Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– LỜI NÓI ĐẦU Có thể nói công nghệ mạ điện công nghệ thiếu quốc gia giới Công nghệ mạ góp phần thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng Do yêu cầu kiến thức Khoa học Công nghệ mạ đòi hỏi có đáp ứng kịp thời phù hợp với phát triển Ngày với phát triển không ngừng kinh tế dẫn đến chất lượng sống ngày cao, đòi hỏi sản phẩm ngành mạ phải đáp ứng phát triến nghĩa sản phẩm mạ phải đáp ứng bảo đảm mặt kỹ thuật cao chất lượng sản phẩm phải tốt hơn….Một thành phần quan trọng làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm công nghệ mạ thành phần nguồn chiều, thành phần định đến tính mỹ thuật sản phẩm, độ bền….Sự đời phát triển linh kiện bán dẫn công suất Điốt, Triắc, Transitor, Tisistor với việc hoàn thiện mạch điện Đã góp phần đưa công nghệ mạ phát triển cách vượt bậc theo kịp ngành khác Với ưu điểm trên, khuôn khổ Đồ án em xin giới thiệu nguồn chiều cho mạ điện với phần thuyết minh sau: Phần I: Giới thiệu công nghệ mạ điện: Trong phần giới thiệu tổng quan công nghệ mạ điện, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng, độ dày trình công nghệ mạ… Phần II: Giới thiệu nguồn chỉnh lưu có điều khiển chọn phương án tối ưu cho công nghệ mạ: Trong phần giới thiệu nguồn chỉnh lưu có điều khiển ưu điểm nguồn Phần III: Tính chọn thiết bị cho mạch động lực mạch điều khiển: - Trong phần sâu vào việc tính toán xác thiết bị đóng cắt bảo vệ, van bán dẫn … - Giới thiệu phương án điều khiển, chức khâu điều khiển, chọn tính toán thông số cho mạch điều khiển Phần IV: Thiết lập hệ kín ổn định cho dòng mạ: ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Trong phần thiết lập tính chọn thiết bị cho khâu phản hồi để ổn định cho dòng mạ Trong trình thực đồ án Do vốn kiến thức chưa sâu, kinh nghiệm thiết kế chưa có Chắc chắn không tránh khỏi sai sót Rất mong giúp đỡ bảo Thầy, Cô Em xin cảm ơn Thầy, Cô đặc biệt Thầy giáo Cao Văn Thành hướng dẫn tận tình để em hoàn thành đồ án hoàn chỉnh tiến độ Một lần em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô môn Thiết bị điện – Điện tử tạo điều kiện cho em trình thiết kế ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– PHẦN I GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN I KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN: + Mạ điện: trình điện phân, anot xảy trình oxy hoá (hoà tan kim loại hay giải phong oxy), catot xảy trình khử (khử ion kim loại từ dung dịch thành lớp kim loại bám vật mạ) có dòng điện chiều qua chất điện phân + Điện bể mạ: phụ thuộc vào điện hai cực anot, catot vào khoảng cách hai cực, vào độ dẫn điện dung dịch mạ, vào mật độ dòng điện + Cường độ dòng điện: vào bể mạ phụ thuộc vào điện bể mạ điện trở tổng R mạch + Mật độ dòng điện: catot hay anot tỷ số cường độ dòng điện I với diện tích S nó, tức dòng điện đơn vị bề mặt KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA BỂ MẠ: a) Kết cấu: n e n e Ion dương Ion âm Hình 1: Các thành phần bể mạ điện Mạ điện dùng nhiều ngành công nghiệp khác Để chống ăn mòn, phục hồi kích thước, trang sức, tăng độ cứng, phản quang dẫn nhiệt Về nguyên tắc vật liệu kim loại, hợp kim, chất dẻo, gốm