất khó thoát ra nên hiện tượng giòn
hydrô hoặc sinh tác hydrua sẽ giảm đi rất nhiều.
2. Chất tạo phức:
Dùng chất phức để làm cho điện thế kết tủa trở nên âm hơn nhằm tránh hiện
tượng xảy ra phản ứng hoá học giữa catot và ion kim loại mạ. Như trường hợp mạ
đồng lên sắt , thép.
Cu2+ + Fe ? cu + Fe2+ (4)
Phản ứng hoá học này cho lớp mạ rất xấu, vừa xốp, vừa dễ bong. Nếu cho chất
tạo phức vào để làm cho điện thế oxy hoá khử của đồng trở nên âm hơn của sắt thì
khả năng nhiệt động xảy ra phản ứng (4) không còn nữa. Phức chất cũng được
dùng để thay đổi độ nghiêng tafet của phản ứng khử kim loại. Nhằm cải thiện khả
năng phân bố cho dung dịch mạ. Chất tạo phức thông dụng nhất trong công nghệ
mạ điện là các ion Xyanua, hydrôxit và sunfamat. Chất tạo phức cũng có vai trò
làm hoà tan anot vì chúng ngăn cản được sự thụ động của anot.

3.
Phụ gia hữu cơ:
Nhiều loại chất hữu cơ được cho vào bể mạ với nồng độ tương đối thấp nhằm
làm thay đổi cấu trúc, hình thái và cấu trúc của kết tủa catot. Lựa chọn chất nào và
cách thức sử dụng ra sao, phần lớn là dựa vào kinh nghiệm. Chính chất hữu cơ này
hay sản phẩm phản ứng điện cực của chúng đã có những tác dụng nói trên. Các
chất hữu cơ thường dùng nói trên. Các chất hữu cơ thường dùng có khả năng hấp
thụ lên bề mặt catot, và có trường hợp chất hữu cơ bị giữ lại trong kết tủa, đặc biệt
là khi mạ các lớp kim loại năng lượng bề mặt lớn (điểm nóng chảy cao). Nhiều
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
6


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

chất cũng làm tăng qua thế điện kết tủa và thay đổi độ nghiêng Tafel. Điều này có
thể là do cần phải chuyển điện tử qua lớp hấp thụ hoặc do sự hình thành phức chất
lên bề mặt điện cực.
Một phụ gia có thể ảnh hưởng đến nhiều tính chất của lớp mạ nhưng dung dịch
thường dùng đồng thời nhiều phụ gia vì cần đến tác dụng tổng hợp của chúng. Các
chất phụ gia này thường được phân loại thành các loại sau:
Chất bóng: Chất bóng thường được dùng với liều lượng tương đối lớn và có thể
làm lẫn lộn vào lớp mạ khá nhiều. Chúng cho lớp mạ nhẵn, mịn và có thể làm thay
đổi quá trình tạo mầm
- Chất san bằng: các chất này cho phép mạ nhẵn, phẳng trong phạm vi khá rộng.
Nguyên nhân là do chúng hấp thụ lên các điểm có tốc độ mạ lớn và làm giảm tốc
độ ở đó xuống.

- Biến đổi cấu trúc: Các phụ gia làm biến đổi cấu trúc của lớp mạ và thậm chí
có thể ưu tiên sinh ra kiểu mạng tinh thể nào đó. Một số chất được dùng để tạo ra
chất đặc biệt cho lớp mạ, nên dược gọi là chất làm giảm ứng suất (ứng suất là do
mạng tinh thể bị xô lệch).
- Chất thấm ướt: Chất này được cho vào bể mạ để thúc đẩy các bọt khí. Nhất là
khí hydro sinh ra từ phản ứng phụ, sẽ gây ra rỗ và giòn của lớp mạ (hydro do
chúng thấm vào kim loại).
III. MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN CATOT DC:
Lúc đang mạ, thì mật độ dòng điện giữ vai trò rất quan trọng. Mật độ dòng điện
rất thấp để cho tốc độ chuyển đổi điện tử trong các phản ứng cực nhỏ. Các nguyên
tử mới hình thành có đủ thời gian gia nhập có trật tự vào mạng tinh thể, vì vậy
mạng lưới tinh thể và cấu trúc tinh thể được duy trì, không bị biến đổi.
Khi tăng mật độ dòng điện lên, tốc độ phóng điện tăng nhanh, các nguyên tử
kim loại sinh ra ồ ạt, không kịp gia nhập vào vị trí cân bằng trong mạng tinh thể.
Mặt khác do quá thế lúc đó lớn nên nhiều mầm tinh thể mới sinh ra. Do vậy mà
mạng tinh thể trở nên mất trật tự và được thể hiện ra lớp mạ có nhiều gợn sóng,
nhiều lớp. Phóng điện quá nhanh làm cho ion kim loại gần catot quá nghèo, quá
trình điện cực lâm vào tình trạng chi phối bởi sự khuếch tán, những điểm lồi, mũi
nhọn được ion kim loại chuyển đến dễ dàng hơn, đồng thời điện thế từ điểm này
đến anot lại bé hơn, nên tại đó sẽ ưu tiên phóng điện, kết quả là kết tủa sẽ sần sùi
hoặc có dạng hình nhánh cây. Nếu tiếp tục tăng mật độ dòng điện lên đến nỗi

