Thiết kế nguồn mạ một chiều

§å ¸n ®iÖn tö c«ng suÊt ThiÕt kÕ nguån m¹ mét chiÒu




§Ò tµi : ThiÕt kÕ nguån m¹ mét chiÒu cã c¸c tham sè sau


Ph¬ng ¸n 2
+ §iÖn ¸p ra : 6 – 12 (V)
+ Dßng t¶i max : 1500 (A)
+ §¶o chiÒu : kh«ng
Nguån m¹ lµm viÖc theo nguyªn t¾c gi÷ dßng ®iÖn kh«ng ®æi trong suèt qu¸
tr×nh m¹. M¹ch cã kh©u b¶o vÖ ng¾n m¹ch.
Nhãm 4 Líp T§H1 K45 – –
1
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
Lời nói đầu


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 Đỗ Trọng Tín 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 3 tháng 2 năm 2004
Sinh viên :
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
2
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

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.
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
3
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
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 tronh 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 :

+
+
=
=

2
2
2
2
CueCu
NieNi
Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân và đI đến catốt. Phản ứng
điện hóa ở anốt là phản ứng oxi hóa.
Anốt không hòa tan dùng trong trờng hợp mạ Crôm. Khi điện phân ở bề mặt
anốt không hoà tan cũng diễn ra quá trình oxi hóa

ClOHOH ,,
2


+=
=


22
2
244
22
OOHeOH
CleCl
Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thờng chính là
2
O
hay
2

Cl
.
3. Catốt : là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều. Trong mạ
điện catốt là vật mạ. Trên bề mặt vật mạ luôn diễn ra phản ứng khử các ion kim loại
mạ. Ví dụ nh :
Mạ niken :
=+
+
NieNi 2
2
Mạ kẽm
=+
+
ZneZn 2
2
Đồng thời với iôn kim loại bị khử,
+
OH
3
cũng bị khử giải phóng ra khí
2
H

theo phản ứng :
OHHeoH
223
22
+=+
+
Khí

2
H
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
2
H
khi
gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây ra sự rạn nứt, giòn kim loại) .Ngời ta gọi hiện t-
ợng này là hiện tợng giòn kim loại .
Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loạ nền đồng thời cho lớp mạ đồng
đều, 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.
Catố 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
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
4
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
+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
C
.
7055

, mạ vàng
C
.
7060

. 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

2
4
)(CNZn
hoặc

2
3
)(CNZn
tốt hơn lớp mạ thu đợc từ dung dịch muối
4
CuSO
.
5. Bể điện phân : làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt. Thành và
mặt trong của bể thờng đợc lót bằng chất dẻo có độ bền hóa học, bền nhiệt. Lớp
chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nớc không thấm qua đợc. Mặt ngoài sơn nhiều lớp
chống gỉ. Bể mạ thờng có dạng hình chữ nhật, điều này giúp cho lớp mạ đợc phân
bố đều hơn bể có hình dạng khác. Có nhiều bể mạ 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 mạ.
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
5
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

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 : Tong 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.

Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
6
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ 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
0
=

.
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
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
7
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
a.Khi tải thuần trở R :
Với

sin2
22
Uu
=
_ Khi

=
: cho xung điều khiển mở T1, T2 và
2
UU
d
=
, hai tiristor sẽ
khoá khi
0
2
=
u
_khi

+=
, cho xung điều khiển mở T3, T4 và
2
UU
d
=
Dòng qua tải là dòng gián đoạn.
Giá tri trung bình của điện áp tải :
)cos1(
2
.sin2
1
2
2


+

=

=


U
dUU
d
Giá trị trung bình dòng tải :
R
U
I

d
d
=
Giá trị trung bình dòng qua tiristor :