sứ composit Lớp mạ kim loại hợp kim compossit kim loại – chất dẻo kim loại – gốm Tuy nhiên chọn vật liệu mạ nào? Còn phụ thuộc vào trình độ lực công nghệ, tính chất cần có lớp mạ giá thành Xu hướng chung dùng vật liệu rẻ, sẵn có Còn vật liệu mạ đắt, qúy hơn, lớp mỏng bên ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Mạ điện trình kết tủa kim loại lên bề mặt lớp phủ Có tính chất cơ, lý, hoá, đáp ứng yêu cầu mong muốn Tuy nhiên có công nghệ thật ổn định thời gian dài để cho sản phẩm có tính chất dùng vào quy trình sản suất - Cathode: vật cần mạ - Lớp mạ - Anode: tan không tan - Bể chứa thép: thép lót cao su chịu dung dịch mạ - Nguồn điện chiều: - Dung dịch mạ: gồm có muối dẫn điện Ion kim loại kết tủa thành lớp mạ, chất đệm, chất phụ gia b) Nguyên lý làm việc: - Ion kim loại M n+ dung dịch đến bề mặt cathode thực phản ứng tổng quát: Mn++ ne = M Để trở thành kim loại M kết tủa lên vật mạ, Mn+ coi ion đơn hydrat hoá - Anot thường kim loại với lớp mạ, phản ứng anot chinh hoà tan thành ion Mn+ vào dung dịch M – ne = Mn+ Nếu khống chế điều kiện điện phân hiệu suất dòng điện hai phản ứng nồng độ ion Mn+ dung dịch không thay đổi Một số trường hợp phải dùng anot trơ (không tan) Nên ion kim loại định kỳ bổ sung dạng muối vào dung dịch, lúc phản ứng anot giải phóng oxy Để cho trình mạ thành công phải gia công kỹ thuật cho cathode, chọn vật liệu cho anot, mật độ dòng điện điều kiện điện phân khác Qua ta thấy có công nghệ mạ điện thật ổn định thời gian dài để cho sản phẩm có tính chất dùng vào quy mô sản xuất Mặt khác có công nghệ tốt phải luôn trì điều kiện vận hành, biến đổi nồng độ dung dịch mật độ dòng điện làm cho lớp mạ thay đổi không đạt yêu cầu 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 Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Lớp mạ composit: lơp mạ kim loại có chứa hạt rắn nhỏ phân tán, Al2o,Wc,Sic,Cr3c2, Tio2 , Sio2, CHIỀU DÀY LỚP MẠ: 100.Dc t.c.H = ℘ Trong đó:  - chiều dày trung bình 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 kim loại mạ (g/cm3) CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN LỚP MẠ: Chất lượng lớp mạ phụ thuộc đồng thời tổng hợp vào nhiều yếu tố như: nồng độ dung dịch chất, phụ gia bóng, độ pH, nhiệt độ, mật độ dòng điện, hình dáng vật mạ, bể mạ, chế độ thuỷ động dung dịch… Vì muốn điều khiển chất lượng lớp mạ phải khống chế đồng thời dung dịch mạ kỹ thuật mạ quan trọng dải mật độ dòng điện thích hợp Trong dải cho chất lượng vật mạ tốt, nhẵn, bóng, độ bám tốt, cấu trúc đồng YÊU CẦU CỦA LỚP MẠ VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC: Trong trình mạ yêu cầu quan trọng lớp mạ phải có độ dày đồng Muốn điện điểm catot phải nhau, điều thực tế khó làm vật mạ có hình dạng phức tạp Lúc muốn tăng độ đồng catot 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 vị trí thích hợp để tăng mật độ dòng điện cục catot điểm có mật độ dòng điện thấp (khe, hốc, rãnh , lỗ…) Chỗ có xu hướng mạ đắp dày mật độ dòng điện cao cần đặt thêm catot phụ hay dặt thêm chắn cách điện để bố trí lại đường điện dung dịch Những điều phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm khéo léo người thợ Tuy nhiên dung dịch