Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay mạ kim loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các n¬ớc trên thế giới, phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản xuất và đời sống văn minh con ng¬ời
Đề tài : Thiết kế nguồn mạ chiều có tham số sau +Hiệu điện :6 – 12 V +Dịng tải Max :10000A + Đảo chiều : khơng Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện khơng đổi suốt q trình mạ Mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch Thiết kế nguồn mạ chiều hiệu điện – 12 V, Dòng tải Max 10000A khơng Đảo chiều Lời nói đầu Mạ kim loại đời phát triển hàng trăm năm nay.Ngày mạ kim loại trở thành ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ hầu hết nớc giới, phục vụ cách đắc lực cho ngành khoa học kỹ thuật sản xuất đời sống văn minh ngời Lớp mạ kim loại bề mặt 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, khí xác, thiết bị y tế, trang trí bao bì Vậy mạ điện ? Một cách đơn giản hiểu mạ điện q trình kết tủa kim loại lên bề mặt lớp phủ có tính chất cơ, lý, hố đáp ứng đợc yêu cầu kỹ thuật mong muốn Mạ kim loại khơng làm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mịn mà cịn có tác dụng trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho dụmh cụ máy móc đồ trang sức Ngày khơng riêng nớc phát triển mà nớc ta kỹ thuật mạ có nhng bớc phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sản xuất cung nh 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 tự động hoá với độ tin cậy cao Điều giúp nâng cao chất lợng mạ hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm mơI trờng Để có lớp mạ tốt ngồI yếu tố khác nguồn điện dùng để mạ quan trọng Đối với sinh viên tự động hóa, môn học điện tử công suất môn quan trọng Với giảng dạy nhiệt tình thầy cô khoa em bước tiếp cận mơn học Để vững lý thuyết để áp dụng vào thực tế, học kỳ em đợc thầy giao cho đồ án môn học với đề tài : Thiết kế nguồn mạ chiều Đây đề tài có quy mơ ứng dụng thực tế Với cố gắng thân với bảo thầy cô giáo môn đặc biệt thầy giúp em hoàn thành đồ án Do lần đầu làm đồ án điện tử cơng suất kinh nghiệm ch a có lên em khơng tránh khỏi sai sót mong thầy giúp đỡ Cuối em xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày tháng năm 2004 Sinh viên : Lê Văn Hải Chương I : Giới thiệu chung công nghệ mạ điện Đề tài thiết kế nguồn mạ chiều đề tài có giá trị thực tế lớn, cơng nghệ mạ nguồn điện chiều yếu tố quan trọng Để thấy rõ giá trị đề tài, trước hết ta cần phải nắm rõ số khái niệm nh thiết bị có liên quan đến trình mạ điện phân Ta dựa vào sơ đồ điện phân nh sau: Sơ đồ mơ hình dùng phạm vi nhỏ phịng thí nghiệm đồng thời dùng qui mô sản xuất lớn Các thành phần sơ đồ điện phân : Nguồn điện chiều như: pin, ắc qui, máy phát điện chiều, biến đổi Ngày đợc dùng phổ biến biến đổi Bộ biến đổi cho q trình điện phân có điện áp thấp : 3V, 6V, 12V, 24V… Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện áp cho phù hợp Một biến đổi lấy số điện áp cần thiết cho số qui trình VD : Mạ niken thường dùng điện áp 6V hay 12V Để mạ Crơm dùng 12V Để đánh bóng điện hóa nhôm thờng dùng điện áp 12 – 24V Anốt :là điện cực nối vơí cực dơng nguồn điện chiều Trước điện phân anốt cần phải đánh dầu mỡ, lớp gỉ… Anốt dùng mạ điện có hai loại : anốt hịa tan anốt khơng hoà tan Anốt hoà tan đợc dùng tronh trờng hợp mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, mạ thiếc… Trong trình điện phân anốt tan vào dung dịch mạ theo phản ứng điện cực : Ni − 2e = Ni + Cu − 2e = Cu + Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân đI đến catốt Phản ứng điện hóa anốt phản ứng oxi hóa Anốt khơng hịa tan dùng trờng hợp mạ Crôm Khi điện phân bề mặt anốt khơng hồ tan diễn q trình oxi hóa H O, OH − , Cl − … 2Cl − − 2e = Cl 4OH − − 4e = H O + O2 ↑ Khí anốt q trình điện phân thờng O2 hay Cl Catốt : điện cực nối với cực âm nguồn điện chiều Trong mạ điện catốt vật mạ Trên bề mặt vật mạ diễn phản ứng khử ion kim loại mạ Ví dụ nh : Mạ niken : Ni 2+ + 2e = Ni ↓ Zn 2+ + 2e = Zn ↓ Mạ kẽm Đồng thời với iôn kim loại bị khử, H O + bị khử giải phóng khí H theo phản ứng : H o + + 2e = H ↑ + H O Khí H bề mặt ca tốt có khả thấm sâu vào mạng tinh thể kim loại mạ kim loại nền, làm giảm độ bền học kim loại (khí H gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây rạn nứt, giòn kim loại) Ngời ta gọi tợng tợng “ giòn kim loại “ Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loạ đồng thời cho lớp mạ đồng đều, bóng sáng hấp dẫn, trớc mạ ta cần phải gia cơng cho bề mặt chi tiết phẳng, bóng chất dầu mỡ màng oxít Catố vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thờng ngập dới mặt nớc – 15cm cách đáy bể khonảg 15cm Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt, khơng để gây hiên tợng phóng điện chất điện phân Tuyệt đối không để chạm trực tiếp anốt catốt nối mạch điện Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ thờng có hai phần : _ Thành phần : gồm muối hợp chất chứa iơn kim loại mạ số hố chất thiết yếu khác, thiếu hóa chất dung dich dùng để mạ đợc _ Thành phần thứ hai : bao gồm chất phụ gia + Chất làm bóng lớp mạ +Chất đệm giữ cho pH dung dịch ổn định +Chất giảm sức căng nội đảm bảo lớp mạ không bong nứt +Chất san đảm bảo cho lớp mạ đồng +Chất làm tăng độ dẫn điện cho lớp mạ đồng +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 dung dịch giảm đợc tổn thấtđiện q trình mạ mà cịn làm cho lớp mạ đồng _ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng khoảng pH định Ví dụ mạ Niken pH=4,5 đến 5,5 Mạ kẽm dung dịch amôniclorua pH= 4,5 đến 5,5 Mạ kẽm dung dịch axít pH= 3,5 đến 4,0… _ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng cao khoảng nhiệt độ định VD mạ Niken khoảng nhiệt độ 55 → 70 C , mạ vàng 60 → 70 C Nhìn chung, điện phân nhiệt độ dung dịch không vợt qua nhiệt độ sôi dung dịch _ Mỗi dung dịch có khoang mật độ dịng catốt thích hợp _ Dung dịch chứa muối phức kim loại thờng cho lớp mạ có chất lợng tốt lớp mạ từ kim loại thu đợc từ nuối đơn VD lớp mạ thu đợc từ dung dịch Zn(CN ) 2− Zn(CN ) − tốt lớp mạ thu đợc từ dung dịch muối CuSO4 Bể điện phân : làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt Thành mặt bể thờng đợc lót chất dẻo có độ bền hóa học, bền nhiệt Lớp chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nớc khơng thấm qua đợc Mặt ngồi sơn nhiều lớp chống gỉ Bể mạ thờng có dạng hình chữ nhật, điều giúp cho lớp mạ đợc phân bố bể có hình dạng khác Có nhiều bể mạ nh bể mạ tĩnh, thùng mạ quay, … Trên dây toàn sơ đồ tổng quát trình mạ điện phân Trong cơng nghệ mạ cịn có số u cầu gia cơng bề mặt trớc mạ.Yêu cầu bề mặt trớc mạ : - Trước mạ vật cần mạ đợc tiến hành gia cơng khí để có bề mặt phẳng, đồng thời tẩy xóa lopứ gỉ, đánh bóng bề mặt theo yêu cầu sử dụng - Tẩy dầu mỡ hợp chất hóa học khác có bề mặt vật mạ Tóm lại trớc lúc chi tiết vào bể điện phân, bề mặt cần phải thật phằng, sắc nét bóng tuyệt đối dầu mỡ, màng oxit có Trong điều kiện nh lớp mạ thu đợc có độ bóng tốt, khơng sớc, khơng sần sùi, bóng tồn lớp mạ đồng nh ý Phơng pháp gia công bề mặt kim loại trớc mạ : - Phơng pháp gia cơng khí bao gồm : mài thơ, mài tinh, đánh bóng quay bóng hay sóc bóng thùng quay - Phơng pháp gia cơng hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa Sự lựa chọn phơng pháp gia công cho hiệu qủa tốt lại có giá thành rẻ, địi hỏi ngời kỹ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ phải có kinh nghiệm sản xuất Bất kỳ thiếu sót dù nhỏ đánh giá không công việc chuẩn bị bề mặt dẫn đến giảm sút chất lợng hình thức lớp mạ Chất lợng lớp mạ phụ thuộc cách vào phơng pháp đợc lựa chọn, kỹ thuật điều kiện tiến hành chuẩn bị bề mặt lớp mạ Không coi nhẹ việc chuẩn bị bề mặt vật mạ Chuơng II : Lựa chọn phương án Nhiệm vụ đặt đồ án thiết kế nguồn mạ chiều có điện áp thấp dịng lớn Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện mạ q trình nạp Mạch có khâu bảo vệ chống chạm điện cực Trong cơng nghệ mạ điện nguồn điện yếu tố quan trọng, định nhiều đến