22
.sin
2
2
1
2 dd
T
I
R
U
d
R
U
I
==

=




Dạng sóng cơ bản :
b. Tải R+L
- Khi L đủ lớn thì dòng điện
d

i
sẽ là dòng liên tục.
- Phơng trình mạch tải :
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
8
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều




d
d
XRidU
d
i
d
+=
.sin2
2




+

=

++
d
I

dd
di
X
di
R
dU





.sin2
1
2



cos
22
2

=
U
U
d
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

quia 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 :
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
9
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

G
F
T5
T6
T4
u2c
u2a
u2b
R
L
T1
T2
T3
Sơ đồ cầu ba pha đối xứng gồm 6 tiristor, chia làm hai nhóm :
- nhóm catốt chung T1, T3, T5
- nhòm anốt chung T2, T4, T6
Điện áp các pha :


sin2
2
UU

a
=

)
3
2
sin(2
2

=

UU
b

)
3
4
sin(2
2

=

UU
c


b)Hoạt động của sơ đồ :
Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua
bGcF
VVVV

==
,
+ Khi

+

==
6
2
cho xung điều khiển mơ T1. Tiristor này mở vì
0
>
a
U
. Sự
mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì
ca
UU
>
. Lúc này T6 và T1
cho dòng đi qua. Điện áp ra trên tải :
baabd
UUUU
==
+ Khi

+

==
6

3
2
cho xung điều khiển mở T2. Tiristor này mởvì T6 dẫn
dòng, nó đặt
b
U
lên catốt T2 mà
cb
UU
>
. Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại một
cách tự nhiên vì
cb
UU
>
.
Các xung điều khiển lệch nhau
3

đợc lần lợt đa đến các cực điều khiển của
các thyristỏ theo thứ tự 1, 2, 3,4, 5, 6, 1, ..Trong mỗi nhóm, khi 1 tiristor mở thì
nó sẽ khoá ngay thyritor trớc nó, nh trong bảng sau :

Thời điểm Mở Khoá

1
= /6 +

2
= 3/6 +

3
= 5/6 +

4
= 7/6 +

5
= 9/6 +

6
= 11/6 +
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T5
T6
T1
T2
T3
T4

Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
10
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
Dạng sóng cơ bản
Đờng bao phía trên biẻu diễn điện thế điểm F

Đờng bao phía dới biểu diễn điện thế điểm G
Điện áp trên mạch tải :
GFd
UUU
=
là khoảng cách thẳng đứng giữa hai đ-
ờng bao




cos
63
.sin2
2
6
2
6
5
6
2

=

=

+

+

U
dUU
d


Giá trị điện áp ngợc lớn nhất trên mỗi van :
22max
45,26 UUU
ng
==
Dòng điện trung bình chạy qua van
3
d
T
I
I
==

Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
11
d
u
1
T
i

2
T
i
3

T
i
6
T
i
5
T
i
4
T
i
d
i
d
I
0
0
0
0
0
0
0
0

Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
c)Ưu nhợc điểm của sơ đồ :
+ u điểm :
- số xung áp chỉnh lu trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của điện
áp chỉnh lu thấp, chất lợng điện áp cao.
- không làm lệch pha lới điện.
+ Nhợc điểm
- sử dung số van lớn, giá thành thiết bị cao
- sơ đồ này chỉ dung cho tải công suất lớn, dung tải nhỏ và điện áp
chỉnh lu đòi hỏi độ bằng phẳng.
Do dòng tải dùng trong mạ điện có tụi số lớn, nên không áp dụng đợc phơng
pháp này, vì các van không chịu đợc dòng tải lớn.
Phơng án 3 : Chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân bằng
a.Sơ đồ nguyên lý