cho lớp mạ có độ đồng định Mức độ gọi khả phân bố dung dịch mạ đo định lượng Haring Blum (Pb) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– II THÀNH PHẦN DUNG DỊCH VÀ CHẾ ĐỘ MẠ: Dung dịch giữ vai trò định lực mạ (tốc độ mạ, chiều dày tối đa vật mạ…) chất lượng mạ Cho nên phải dùng loại hoá chất hãng chuyên sản suất cung cấp vật tư riêng dành cho mạ điện đảm bảo yêu cầu Dung dịch mạ thường hỗn hợp phức tạp, gồm ion kim loại mạ, chất điện ly, loại phụ gia nhằm đảm bảo yêu cầu, thu lớp mạ có chất lượng tính chất mong muốn Chất điện ly: Nhiều chất điện ly đưa vào dung dịch với nồng độ cao để tăng độ dẫn điện cho chúng Các chất kiêm thêm vai trò chất đệm, khống chế độ pH ổn định, cho dù ôxy hay hydrô thoát có làm thay đổi độ axít sát điện cực Vì độ pH lớn hydrô oxy kim loại kết tủa, lẫn vào lớp mạ Điều giải thích dung dịch mạ kền có chứa axitboric Khi dung dịch co độ pH > hydrô khó thoát nên tượng giòn hydrô sinh tác hydrua giảm nhiều Chất tạo phức: Dùng chất phức để làm cho điện kết tủa trở nên âm nhằm tránh tượng xảy phản ứng hoá học catot ion kim loại mạ Như trường hợp mạ đồng lên sắt , thép Cu2+ + Fe ? cu + Fe2+ (4) Phản ứng hoá học cho lớp mạ xấu, vừa xốp, vừa dễ bong Nếu cho chất tạo phức vào để làm cho điện oxy hoá khử đồng trở nên âm sắt khả nhiệt động xảy phản ứng (4) không Phức chất dùng để thay đổi độ nghiêng tafet phản ứng khử kim loại Nhằm cải thiện khả phân bố cho dung dịch mạ Chất tạo phức thông dụng công nghệ mạ điện ion Xyanua, hydrôxit sunfamat Chất tạo phức có vai trò làm hoà tan anot chúng ngăn cản thụ động anot Phụ gia hữu cơ: Nhiều loại chất hữu cho vào bể mạ với nồng độ tương đối thấp nhằm làm thay đổi cấu trúc, hình thái cấu trúc kết tủa catot Lựa chọn chất cách thức sử dụng sao, phần lớn dựa vào kinh nghiệm Chính chất hữu hay sản phẩm phản ứng điện cực chúng có tác dụng nói Các chất hữu thường dùng nói Các chất hữu thường dùng có khả hấp thụ lên bề mặt catot, có trường hợp chất hữu bị giữ lại kết tủa, đặc biệt mạ lớp kim loại lượng bề mặt lớn (điểm nóng chảy cao) Nhiều ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– chất làm tăng qua điện kết tủa thay đổi độ nghiêng Tafel Điều cần phải chuyển điện tử qua lớp hấp thụ hình thành phức chất lên bề mặt điện cực Một phụ gia ảnh hưởng đến nhiều tính chất lớp mạ dung dịch thường dùng đồng thời nhiều phụ gia cần đến tác dụng tổng hợp chúng Các chất phụ gia thường phân loại thành loại sau: Chất bóng: Chất bóng thường dùng với liều lượng tương đối lớn làm lẫn lộn vào lớp mạ nhiều Chúng cho lớp mạ nhẵn, mịn làm thay đổi trình tạo mầm - Chất san bằng: chất cho phép mạ nhẵn, phẳng phạm vi rộng Nguyên nhân chúng hấp thụ lên điểm có tốc độ mạ lớn làm giảm tốc độ xuống - Biến đổi cấu trúc: Các phụ gia làm biến đổi cấu trúc lớp mạ chí ưu tiên sinh kiểu mạng tinh thể Một số chất dùng để tạo chất đặc biệt cho lớp mạ, nên dược gọi chất làm giảm ứng suất (ứng suất mạng tinh thể bị xô lệch) - Chất thấm ướt: Chất cho vào bể mạ để thúc đẩy bọt khí Nhất khí hydro sinh từ phản ứng phụ, gây rỗ giòn lớp mạ (hydro chúng thấm vào kim loại) III MẬT ĐỘ DÒNG ĐIỆN CATOT DC: Lúc mạ, mật độ dòng điện giữ vai trò quan trọng Mật