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
7


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

khuếch tán ion hoàn toàn, không kịp cho quá trình điện cực thì kết tủa thu được sẽ
là bột kim loại.
Yêu cầu của lớp mạ là không được phép sần sùi, nhám, gợn sóng. Để lớp mạ dạt
được yêu cầu buộc phải dùng dải mật độ dòng điện tương đối thấp. Hơn nữa ở mật
độ dòng điện thấp kim loại mạ dễ bắt chước lặp lại đúng kiểu mạng lưới tinh thể
của kim loại nền. Nên cho độ gắn bám rất cao, lớp mạ nhẵn, đa tinh rất bền.
Dc/Dgh

H+ + e =1/2H2

Bột mịn lẫn oxyt và
hydroxyt

1.0
Bột (bám kém lên cực) sần, gai,
xốp
Lớp mạ đa tinh

0

Xoắn, lớp. khối (cấu trúc tinh thể
hoàn chỉnh nhất)

-E

Hình 2: Sơ đồ mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

Phần lớn đều dùng nguồn điện một chiều đã nắn phẳng để mạ và giữ dòng điện
không đổi vào catot. Dải mật độ dòng điện thích hợp cho lớp mạ tốt thường thấp

hơn mật độ dòng điện giới hạn khá nhiều. Do đó đối với một dung dịch nhất định
muốn nâng cao tốc độ mạ phải tìm cách nâng cao mật độ dòng điện giới hạn lên :
Có các cách tăng mật độ dòng điện sau :
1. Tăng nồng độ kim loại
2. Tăng nhiệt độ
3. Tăng chuyển động tương đối giữa catot và dung dịch mạ
Cách 1 và 2 không thể tăng bao nhiêu cũng được. Nồng độ không thể cao hơn
độ bão hoà được. Ngoài ra dùng nồng độ cao thì mất mát khi thao tác sẽ lớn, tốn
nhiều vật tư, hoá chất. Nhiệt độ chỉ nên đến 6070 0c. nếu quá lớn sẽ ăn mòn thiết
bị do bay hơi, do phá huỷ sẽ lớn tốn nhiều điện năng và thời gian nung nóng.
Khuấy là cách tỏ ra hiệu quả nhất.
Khuấy:
Khuấy để tăng chuyển động tương đối giữa catot và dung dịch nên được phép dùng
mật độ dòng điện Dc cao hơn, tốc độ mạ sẽ nhanh hơn, ngoài ra nó còn làm cho
bọt khí hydro dễ tách khỏi bề mặt điện cực bằng pH và nhiệt độ trong toàn khối
dung dịch cũng như tại nơi gần điện cực
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
8


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Anot:
Anot thường được làm bằng kim loại cùng loại vơí lớp mạ và chọn sử dụng
sao cho nồng độ ion kim loại trong dung dịch luôn thay đổi. Muốn vậy phải làm
sao cho hiệu suất dòng điện anot va catot phải bằng nhau trong suốt thời gian phục
vụ của anot. Trong sản suất thường phải bảo đảm cho anot không bị thụ động, anot