chất lượng lớp mạ thu Nguồn điện chiều ắc quy, máy phát điện chiều, biến đổi… Chúng ta phân tích loại nguồn để định lựa chọn phơng án : ắc quy : Trong công nghệ mạ điện ắc quy đợc sử dụng phịng thí nghiệm hay sản xuất quy mô nhỏ Do hạn chế lợng điện tích lên ắc quy dùng để mạ chi tiết nhỏ, với chi tiết lớn khơng dùng ắc quy đợc Đặc biệt dịng điện mạ địi hỏi lớn ắc quy khơng thể đáp ứng đợc Vì mà cơng nghệ mạ ngời ta sử dụng ắc quy làm nguồn mạ Máy phát điện chiều : Trong công nghệ mạ dùng máy phát điện chiều khắc phục đợc nhược điểm ắc quy Máy phát điện chiều thực tế đợc sử dụng rộng rãi quy mô sản xuất lớn Nhng giá thành đầu t cho máy phát điện chiều lớn, cấu điều khiển hoạt động phức tạp Máy phát điện chiều với nhiều nhợc điểm : cổ góp mau hỏng; thiết bị cồng kềnh; làm việc có tiếng ồn lớn Máy phát điện chiều cần thờng xun bảo trì sửa chữa Chính lý lên công nghiệp ngời ta không dùng máy phát điện chiều Bộ biến đổi : Hiện cơng nghiệp dịng điện xoay chiều đợc sử dụng rộng rãi Công nghệ chế tạo thiết bị bán dẫn ngày hoàn thiện, thiết bị hoạt động với độ tin cậy cao Đặc biệt công nghệ sản xuất Tiristor đạt đợc nhiều thành tựu Chính biến đổi dịng điện xoay chiều thành dòng chiều ngày đợc sử dụng nhiều nghành công nghiệp Ngày cơng nghệ mạ điện bién đổi đợc dùng rộng rãi Các biến đổi dùng trình điện phân cho điện áp nh : 3V, 6V, 12V, 24V, 30V, 50v Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện cho phù hợp.Bộ biến đổi với u điểm : thiết bị gọn nhẹ; tác động nhanh; dễ tự động hóa; dễ điều khiển ổn định dịng Chi phí đầu t cho biến đổi rẻ, hiệu làm việc cao ổn định So với dùng nguồn mạ ắc quy máy phát điện chiều biến đổi đáp ứng đợc mặt kinh tế nh tiêu chuẩn kỹ thuật Vậy định phơng án dùng biến đổi Với mạch chỉnh lưu ( khơng dùng mạc chỉnh lưu ) có nhiều : chỉnh lưu pha, chỉnh lưu ba pha, chỉnh lưu khơng điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển… Trong yêu cầu đồ án thiết kế nguồn mạ điện áp thấp dòng lớn Trước hết ta xét trờng hợp chỉnh lưu có điều khiển, sau ta xét trờng hợp chỉnh lu điốt khơng điều khiển với góc điều khiển α = Các phương án khả thi : + Chỉnh lưu cầu pha + Chỉnh lưu cầu ba pha + chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân Phương án 1:Chỉnh lưu cầu pha Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu cầu pha a.Khi tải trở R Với u = 2U sin θ _ Khi θ = α : cho xung điều khiển mở T1, T2 U d = −U , hai tiristor khoá u = _khi θ = Π + α , cho xung điều khiển mở T3, T4 U d = U Dòng qua tải dịng gián đoạn Giá tri trung bình điện áp tải : Ud = Π ∫ 2U sin θ dθ = Πα 2U (1 + cos α ) Π Id = Giá trị trung bình dịng tải : Ud R Giá trị trung bình dịng qua tiristor : Π Ud Id 2U IT = ∫ R sin θ dθ = R = 2Π α Dạng sóng : b Tải RL - Khi L đủ lớn dịng điện - Phơng trình mạch tải : dịng liên tục id 2U sin θ dθ = Rid + X Π Π+α ∫ α Ud = Dạng sóng : 2U sin θ dθ = 2U cos α Π d id dθ R Π Π+α ∫i α d dθ + X di d Π I∫ d C Ưu nhược điểm sơ đồ Ưu điểm : điện áp ngợc đặt lên van sơ đồ nhỏ Nhợc điểm : không dùng đợc cho tải có cơng suất lớn, dùng gây tợng công suất bij lệch pha Sơ đồ chỉnh lưu cầu pha dòng tải chảy quia hai van nối tiếp, tổn thất diện pá cơng suất van lớn Sơ đồ cầu pha ứng dụng với yêu cầu điện áp chỉnh lưu cao dòng tải nhỏ Phương án 2:Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng a.Sơ đồ nguyên lý ... chọn điện áp cho phù hợp Một biến đổi lấy số điện áp cần thiết cho số qui trình VD : Mạ niken thường dùng điện áp 6V hay 12V Để mạ Crôm dùng 12V Để đánh bóng điện hóa nhơm thờng dùng điện áp 12 –. .. bị bề mặt vật mạ Chuơng II : Lựa chọn phương án Nhiệm vụ đặt đồ án thiết kế nguồn mạ chiều có điện áp thấp dòng lớn Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dịng điện mạ q trình nạp Mạch có khâu... d = (4% + 1,5%)U d + = 0 ,66 + = 2 ,66 (V ) Suy : U = U d + ∑∆U d = 12 + 2 ,66 = 14 ,66 (V ) Chọn Công suất hiệu dụng máy biến áp : U = 15(V ) S = 1, 26. Pd = 1,26U I d = 1, 26. 15.1500 = 28,1( KVA) Vậy