độ dòng điện thấp tốc độ chuyển đổi điện tử phản ứng cực nhỏ Các nguyên tử hình thành có đủ thời gian gia nhập có trật tự vào mạng tinh thể, mạng lưới tinh thể cấu trúc tinh thể trì, không bị biến đổi Khi tăng mật độ dòng điện lên, tốc độ phóng điện tăng nhanh, nguyên tử kim loại sinh ạt, không kịp gia nhập vào vị trí cân mạng tinh thể Mặt khác lúc lớn nên nhiều mầm tinh thể sinh Do mà mạng tinh thể trở nên trật tự thể lớp mạ có nhiều gợn sóng, nhiều lớp Phóng điện nhanh làm cho ion kim loại gần catot nghèo, trình điện cực lâm vào tình trạng chi phối khuếch tán, điểm lồi, mũi nhọn ion kim loại chuyển đến dễ dàng hơn, đồng thời điện từ điểm đến anot lại bé hơn, nên ưu tiên phóng điện, kết kết tủa sần sùi có dạng hình nhánh Nếu tiếp tục tăng mật độ dòng điện lên ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– khuếch tán ion hoàn toàn, không kịp cho trình điện cực kết tủa thu bột kim loại Yêu cầu lớp mạ không phép sần sùi, nhám, gợn sóng Để lớp mạ dạt yêu cầu buộc phải dùng dải mật độ dòng điện tương đối thấp Hơn mật độ dòng điện thấp kim loại mạ dễ bắt chước lặp lại kiểu mạng lưới tinh thể kim loại Nên cho độ gắn bám cao, lớp mạ nhẵn, đa tinh bền Dc/Dgh H+ + e =1/2H2 Bột mịn lẫn oxyt hydroxyt 1.0 Bột (bám lên cực) sần, gai, xốp Lớp mạ đa tinh Xoắn, lớp khối (cấu trúc tinh thể hoàn chỉnh nhất) -E Hình 2: Sơ đồ mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Phần lớn dùng nguồn điện chiều nắn phẳng để mạ giữ dòng điện không đổi vào catot Dải mật độ dòng điện thích hợp cho lớp mạ tốt thường thấp mật độ dòng điện giới hạn nhiều Do dung dịch định muốn nâng cao tốc độ mạ phải tìm cách nâng cao mật độ dòng điện giới hạn lên : Có cách tăng mật độ dòng điện sau : Tăng nồng độ kim loại Tăng nhiệt độ Tăng chuyển động tương đối catot dung dịch mạ Cách tăng Nồng độ cao độ bão hoà Ngoài dùng nồng độ cao mát thao tác lớn, tốn nhiều vật tư, hoá chất Nhiệt độ nên đến 6070 0c lớn ăn mòn thiết bị bay hơi, phá huỷ lớn tốn nhiều điện thời gian nung nóng Khuấy cách tỏ hiệu Khuấy: Khuấy để tăng chuyển động tương đối catot dung dịch nên phép dùng mật độ dòng điện Dc cao hơn, tốc độ mạ nhanh hơn, làm cho bọt khí hydro dễ tách khỏi bề mặt điện cực pH nhiệt độ toàn khối dung dịch nơi gần điện cực ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Anot: Anot thường làm kim loại loại vơí lớp mạ chọn sử dụng cho nồng độ ion kim loại dung dịch thay đổi Muốn phải cho hiệu suất dòng điện anot va catot phải suốt thời gian phục vụ anot Trong sản suất thường phải bảo đảm cho anot không bị thụ động, anot phải dễ tan tan muốn diện tích bề mặt anot phải lớn để mật độ dòng anot đủ nhỏ, tức giữ anot nằm vùng điện (hoà tan) Hoạt động anot dạng bi, viên dẹp, khuy áo, mảnh nhỏ nạp đầy giỏ trơ titan, cho diện tích anot lớn mật độ dòng điện anot nhỏ luôn không thay đổi Để đáp ứng yêu cầu Ngoài dùng chất tạo phức để ngăn cản thụ động, ion halogen để tạo lỗ thủng oxyt Thụ động làm cho anot tiếp tục hoà tan, phải khống chế điều kiện kỹ thuật để anot tan thành ion có hoá trị mong muốn Anot phải chế tạo cho hoà tan tạo thành bùn cặn nhất, tạp chất khó bị rơi rã nhất, anot sản suất riêng cho ngành mạ viên ‘nikel