phải luôn dễ tan và tan đều muốn thế diện tích bề mặt anot phải lớn để mật độ dòng
anot đủ nhỏ, tức là giữ anot nằm trong vùng điện thế (hoà tan). Hoạt động anot
dạng bi, viên dẹp, khuy áo, mảnh nhỏ... luôn nạp đầy trong giỏ trơ bằng titan, cho
diện tích anot rất lớn và mật độ dòng điện anot nhỏ luôn luôn không thay đổi. Để
đáp ứng được yêu cầu này. Ngoài ra còn dùng chất tạo phức để ngăn cản sự thụ
động, ion halogen để tạo các lỗ thủng trên màn oxyt. Thụ động làm cho anot tiếp
tục được hoà tan, phải khống chế các điều kiện kỹ thuật để anot tan thành các ion
có hoá trị mong muốn. Anot phải được chế tạo sao cho khi hoà tan ít tạo thành bùn
cặn nhất, ít tạp chất nhất và khó bị rơi rã nhất, các anot được sản suất riêng cho
ngành mạ. như các viên ‘nikel carbonyl’, ’S-nikel’,’R-rounds’...cho mạ kền đáp
ứng được yêu cầu đó: diện tích bề mặt lớn, hoà tan dễ dàng ít bùn cặn.
IV. CÁC TÍNH CHẤT CỦA LỚP MẠ:
1. Tính cơ lý: điển hình là độ dẻo dai, bám chắc, độ chịu mài mòn, chịu va đập
hoặc cọ sát nhiều. Cần phải có độ cứng bề mặt cao, hệ số ma sát nhỏ, bôi
trơn tốt, khó mài mòn.
2. Tính vật lý: độ chịu nhiệt, độ dẫn và cách điện, độ phản quang.
3. Tính hoá lý: đáng lưu ý là tính hấp thụ của chúng.
4. Độ dày lớp mạ: là một chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật quan trọng. Tuỳ thuộc vào
yêu cầu mà lớp mạ dày hay mỏng.
V. CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ MẠ:
Quy trình công nghệ mạ thường gồm các bước sau:
- Chuẩn bị bề mặt trước khi mạ. (đảm bảo độ nhẵn, sạch dầu mỡ, hết gỉ và
oxit...)
- Mạ một hay nhiều lớp, đảm bảo đủ chiều dày yêu cầu, lớp mạ tốt.
- Hoàn thiện (tẩy bóng, nhuộm màu, thụ động, trung hoà, sấy khô).
- Kiểm tra chất lượng (cảm quang, chiều dày, độ gắn bám, độ lỗ).
1. Chuẩn bị bề mặt trước khi mạ:
Gia công bề mặt kim loại bằng phương pháp cơ học
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

9


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

- Mài phá: là khâu gia công cơ đầu tiên. Mục đích làm sạch gỉ, tạo mặt phẳng.
Thường dùng bánh mài, phun bi kim loại hay máy chải.
- Mài tinh: tiến hành tiếp sau khâu mài phá. Mục đích làm cho bề mặt phẳng,
nhẵn, hết vết xước. Thường dùng bánh mài, phớt mài, vật liệu mài có cỡ hạt mài
nhỏ, mịn. Có thể mài tinh một hay nhiều lần với cỡ hạt mài nhỏ dần để đạt được
yêu cầu cần thiết.
- Đánh bóng: làm cho bề mặt gia công hay lớp mạ trơ nên bong sáng, phản
quang tốt, đánh bóng thường được thực hiện trên các phớt bóng bằng da hay vải
bông.
- Quay trộn, xóc, rung: thường áp dụng cho các vật bé, mảnh và thực hiện trong
các thùng quay.
- Phun cát: phun cát lên bề mặt kim loại sẽ làm sạch hết gỉ, chất bẩn, và tạo
nhám đều cho bề mặt kim loại.
- Chải: áp dụng cho các vật có ren, nhiều khe, rãnh, lỗ sâu. Bàn chải bằng vật
liệu dây thép.
2. Mạ:
Mạ có ý nghĩa quyết định đến chất lượng sản phẩm mạ. Căn cứ vào vật liệu nền,
vào điều kiện làm việc sau này của vật mạ, vào yêu cầu thẩm mỹ và thời hạn phục
vụ của sản phẩm mà quyết định chọn chủng loại lớp mạ. Cần mạ mấy lớp, chiều
dày của mỗi lớp. Phương pháp mạ của mỗi lớp và các dung dịch mạ tương ứng.
Ta có thể phân loại các lớp mạ như sau:
- Phân loại theo chức năng.
- Phân loại theo màu sắc.

- Phân loại theo cơ chế bảo vệ.
3. Hoàn thiện:
Nhằm góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm.
-

Tẩy bóng: làm cho sản phẩm được bóng sáng hơn

Nhuộm màu: nhúng sản phẩm vào dung dịch tương ứng sẽ làm cho
sản phẩm có màu sáng trắng hoặc sáng xanh.
Thụ động: để tăng độ bền ăn mòn kim loại nền trong các lỗ thủng, lỗ
xốp được thụ động nên lớp mạ được bảo vệ tốt hơn.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
10


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

PHẦN II
GIỚI THIỆU CÁC BỘ CHỈNH LỰU CÓ ĐIỀU KHIỂN
I. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU
1. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU:
Máy phát điện một chiều nó có hiệu quả khi được sử dụng ở những nơi xa xôi,
hẻo lánh khi không có điện lưới quốc gia: như dùng để hàn, chạy các động cơ một
chiều ở những công trình xây dựng cầu đường, cống đập...xa điện lưới quốc gia,
hay chỉ thi công trong một thời gian ngắn.
Mà muốn chạy máy phát phải có động cơ Sơ cấp để kéo máy phát điện. Với