Sơ đồ chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân bằng, đợc biểu diễn nh trên sơ đồ, bao
gồm máy biến áp động lực, có cuộn kháng cân bằng
cb
C
, 6 tiristor chia làm hai
nhóm T1,T3,T5 và T2,T4,T6 .
Máy biến áp có hai hệ thống thứ cấp a,b,c và a,b,c. Các cuộn dây trên mỗi
pha a và a; bvà b;c và c có số vòng nh nhau nhng có cực tính ngợc nhau. Hệ
thống dây cuốn thứ cấp máy biến áp có điểm trung tính riêng biệt P và Q. P, Q đợc
nối với nhau qua cuộn kháng cân bằng.
Cuộn kháng cân bằng có cấu tạo nh máy biến áp tự ngẫu. Điện áp chỉnh lu
trung bình trong sơ đồ có giá trị nh trung bình cộng của điện áp đầu ra của hai
chỉnh lu tia 3 pha, nghĩa là :

Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
12
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

2
2
17,1
2
63
U
U
U
d
=

=

Do tác dụng của cuộn kháng cân bằng có thể coi dòng tải là phẳng hoàn toàn.
Nh vậy trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp :
d
d
I
I
I 29,0
32
2
==
Dòng trung bình qua van :
6
d

v
I
I =
Dạng sóng cơ bản :
Dạng điện áp chỉnh lu U
d
và điện áp trên cuộn kháng cân bằng
c)u nhợc điểm của sơ đồ :
_ u điểm :
+ Dòng điện áp ra có độ bằng phẳng cao, có độ đập mạch lớn
+ Dòng trung bình qua van nhỏ bằng 1/6 dòng qua tải.
_ Nhợc điểm :
+ Số van sủ dụng lớn giá thành cao
+ Máy biến áp phức tạp có số cuộn thứ cấp nhiều.
** Dòng điện mạ khá lớn, căn cứ vào u nhợc điểm của phơng án này, ta thấy dòng
qua van nhỏ trung bình bằng 1/6 dòng qua tải. Vì vậy ta chọn bộ biến đổi dùng làm
nguồn mạ là chỉnh lu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng.

Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
13
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

Chơng III : TíNH CHọN MạCH LựC
Qua phân tích ở trên ta chọn phơng án chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân
bằng để xây dựng nguồn mạ. Nhng phơng án này có nhợc điểm là khi dòng tải nhỏ
thì cách chọn van khó và chỉ ứng dụng cho điện áp thấp, dòng tải lớn và bắt buộc
phải có cuộn kháng cân bằng.
Chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân bằng có 2 cách điều chỉnh:
+ Điều chỉnh sơ cấp
+ Điều chỉnh thứ cấp

Sau đây ta xét từng phơng án điều chỉnh
1> Điều chỉnh sơ cấp :
Sơ đồ :
Sơ đồ gồm : - 3 tiristor
- 6 điốt không điều khiển
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
14
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều

Khi cần điều chỉnh điện áp ra trên tải, ta sẽ điều chỉnh bộ biến đổi bằng cách
thay đổi góc mở của các tiristor T1, T2, T3. Khi qua các van T1, T2, T3 điện áp
sơ cấp bị gián đoạn không còn dạng sin nữa. Vì vậy khi cảm ứng sang thứ cấp
điện áp có dạng bậc thang. Nh vậy khi muốn điều chỉnh điện áp ra trên tải ta
phải điều chỉnh gián tiếp. Điện áp ra tải chất lợng thấp. Mặt khác tuy chọn van
dễ nhng lại tốn van.
Vì vậy phơng án này không khả thi.
2> Điều chỉnh thứ cấp :

Sơ đồ gồm 6 tiristor đợc bố trí nh hình vẽ
Khi muốn điều chỉnh dòng tải chỉ cần tác động xung điều khiển vào các
tiristor ở cuộn thứ cấp. Khi góc điều khiển

tăng lên, biên độ điện áp cân bằng
tang lên đáng kể. Giá trị điện áp trên cuộn kháng lớn nhất khi
0
90
=

. Phơng án
này đã khắc phục đợc những nhợc điểm của điều chỉnh sơ cấp.