carbonyl’, ’S-nikel’,’R-rounds’ cho mạ kền đáp ứng yêu cầu đó: diện tích bề mặt lớn, hoà tan dễ dàng bùn cặn IV CÁC TÍNH CHẤT CỦA LỚP MẠ: Tính lý: điển hình độ dẻo dai, bám chắc, độ chịu mài mòn, chịu va đập cọ sát nhiều Cần phải có độ cứng bề mặt cao, hệ số ma sát nhỏ, bôi trơn tốt, khó mài mòn Tính vật lý: độ chịu nhiệt, độ dẫn cách điện, độ phản quang Tính hoá lý: đáng lưu ý tính hấp thụ chúng Độ dày lớp mạ: 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 bước sau: - Chuẩn bị bề mặt trước mạ (đảm bảo độ nhẵn, dầu mỡ, hết gỉ oxit ) - Mạ 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) Chuẩn bị bề mặt trước mạ: Gia công bề mặt kim loại phương pháp học ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– - Mài phá: khâu gia công Mục đích làm 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 hay nhiều lần với cỡ hạt mài nhỏ dần để đạt 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 thực phớt bóng da hay vải - Quay trộn, xóc, rung: thường áp dụng cho vật bé, mảnh thực thùng quay - Phun cát: phun cát lên bề mặt kim loại làm hết gỉ, chất bẩn, tạo nhám cho bề mặt kim loại - Chải: áp dụng cho vật có ren, nhiều khe, rãnh, lỗ sâu Bàn chải vật liệu dây thép Mạ: Mạ có ý nghĩa định đến chất lượng sản phẩm mạ Căn vào vật liệu nền, vào điều kiện làm việc sau vật mạ, vào yêu cầu thẩm mỹ thời hạn phục vụ sản phẩm mà định chọn chủng loại lớp mạ Cần mạ lớp, chiều dày lớp Phương pháp mạ lớp dung dịch mạ tương ứng Ta phân loại lớp mạ sau: - Phân loại theo chức - Phân loại theo màu sắc - Phân loại theo chế bảo vệ Hoàn thiện: Nhằm góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm - Tẩy bóng: làm cho sản phẩm bóng sáng Nhuộm màu: nhúng sản phẩm vào dung dịch tương ứng làm cho sản phẩm có màu sáng trắng sáng xanh Thụ động: để tăng độ bền ăn mòn kim loại lỗ thủng, lỗ xốp thụ động nên lớp mạ bảo vệ tốt ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 10 Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– kld = S1 W1 +S2W2 0, 022.120 +0, 066.40 = =0, 016 Qcs 3,14.102 Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết V.2 TÍNH CHỌN KHÂU KHUẾCH ĐẠI Chọn nguồn cấp cho máy biến áp xung : E = 12 (V) Với nguồn cấp E = 12(V) Ta phải mắc thêm điện trở R11 nối tiếp với cuộn Sơ cấp máy biến áp xung R11 = E −U1 12 −9 = = 45 ( Ω) I1 0,066 Dòng điện lớn đặt lên cực Colectơ Tr tổng trở máy biến áp xung bão hòa I c3 = E 12 = = 0,27 ( A ) R11 45 Chọn Tranzitor Tr3 loại N-P-N ký hiệu: 2SC2931 nhật chế tạo Có thông số sau: +UCB0 = 35(V) –điện áp colectơ bazơ hở mạch emitơ +UEB0 = 3(V) _điện áp emitơ bazơ hở mạch colectơ +Icmax = 600 (mA) _dòng điện lớn cực colectơ +Pc = 10 (W) _Công suất tiêu tán cực colectơ +Ti = 1750C _Nhiệt độ lớn bề mặt tiếp giáp +β = 30 _ hệ số khuếch đại Tranzitor Dòng colectơ Tr3 làm việc bình thường: dòng dòng qua cuộn Sơ cấp máy biến áp xung Ic3 = I1 = 0,066 (A) Dòng điện qua cực bazơ Tr3 I B3 = I c 0,066 = = 0,0022 ( A ) = 2,2 ( mA ) β 30 Tính chọn Tr2 Dòng qua cực Bazơ Tr3 dòng qua cực colectơ Tr2 Ib3 = Ic2 = 2,2(mA) Ta chọn Tr2 loại N-P-Ndo nhật chế tạo ký hiệu : 2SC2933 có thông số sau Icmax= 4(mA) UCB0 = 35(V) UEB0 =3(V) β = 30 Pc =40 (mW) Ti = 1750C ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 60 Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– -Dòng điện đặt lên cực bazơ Tr2 I b2 = Ic2 = 2,2 =0, 073 ( mA ) 30 β 6.Tính R10 Điện trở R10 dùng để giảm dòng vào cực B Tr2 R10 = U EB 02 = = 41095 ( Ω ) = 41( k Ω ) I B2 0,073.10 −3 V.3 TÍNH CHỌN BỘ TẠO XUNG CHÙM Để đảm bảo độ tin cậy cho mạch mở Tiristor chắn Ta dùng vi mạch 555 để tạo xung chùm cho mạch điều khiển Sơ đồ mạch điện tạo xung chùm +E D5 R7 R8 P1 D6 555 C2 Vi mạch 555 hãng signetics chế tạo, bao gồm khuếch đại thuật toán, Trigơ, Tranzitor điện trở 5(kΩ) - chọn nguồn nuôi 12 (V) - tần số cần thiết mạch tạo xung chùm f = 1 = = ( kHz ) 2.tx 2.100.10 −3 -Chu kỳ xung chùm T = 1 = = 0,2 ( ms ) =200 ( µs ) f - Chọn R7 = R8 = 5(kΩ) P1 = 10 (kΩ) - Điện dung tụ điện C2 là: C2 = T 200 = = 0,019 ( µF ) 0,693.2 ( R + P1 ) 0,693.2.103 ( +10 ) tính theo TLTKĐTCS tác giả Nguyễn Bính V.4 CHỌN CỔNG AND ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 61 Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Toàn mạch điều khiển dùng cổng AND Nên ta chọn IC4081 họ CMOS Có thông số sau - Nguồn nuôi : Vcc = ÷ 18 (V) Chọn 12 (V) - Nhiệt độ làm việc : t = 40 ÷ 80 0C - Điện áp mức logic ‘1’ : v = ÷ 4,5 (V) - Dòng điện nhỏ (mA) - Công suất tiêu thụ P = 2,5 (nW/1 cổng) V.5 TÍNH CHỌN TẦNG SO SÁNH Mỗi kênh điều khiển phải dùng khuếch đại thuật toán Do ta chọn IC TL 084 hãng Texas Instrments chế tạo Thông số TL084 + Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ±18 (V) chọn ±12 (V) + Hiệu điện đầu vào : U = ±30 (V) + Nhiệt độ làm việc :T = -25 ÷850C + Công suất tiêu thụ : P = 680 (mW) = 0,68(W) + Tổng trở đầu vào : Rin =106 (µΩ) + Dòng điện dầu : Ira = 30 (pA) du =13 V + Tốc độ biến thiên điện áp cho phép : µs dt Tính chọn R4,R5,R6 ( U ) 12 V Chọn R4 = R5 = R6 > I = 10−3 =12 ( k Ω) V Trong UV = 12 (V) :Điện áp vào 0A3 Chọn dòng điện vào IV = 10-3 (A) để khống chế dòng làm việc nhỏ (mA) Nên ta chọn R4 =R5 =R6 =15 (kΩ) Dòng điện vào 0A3 là: IV max = 12 = 0,8 ( mA ) 15.103 V.6 TÍNH CHỌN KHÂU ĐỒNG PHA Điện áp cưa hình thành nạp, xả tụ C Mặt khác để đảm bảo điện áp cưa có nửa chu kỳ dương tuyến tính số thời gian nạp tụ nửa chu kỳ dương T = 0,01 (s) T1 = R3 C1 = 0,01 (s) -Chọn tụ C1 = 0,1 (µF) T 0,01 nên : R3 = C = 0,1.10 −6 =10 ( Ω) =100 ( k Ω) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 62 Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Điện trở R3 dùng để hạn chế dòng vào 0A2 Chọn R2 Chọn R2 cho dòng vào cực bazơ Tr1 đủ bé để đảm bảo cho Tr1 - Chọn R2 = 50(kΩ) - Dòng qua cực bazơ Tr1 là: I B1 = Ucc 12 = = 0,24 ( mA ) R2 50.103 -Chọn Tr1 loại P-N-P mã hiệu 2SA21 có thông số sau +UCB0 = -12(V) - điện áp colectơ bazơ hở mạch emitơ +UEB0 = -12(V) - điện áp emitơ bazơ hở mạch colectơ +Icmax = (mA) - dòng điện lớn cực colectơ +Pc = 10 (W) - Công suất tiêu tán cực colectơ +Ti = 850C - Nhiệt độ lớn bề mặt tiếp giáp +β = 50 - hệ số khuếch đại Tranzitor Tính toán Máy biến áp đồng pha Máy biến áp đồng pha ược sử dụng nhằm mục đích tạo điện áp đồng pha để điều khiển Tiristor Quy trình thiết kế máy biến áp đồng pha tương tự máy biến áp nguồn Để thuận tiện cho việc tính