việc dùng các chổi than để kích từ nó phát sinh tia lửa điện cho nên máy phát điện
làm việc ít tin cậy và tốn kém,việc tự động hoá khó khăn, sửa chữa, vận hành bảo
quản cũng phức tạp.
Với thiết bị cồng kềnh, ồn ào, giá thành đắt...cho nên nó chỉ thích hợp cho công
việc thường xuyên duy chuyển địa điểm, không cố định và không có điện lưới
quốc gia.
2.CHỈNH LƯU DÒNG XOAY CHIỀU BẰNG CÁC LINH KIỆN BÁN
DẪN
Hiện nay hầu hết nguồn một chiều để dùng cho sản xuất, sinh hoạt được tạo ra
bằng cách chỉnh lưu xoay chiều bằng các linh kiện bán dẫn.
Nhược điểm của nó là phức tạp (chủ yếu là mạch điều khiển để mở van) và khi
vận hành nó phải có hiểu biết ở mức độ nào đó.
Nhưng nó lại có tính ưu việc hơn hẳn so với các nguồn một chiều khác là: thiết
bị gọn nhẹ, tác động nhanh, hiệu suất cao, điều chỉnh liên tục, có thể đảo chiều, dễ
tự động hoá, tạo ra dòng lớn bất kì...
So sánh ưu nhược điểm của các loại nguồn một chiều trên ta thấy việc điều
chỉnh dòng xoay chiều thành một chiều bằng các linh kiện bán dẫn là thích hợp
nhất cho tải cần có dòng lớn, liên tục và ổn định.
II. GIỚI THIỆU CÁC MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN:
Tải mạ điện thuộc loại tải R- C- E. Tuy nhiên điện trở trong của bể mạ nhỏ do
đó hằng số thời gian nạp xả tụ rất nhỏ. Nên có thể coi ảnh hưởng của tải là không
đáng kể. Sức điện động E trong bể mạ thường nhỏ nên ta cũng có thể bỏ qua. Nên
U
tải mạ điện chỉ còn điện trở.
1. Chỉnh lưu có điều khiển một pha nửa chu kỳ :
a) Sơ đồ mạch điện:

e2

T

R
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
11
Hình 3: Chỉnh lưu có điều khiển nửa chu kỳ 1 pha


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

b) Nguyên lý làm việc
Cuộn thứ thứ cấp máy biến áp sức điện động hình sin e 2. giả sử Thyrittor được
phân áp thuận ở nửa chu kỳ dương của nguồn. Nến trong thời gian nửa chu kỳ này
ta cho 1 xung điều khiển từ bộ phát xung vào cực điều khiển G thì Thyristor sẽ
thông vì thõa mãn điều kiện phân áp thuận và có xung điều khiển.
Khi Thyristor thông thì điện áp sẽ đặt lên tải như hình và dòng điện tải đó là 1
dòng điện gián đoạn .
Khi sức điện động ở nửa chu kỳ dương giảm về 0 thì được duy trì suốt nửa
chu kỳ âm vì Thyrristor bị phân áp ngược. Tới nửa chu kỳ dương, Thyristor lại
thông khi có xung điều khiển. Góc mở α kể từ thời điểm bắt đầu của nửa chu kỳ
dương đến thời điểm phát xung
2. Chỉnh lưu có điều khiển một pha hai nửa chu kỳ
a) Sơ đồ mạch điện:
A

e2

U1

T1
R

F

E

T2
B

Hình 4a: Dạng sóng ra của chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
12


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

U

UAF

o α

Π

2Π

α2

α3

3
Π

α4

4
Π

t

1

I

UT1

id

t

o
iT
o

1

iT

o

2

t
t

Hình 4b: Giản đồ điện áp 1 pha hai nửa chu kỳ

b) Nguyên lý hoạt động:
Với hình vẽ trên thì nó tương ứng với tải thuần trở. Trong khoảng từ 0÷Π thì
điện áp UAF>0, UBF<0 lúc này ta phát xung mở T1 và T1 dẫn dòng từ khi phát xung
mở α1 đến Π, tại Π T1 bắt đầu chuyển trạng thái từ mở sang khóa và lúc này điện
áp UAF<0, UBF>0 ta phát xung mở T2 và T2 dẫn dòng từ α2 cho đến 2Π và chu kì
sau lai tiếp tục lập lại.
Điện áp trung bình trên tải, khi tải thuần trở dòng điện gián đoạn được tính:
Ud =

Với:

U do (1 + cos α )
2

- Udo là điện áp chỉnh lưu khi không điều khiển và bằng Udo= 0,9U2
- α góc mở của Tiristor.

