thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoặc bể điện phân

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH DOANH VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ _________________o0o__________________ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU CHO BỂ MẠ HOẶC BỂ ĐIỆN PHÂN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Cường Lớp : ĐĐ16 Khóa học: 16 Thầy giáo hướng dẫn: Dương Văn Nghi Hà nội,tháng 5 năm 2013 Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 1 Đề tài : Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ có các tham số sau: +Hiệu điện thế :24 V +Dòng tải Max :10000A + Đảo chiều : không Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện không đổi trong suốt quá trình mạ .Mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch Lời nói đầu Mạ kim loại là ngành kỹ thuật công nghiệp ra đời và phát triển cách đây hàng trăm năm,hiện nay mạ kim loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nước trên thế giới, phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản xuất và đời sống văn minh con người. 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 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 dụng cụ máy móc và đồ trang sức.Ngày nay không riêng gì ở nước phát triển mà ngay trong nước ta kỹ thuật mạ đã có những bước phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất cũng như trong kinh doanh. Với đề tài : Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoạc bể điện phân. 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 thầy cô giáo trong bộ môn và đặc biệt là thầy Duong Văn Nghi đã giúp em hoàn thành đồ án này. Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm chưa có nên không thể tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn ! Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 2 Chương I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện Sơ đồ điện phân như sau: Các thành phần cơ bản của sơ đồ điện phân : 1. Nguồn điện một chiều như: 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. VD : Mạ niken thường 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. Trước 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 trường 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 : Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 3 + + =− =− 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. . Catốt vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thường ngập dưới mặt nước 8 – 15cm và cách đáy bể khoảng 15cm. Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt, không để gây ra hiên tượng phóng điện trong chất điện phân. Tuyệt đối không để chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch điện. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ. Độ bóng(độ mịn) phụ thuộc vào sự phân bố của mật độ dòng điện, trong quá trình mạ giữ dòng điện không đổi để giữ cho độ dày không thay đổi. 4. Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ th- ờng 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 +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 : Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 4 -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 lượng trong một khoảng pH nhất định. - Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng cao trong một khoảng nhiệt độ nhất định khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vượt 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 lượng tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu đợc từ nuối đơn. 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 như bể mạ tĩnh, thùng mạ quay Chuơng II : Lựa chọn phương án Nhiệm vụ đặt ra đối với đồ án là thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoặc bể điện phân. 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 lượng lớp mạ thu được. 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 phương án nào : 1. ắc quy : Trong 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 nhược 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. Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 5 Nhưng giá thành đầu tư cho máy phát điện một chiều lớn, cơ cấu điều khiển hoạt động khá phức tạp .Máy phát điện một chiều với nhiều nhược 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. 