toán ta chọn: - Điện áp thứ cấp máy biến áp đồng pha : U2 = 10 (V) - Dòng điện thứ cấp máy biến áp đồng pha : I2 = (mA) - Máy biến áp đồng pha dấy Y/Y 3.1 Công suất thứ cấp máy biến áp đồng pha P = 3.U2.I2 =3.10.1.10-3 = 30.10-3 (W) 3.2 Tiết diện trụ mạch từ máy biến áp đồng pha Chọn theo công thức kinh nghiệm: ST =1,2 PT =1,2 30.10 −3 = 0,12 ( cm ) Vì tiết diện trụ nhỏ nên số vòng dây Sơ cấp máy biến áp đồng pha nhiều Để giảm bớt số vòng dây Sơ cấp để dễ chế tạo mạch từ Ta chọn tiết diện theo tiêu chuẩn: Tra bảng TLTKĐTCS tác giả Trần Văn Thịnh Ta chọn lõi thép hình chữ E làm tôn 3404 Nga chế tạo Có mật độ từ cảm B = 1(T) có kích thước sau: QT = 11,65 (cm2)  = 0,35 (mm) – chiều dày thép a = 30 (mm) b = 40 (mm) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 63 Đồ án tốt nghiệp T.kế nguồn mạ chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– h = 80 (mm) C = 32 (mm) L = 128 (mm) H =112 (mm) 3.3 Số vòng dây cuộn Sơ cấp máy biến áp đồng pha U1 10 220.10 = = 851 (vòng) 4,44 f B.QT 4,44.50.1.11,65 W1 = 4.3 Dòng điện Sơ cấp máy biến áp đồng pha I1 = U1 220 I = 10 −3 = 22.10 −3 ( A ) U2 10 3.5 Chọn tiết diện dây dẫn Vì dòng điện Sơ cấp thứ cấp bé Nên để đame bảo độ bền học ta chọn loại dây dẫn tròn đồng có tiết diện: S = 0,00785 (mm2) Đường kính : d = 0,1 (mm) Đường kính kể cách điện : dn = 0,12 (mm) 3.6 Số vòng dây của cuộn dây quấn thứ cấp máy biến áp đồng pha W2 = U W1 10.851 = = 39 (vòng) U1 220 3.7 Kiểm tra hệ số lấp đầy kld = S1 W1 + S2 W2 S ( W1 + W2 ) 0,00875 ( 851 + 39 ) = = = 0,0027 C h C h 32.80 đảm bảo diện tích cho cửa sổ mạch từ Chọn điện trở R1 Vì yêu cầu dòng vào KĐTT OA1 : IA1 [...]... 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. .. 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 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––... đập mạch nhằm nâng cao chất lượng dòng điện một chiều ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 26 Đồ án tốt nghiệp T .kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– PHẦN III TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN A TÍNH CHỌN MẠCH ĐỘNG LỰC: * SƠ ĐỒ MẠCH... –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 *... 54 .Chiều rộng cửa sổ mạch từ: ( ) c =2 a01 +Bd1 +a12 +Bd2 +a22 =2 ( 1 +0,99 +1 +0,76 ) +2 =9,5 ( cm ) 55 .Chiều rộng mạch từ L =2.c +3.d =2.9,5 +3.8,5 =44,5 ( cm ) 56 Chiều cao cửa sổ mạch từ H =h +2a =17 +2.8,5 =33,5 ( cm ) ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 34 Đồ án tốt nghiệp T .kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor. .. 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 –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––... 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... 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... 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,... áp và dòng tải của chỉnh lưu tia sáu pha * Nhận xét: ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 25 Đồ án tốt nghiệp T .kế bộ nguồn mạ một chiều dùng chỉnh lưu Thyristor ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Ta thấy dạng sóng điện áp ra như hình vẽ thì chất lượng điện áp một chiều được coi là tốt