Khi tải điện cảm lớn dòng điện liên tục hơn, điện áp tải liên tục hơn, lúc này
điện áp một chiều được tính:
U d = U do cos α

Trong các loai Sơ đồ chỉnh lưu thì Sơ đồ này có điện áp ngược của van phải
chịu là lớn nhất:
U nv = 2 2U 2
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
13


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Mỗi van dẫn thông trong một nửa cu kỳ do vậy dòng điện mà van bán dẫn
phải chịu tối đa bằng I/2 dòng điện tải, trị hiệu dụng dòng chạy qua van: Ihd=0,71Id.
So với chỉnh lưu nửa chu kỳ thì loại chỉnh lưu này có chất lượng điệ áp tốt
hơn dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Đối với
Sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển thì Sơ đồ này tương đối đơn giản. Tuy nhiên việc
chế tạo máy biến áp với hai cuộn dây thứ cấp có các thông số giống hệt nhau hơi
khó khăn và hiệu suất sử dụng máy biến áp xấu, cho nên Sơ đồ này ít dùng trong
thực tế
3. Chỉnh lưu điều khiển cầu một pha:
a) Chỉnh lưu điều khiển đối xứng:

T1

F

T2

A

T4

B

T3

E

Zd
+

u

Ud
o α
1

Π

α2

2Π

α3

3Π

α4

t
4Π

i1-3
o
i 2-4
o

t

t

Hình 5: Dạng sóng điện áp và dòng của chỉnh lưu cầu 1 pha
điều khiển đối xứng, tải R-L

Nguyên lý hoạt động :
Trong nửa bán chu kì đầu điện áp anod của Tiristor T 1 dương, lúc này điện
áp catod của T1 âm, ta phát xung mở hai Tiristor T 1 và T2 đồng thời, thì các van
này sẽ được mở thông, T1 và T2 dẫn dòng từ α1÷Π nhưng vì tải có tính cảm nên hai

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
14


Đồ án tốt nghiệp

T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

van này vẫn dẫn dòng cho đến khi cuộn dây xả hết năng lượng thì hai Tiristor này
bắt đầu chuyển trạng thái từ mở sang khóa.
Đến nửa bán chu kì sau điện áp đổi dấu anod của T 3 dương, catod của T4
mang dấu âm, ta phát xung mở cả hai van này thì các van này sẽ được mở thông để
đặt điện áp một chiều lên tải có chiều cùng với nửa bán chu kì trước.
Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp ra hoàn toàn giống như chỉnh
lưu cả chu kì với biến áp có trung tính.
Dòng điện chạy qua van giống như: Ihd = 0,7.Id
Nhưng điện áp ngựơc của van phải chịu nhỏ hơn: Unv = 2 U2
b) Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng:
U1

U1

D2
U2

D1

a)

o
i
o
i
o

D1
R

Π

U

2Π
α2

α1

3Π
α3

o
id
o

t

Id
t

IT1
IT2

t
t

ID1
ID2

D2
L

b)

-

Ud

d

o
i
oi

T2

T1

U2

α1

+

o
i

T2

L

R

U

T1

t
t

i
i
i
i

o
o
o

o

Ud
Π

α1

2Π

α2

α3

IT1
IT2
ID1

3Π

Id

t
t
t
t
t

ID2

t

Hình 6: Dạng sóng ra của chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển không đối xứng

Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng có thể thực hiện bằng hai
phương án khác nhau, mỗi Sơ đồ gồm có hai Tiristor và hai Diod, mỗi lần cấp
xung điều khiển chỉ cần một xung, điện áp một chiều trên tải có hình dạng và trị số
giống nhau, đường cong điện áp tải chỉ có phần điện áp dương, Sơ đồ không làm

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
15


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

việc với tải có nghịch lưu trả năng lượng về lưới. Sự khác nhau của hai Sơ đồ chỉ
khác nhau được thể hiện rõ rệt khi làm việc với tải có điện cảm lớn, lúc này dòng
điện chạy qua các van điều khiển và không điều khiển sẽ khác nhau.
Trên hình a khi điện áp anod T1 dương và catod D1 âm sẽ có dòng điện tải
chạy qua T1 và D1 đến khi điện áp đổi dấu (với anod T2 dương) mà chưa có xung
mở T2, năng lượng của cuộn dây tải L được xả qua D 2. Như vậy việc chuyển mạch
của các van không điều khiển D1, D2 xảy ra khi điện áp bắt đầu đổi dấu. T1 sẽ bị
khóa khi có xung mở T2, kết quả là chuyển mạch của các van có điều khiển đựơc
thực hiện bằng việc mở van kế tiếp. Ta thấy rằng các van bán dẫn được dẫn thông
trong một nửa chu kì (các diod dẫn từ đầu đến cuối chu kì điện áp âm catod, còn
các Tiristor được dẫn thông tại thời điểm có xung mở và bị khóa bởi việc mở
Tiristor tiếp theo ở chu kì kế tiếp).
Trị số của dòng điện trung bình chạy qua van:
Itb = (1/2).Id
Dòng hiệu dụng của van:
Ihd =0,71.Id
Theo Sơ đồ ta thấy khoảng dẫn dòng của Tiristor ngắn hơn khoảng dẫn của
diod vì các Tiristor sẽ khóa khi điện áp đổi dấu còn Diod vẫn dẫn do cuộn dây xả
năng lượng.
Nhìn chung các loại chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp tương
đương như chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính, chất lượng điện áp một