Cuối cùng, chọn phơng án điều chỉnh 6 pha cuộn kháng cân bằng điều chỉnh
thứ cấp.
Sơ đồ nguyên lý mạch lực nguồn mạ một chiều nh sau :
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
15
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
Sơ đồ gồm :
+ 6 tiristor
+ Điện trở sum loại 2000A 60mV
+ Bảo vệ van RC
+ Cuộn kháng cân bằng PQ
I>Tính toán máy biến áp lực
Từ sơ đồ mạch lực với các thông số ta tính toán máy biến áp lực :
1. Các thông số cơ bản của MBA
Công suất một chiều trên tải :
ddod
IUP .
=
Với

+=
dddo
UUU

vanckbad
UUUU
++=

Máy bién áp có công suất vàI chục kVA thuộc loại máy biến áp nhỏ nên :

ddba
UU %4
=

dck
UU %5,1
=

VU
vaa
2
=
Điện áp rơI trên mỗi van là 1 V
Vậy :
)(66,2266,02%)5,1%4( VUU
dd
=+=++=


Suy ra :
)(66,1466,212 VUUU
dddo
=+=+=

Chọn
)(15 VU
do
=
Công suất hiệu dụng của máy biến áp :

)(1,281500.15.26,126,1.26,1 KVAIUPS
ddod
====
Vậy chọn máy biến áp có công suất 28 (KVA).
Từ công thức chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân bằng ta có :
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
16
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều


cos.
2
63
2

=
U
U
do
, chọn
0
40
=

suy ra
)(8,15
40cos6.3
15.2
cos.6.3
.2

2
V
U
U
do
=

=

=

Chọn
)(16
2
VU
=
* Tỷ số máy biến áp
75,23
16
380
2
1
===
U
U
k
* Giá trị hiệu dụng dòng chảy qua cuộn sơ cấp máy biến áp :

)(4351500.29,029,0
32

2
AI
I
I
d
d
====
* Giá trị hiệu dụng dòng chảy trong cuộn sơ cấp :

)(25
75,23
1500.4,0
4,0
1
A
k
I
I
d
===
2. Tính toán mạch từ :
Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức :

fC
S
kQ
.
.
=
[cm2]

k= 4 đến 6 , ở đây chon k = 6
S : công suất biểu kiến của máy biến áp (VA)
C : số trụ ( C=3 )
f : tần số nguồn điện xoay chiều . (f = 50Hz)
Thay số ta có
)2(5,80
50.3
28000
.6 cmQ
==
Giả sử a: là chiều rộng của trụ
b: là bề dày của trụ
Để đảm bảo mỹ thuật ta chọn a/b =1,25
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
17
Đồ án điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều
Vậy từ



=
=
25,1/
.
ba
baQ
Ta suy ra a= 8 cm ; b=10 cm
Để đảm bảo mỹ thuật chọn chiều cao của trụ theo tỷ lệ m= h/a =2,5 suy ra
h=2,5a= 2,5.8=20 cm
Dùng loại thép 330 có độ dày 0,35mm

Mật độ từ cảm trong trụ B = 1 (tesla)
3. Tính toán dây cuốn :
Số vòng vôn : 4,44.f.B.Q.
4
10

=4,4.50.1.80.
4
10

=1,5 (vôn/vòng)
Trong đó : f là tần số dòng điện
Q là tiết diện trụ
B là mật độ từ cảm trong trụ
*Số vòng dây sơ cấp
211
5,1
380
1
==
W
(vòng)
*Số vòng dây sơ cấp
8,8.
1
1
2
2
==
W

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

)(10
5,2
25
2
1
1
1
mm
J
I
Q
===


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

)(160

5,2
435
2
2
2
2
mm
I
I
Q
===

Ta chọn dây dẫn rẹt (2x10) bọc sợi thuỷ tinh quấn theo thớt, gồm 8 thớt , dầu
ra hàn các thanh cáI lấy điện loại 5x60
4.Tính toán kích thớc mạch từ :
Dùng thép 330 dày 0,35 mm cắt theo hình chữ I và xếp nh hình vẽ
Nhóm 4 Lớp TĐH1 K45
18