chiều như nhau, dòng điện làm việc của van bằng nhau nên việc ứng dụng của
chúng tương đương nhau. Nhưng điện áp ngược của van trong chỉnh lưu cầu một
pha có điện áp ngược nhỏ hơn, biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất cao hơn. Thế
nhưng chỉnh lưu cầu một pha có số lượng van nhiều gấp hai lần, làm giá thành cao
hơn, sụt áp trên van gấp hai lần, chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng thì việc điều
khiển phức tạp hơn do có số van nhiều hơn.
Các Sơ đồ chỉnh lưu một pha cho ta điện áp với chất lượng chưa cao, biên
độ đập mạch điện áp lớn, thành phần sóng hài bậc cao lớn điều này không đáp ứng
với tải đòi hỏi chất lượng điện áp tốt. Muốn vậy ta phải sử dụng các Sơ đồ có số
pha nhiều hơn.
4. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
16


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

a) Sơ đồ mạch điện:
U2a

T1

U2b

T2

U2c

T3

R

L

Trong Sơ đồ này ta giả sử tải mang tính cảm kháng. Ta nối dây máy biến áp
theo hình sao, trên mỗi pha ta nối một Tiristor 3 catod đấu chung cho ta điện áp
dương cho tải, còn dây trung tính sẽ có điện áp âm. Tại mổi thời điểm chỉ có điện
áp của một pha dương hơn hai pha kia, cho nên tại mổi thời điểm chỉ có một
Tiristor dẫn dòng.
b) Nguyên lý hoạt động của Sơ đồ:
Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van ở đây là khi adod của van nào
dương hơn thì van đó được kích mở.
Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của
các van bán dẫn. Các Tiristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời
điểm góc thông tự nhiên (như vậy chỉnh lưu ba pha góc mở nhỏ nhất α=o0 sẽ dịch
pha so với điện áp pha một góc là 30o).
Theo hình vẽ trên thì điện áp tải liên tục hơn như vậy mổi van dẫn thông
trong 1/3 chu kì, nếu điện áp tải gián đọan thì thời gian dẫn thông của các van sẽ
nhỏ hơn, tuy nhiên trong cả hai trường hợp thì dòng điện trung bình của các van
đều bằng 1/3.Id.
Điện áp của van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có van khóa với pha có
van đang dẫn, ví dụ như trong khoảng α1÷α2 T1 đang dẫn T3 đang khóa cho nên T3
phải chịu áp dây UCA.
Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc
vào góc mở của Tiristor. Nếu góc mở của Tiristor nhỏ hơn 30 0 các đường cong Ud,
Id liên tục, khi góc mở lớn hơn 300 điện áp và dòng điện tải gián đoạn.

Trị số điện áp trung bình của tải sẽ được tính: U dα = U d 0 cos α
ứng với điện áp tải liên tục.
Khi điện áp tải gián đoạn (tải gián đoạn và góc mở lớn) điện áp tải được tính:

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
17


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Ud =

Udo 
π

1
+
sin
−
α

÷

3
 3 

Trong đó: Udo=1,17U2f - điện áp chỉnh lưu tia ba pha khi van là diod.

U2f –điện áp pha thứ cấp máy biến áp.

0

Π/3

id

α1

UC

UB

UA

u

2Π/3

α3

Πα

2

Ud
2Π

α4

α5

t

Id

0

iT1
iT2

t

IT1
t

0

IT2
t

iT3 0

IT3
t

0

Hình 7: Dạng sóng ra của chỉnh lưu tía 3 pha điều khiển

c) Đặc điểm của chỉnh lưu tia ba pha:
So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp tốt
hơn, biên độ điện áp đập mạch thấp hơn, thành phần sóng hài bậc cao bé hơn, việc
điều khiển các van bán dẫn trong trường hợp này cũng tương đối đơn giản. Với
việc dòng điện mỗi dây thứ cấp là dòng một chiều nhờ có điện áp ba pha ba trụ
mà từ thông lõi thép máy biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho
công suất biến áp phải lớn, khi chế tạo máy biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp
phải được đấu sao với dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì theo Sơ đồ trên thì
dây trung tính phải chịu dòng tải.
5. Chỉnh lưu cầu ba pha :
a). Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng:
* Sơ đồ mạch điện:
T1
A

Ua2

B

Ub2

C

Uc2

T3

T5
Ud

R
L

T4
T6
T2
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
18


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Có thể coi như hai Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha mắc ngược chiều nhau, ba
Tiristor T1,T3,T5 tạo thành tia ba pha cho điện áp dương tức nó là nhóm anod, còn
T2,T4,T6 là một chỉnh lưu tia cho ta điện áp âm tạo thành nhóm catod.
* Nguyên lý hoạt động của Sơ đồ:
Theo hoạt động của chỉnh lưu 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 mổi thời điểm cần mở
Tiristor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod,
một xung ở nhóm catod). Ví dụ ta cấp xung mở Tiristor T 1 của pha A phía anod là
α1 đồng thời tại đó ta cũng cấp xung α4 cho T4 của pha B phía catod các thời điểm
tiếp theo cũng tương tự và thứ tự cấp xung điều khiển cũng tuân theo đúng thứ tự
pha.
Khi góc mở van nhỏ hay tải có điện cảm lớn, trong mổi khoảng dẫn của một
van của nhóm này (anod hay catod) thì sẽ có hai van của nhóm kia đổi chổ cho
nhau. Điều này có thể thấy rõ trong khoảng α1÷α3, T1 nhóm anod dẫn nhưng trong

nhóm catod T4 dẫn trong khoảng α1÷α2 còn T6 dẫn tiếp trong khoảng α2÷α3.
Điện áp ngược các van phải chịu ở chỉnh lưu cầu ba pha bằng 0 khi van dẫn và
bằng điện áp dây khi van khóa.
Khi điện áp tải liên tục trị số điện áp tải được tính theo công thức:
U d = U do cos α

Khi góc mở Tiristor lớn hơn góc α > 600 và thành phần điện cảm của tải quá
nhỏ thì điện áp tải sẽ bị gián đoạn. Trong các trường hợp này dòng điện chạy từ
pha này về pha kia là do các van bán dẫn có phân cực thuận theo điện áp dây đặt
lên chúng, cho tới khi điện áp đổi dấu các van bán dẫn bị phân cực thuận và sẽ tự
khóa.




 Π 
−α÷
 6  

U d = U do 1 + sin 


L=

Ψ
khiα >Π/3
i

* Đặc điểm của Sơ đồ:
Sự phức tạp của chỉnh lưu cầu ba pha diều khiển đối xứng là phải đồng thời

mở hai van theo dúng thứ tự pha, do đó gây khó khăn trong việc chế tạo sửa chữa.
Để đơn giãn hơn người ta dùng chỉnh lưu cầu điều khiển không đối xứng.

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
19


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

b) Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng:
* Sơ đồ nối dây:
U

T3

T1
A

Ua2

Uf

B
0

U

Ud

Ub2

C

α1

T5

α2

Π

α3

α5

α4

Uc2

2Π

α6

α7

T4

T6

α8

3Π

R
L

t

T2

Ud

t
i

t

i

IT3

t

i

IT5

i

IT2
IT4

i

t
t
t

IT6

t

U

t

Unv
Hình 9: Dạng sóng ra của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng

Loại chỉnh lưu này được cấu tạo từ một nhóm
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
20


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

(anod hay catod) điều khiển và một nhóm không điều khiển như ttrên hình vẽ.
* Nguyên lý hoạt động của Sơ đồ:
Các Tiristor được dẫn thông từ thời điểm có xung mở cho đến khi mở Tiristor
của pha kế tiếp. Trong trường hợp điện áp tải gián đoạn Tiristor được dẫn từ thời
điểm có xung mở đến khi điện áp đổi dấu. Các diod tự động dẫn thông khi điện áp
đặt lên nó thuận chiều.
Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải
liên tục khi góc mở van bán dẫn nhỏ hơn 60 0, hay khi góc mở tăng lên và thành
phần điện cảm của tải nhỏ thì điện áp của tải sẽ bị gián đoạn.
Khi điện áp tải liên tục: U d = U do cos α
Theo dạng sóng điện áp tải ở trên trị số điện áp trung bình trên tải bằng 0
khi góc mở đạt tới 1800. Điện áp trung bình trên tải là tổng của hai điện áp chỉnh
lưu tia ba pha.
Việc kích mở các van điều khiển của chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
dễ dàng hơn, nhưng các sóng điều hòa bậc cao của tải và của nguồn lớn.
Utb =

3 3
U f max ( 1 + cos a )
2

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
21


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
U
Uf
α1

0

U

Π

α2

2Π

α3

3Π

α4

4Π

t

α5

Ud

t

0

i

IT1

t

0

i

IT3

t

0

i
i

IT5

0
0

i

D1

D2
D3

0

t
t

0

i

t

t

Hình 10: Dạng sóng ra của chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển không đối xứng

* Nhận xét:
So với chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng thì trong Sơ đồ này việc điều
khiển các van bán dẫn được thực hiện dễ dàng hơn. Ta có thể coi mạch điều khiển
của bộ chỉnh lưu này như một chỉnh lưu tia ba pha.
Chỉnh lưu cầu ba pha hiện nay là Sơ đồ có chất lượng điện áp tốt nhất, hiệu
suất sử dụng biến áp tốt nhất. Tuy vậy nó cũng là Sơ đồ phức tạp nhất.
6. Chỉnh lưu tia sáu pha có cuộn kháng cân bằng.
* Sơ đồ nối dây:
Sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha được cấu tạo bởi sáu van bán dẫn nối tới máy
biến áp ba pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn giống
nhau và ngược nhau. Điện áp các pha dịch nhau một góc là 60 o. Máy biến áp có
cấu tạo Y/Y hoặc ∆/Y

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
22


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Ở đây ta có hai hệ thống điện áp thứ cấp a,b,c và a’, b’, c’ có số vòng như nhau
nhưng có cực tính ngược nhau. Như vậy điện áp tất cả *
T
a
sáu pha tạo thành hệ thống điện áp sáu pha như Sơ đồ
*
1

vectơ sau:
Tuy nhiên các cuộn dây thứ cấp máy biến áp có hai
điểm trung tính riêng biệt P cho a, b, c, và Q cho a,, b,,

*
*

,

c P và Q được nối với nhau qua cuộn kháng cân bằng
Lcb.
* Nguyên lý hoạt động:
Cuộn kháng cân bằng có cấu tạo như một máy biến áp

tự ngẫu, với mạch hình chữ O và hai nửa cuộn dây thể
hiện như hình vẽ, dòng Id sẽ được chia làm đôi và cuộn
kháng sẽ ở chế độ cân bằng sức từ động như một máy
biến áp.

b

T2

c

T3

P

Id2

R
a

*

b*
c*

*

M
T4
T5

*
*

Id1
Q

T6

Các Tiristor sẽ chia làm hai nhóm, mổi nhóm sẽ làm việc độc lập như Sơ đồ
tia ba pha:
a

P

Id1

c,

b,

M

60o

c

b

Q

a,

Id1

Nhóm thứ nhất gồm: T1, T3 ,T5.
Nhóm thứ hai gồm: T2, T4, T6.
Cuộn kháng cân bằng có tác dụng hấp thụ điện áp của Ud1, Ud2.
Tại bất kì thời điểm nào cung có hai Tiristor mọt của nhóm thứ nhất và một
của nhóm thứ hai. Góc dẫn dòng của mổi Tiristor là α = 2Π/3.
Hiệu của Ud1 và Ud2 là một số khác 0, do đó nếu không có cuộn kháng cân
bằng thì sẽ có dòng điện tuần hoàn chảy từ nhóm này sang nhóm kia.
Dòng Id1 và Id2 chảy trong các nửa cuộn kháng theo chiều ngược nhau, sinh
ra suất điện động tự cảm e1 và e2 tương ứng.
P

e1

M

Q

e2

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
23


Đồ án tốt nghiệp

T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Ta có thể viết phương trình sau:
ud1 + e1 = ud.
ud2 + e2 = ud.
d
( ψ 11 +ψ 12 )
dt
d
e2 = − ( ψ 22 + ψ 21 )
dt
e1 = −

Trong đó: Ψ11, Ψ22 từ thông móc vòng do id1, id2 tương ứng sinh ra.
Ψ12, Ψ21 từ thông móc vòng do id2, id1 tương ứng sinh ra.
Ta có: L =

Ψ
và có xét chiều dòng id1 ngược với id2 nên ta có thể viết:
i

⇒∆U dn = 0, 0002.1000 =0,2 ( V )
e2 = − L'

did 2
di
+ L' d 1
dt
dt

Trong đó L’= Ld/2. Như vậy ta có: e2 = - e1
Từ các phương trình trên ta
ud =

ud 1 +ud 2
2

Trị trung bình điện áp tải:
Ud = U d1 =

3 6U2
2Π

Trị hiệu dụng dòng chảy trong mỗi Tiristor:
IT =

Id
6

Trị hệu dụng chảy dòng chảy trong cuộn Sơ cấp máy biến áp:
I2 =

Id
2 3

Công suất phía thứ cấp máy biến áp:
S2 = 6U 2 I 2 = 1, 48Pd

Công suất phía Sơ cấp máy biến áp:

S1 = 3U1I1 = 1, 05Pd

Công suất máy biến áp:
S=

S1 + S2
= 1,26 Pd
2

Trị trung bình dòng điện chạy trong cuộn kháng bằng Id/2.
Công suất cuộn kháng cân bằng:
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
24


Đồ án tốt nghiệp
T.kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Scb = 0, 057Pd

ứng với trường hợp góc điều khiển α # 0 thì trị trung điện áp tải là:
Ud =

U

Ud 1 + Ud 2 3 6U2
=
cos α

2
2Π

B*

A

C*

B

A*

C

α=60

t

0

i

Id(l=0)

t

0

Id(l=∞)

i

t

0
i

IT1

t

0
IT2

i

t

0
IT3

i
0
IT4

i
0
i

IT5

0
i

t
t
t

IT6

0

t

Hình 11: Dạng sóng điện áp và dòng tải của chỉnh lưu tia sáu pha

* Nhận xét:

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
–Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
25