3. Bộ biến đổi : Hiện nay trong công nghiệp thì dòng điện xoay chiều được 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 Thyristor đã đạt được nhiều thành tựu. Chính vì vậy các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều ngày càng được sử dụng nhiều trong các nghành công nghiệp. Ngày nay trong công nghệ mạ điện thì bộ biến đổi được dùng rộng rãi nhất. Các bộ biến đổi dùng trong quá trình điện phân có thể cho ra các điện áp như : 3V, 6V, 12V, 24V, 30V, 50v. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện thế cho phù hợp.Bộ biến đổi với các ưu điểm : thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ tự động hóa, dễ điều khiển và ổn định dòng. Chi phí đầu tư 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 được hơn cả về mặt kinh tế cũng như các tiêu chuẩn kỹ thuật. Vậy quyết định phương án là dùng bộ biến đổi. Với mạch chỉnh lưu ( không dùng mạch chỉnh lưu ) có rất nhiều : chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu ba pha, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển… Trong yêu cầu của đồ án là thiết kế nguồn mạ điện áp thấp và dòng khá lớn. Trước hết ta xét trường hợp chỉnh lưu có điều khiển, sau đó ta có thể xét trường hợp chỉnh lưu điốt không điều khiển với góc điều khiển 0 = α . Các phương án khả thi : + Chỉnh lưu cầu ba pha + chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng Phương án 1:Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng a.Sơ đồ nguyên lý Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 6 G F T5 T6 T4 u2c u2a u2b R L T1 T2 T3 Điện áp các pha : nguồn 3 pha 220/380V,50hz θ sin2 2 UU a = ) 3 2 sin(2 2 Π −= θ UU b ) 3 4 sin(2 2 Π −= θ UU c b. Hoạt động của sơ đồ. Thời điểm Mở Khoá θ 1 = π/6 + α θ 2 = 3π/6 + α θ 3 = 5π/6 + α θ 4 = 7π/6 + α θ 5 = 9π/6 + α θ 6 = 11π/6 + α T1 T2 T3 T4 T5 T6 T5 T6 T1 T2 T3 T4 Dạng sóng cơ bản Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 7 αθθ α α cos 63 .sin2 2 6 2 6 5 6 2 Π = Π = ∫ + Π + Π U dUU d 22max 45,26 UUU ng == 3 max max d TB I I == S ba = 1,05P dmax = 1,05.U dmax I dmax K đmmin = 5,7% , α=0 c. Ưu nhược điểm của sơ đồ +ưu điểm : - số xung áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao. - không làm lệch pha lưới điện. Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 8 + Nhược 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 lưu đòi hỏi độ bằng phẳng. Do dòng tải dùng trong mạ điện có trị số lớn, nên không áp dụng được phương pháp này, vì các van không chịu được dòng tải lớn. Phương án 2 :Chỉnh lưu 6 pha có cuộn cảm cân bằng a. Sơ đồ nguyên lí Cuộn kháng cân bằng có cấu tạo như máy biến áp tự ngẫu. Điện áp chỉnh lưu trung bình trong sơ đồ có giá trị nh trung bình cộng của điện áp đầu ra của hai chỉnh lưu tia 3 pha, nghĩa là : Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất 9 α cos17,1 2 63 2 2 U U U d = Π = U ngmax =√6 U 2 =2,1 U dmax d d I I I 29,0 32 2 == 6 max max d tb I I = S ba =1,26P dmax ,Q cb ≈(0,05÷0,1)P dmax với α=60 0 điện K đm =5,7% với α=0 • Dạng sóng cơ bản : Đồ Án Môn Học iĐ ện Tử Công Suất [...]... khi cn cung cp dũng cho baz ca T2 Khi ú :R2+R3=12/2.10 3 =6000=6k m bo khi T1 m thỡ in ỏp ri trờn R4 nh hn 9V cho T2 cú th m c thỡ ta chn R4=4k,R3=2k Chn R1=10k 3.Khõu so sỏnh n Mụn Hc in T Cụng Sut 23 Sơ đồ nguyên lý khâu so sánh Nguyên lý hoạt động của khâu so sánh : So sánh điện áp điều khiển với điện áp răng ca để tạo ra điện áp ở cửa ra có dạng chuỗi các xung vuông liên tiếp Điện áp răng ca đa... RC xem hỡnh sau : Tớnh RC bo v quỏ ỏp do t tớch in gõy nờn, hỡnh trờn U dmp , U imp l giỏ tr cc i cho phộp ca in ỏp thun v ngc t trờn tiristor mt cỏch chu k, cho trong s tay tra cu n Mụn Hc in T Cụng Sut 16 U d m.np ,U im ,np l giỏ tr cc i cho phộp ca in ỏp thun v ngc t trờn tiristor mt cỏch khụng chu k, cho trong s tay tra cu U im l giỏ tr cc i ca in ỏp ngc thc t t trờn tiristor b l h s d tr v in ỏp,... tiếp Điện áp răng ca đa vào cửa đảo của OA,còn điện áp điều khiển đa vào cửa cộng của OA.Để đảm bảo cho dòng điện đi vào các cửa của OA nhỏ hơn 1mA ta chọn R7=R8=10k Kt lun Sau mt quỏ trỡnh hc tp v nghiờn cu, cựng vi s hng dn tn tỡnh ca thy giỏo Dng Vn Nghi v s giỳp ca cỏc bn cựng nhúm, chỳng em ó hon thnh cỏc nhim v c giao ca bn ỏn : Thit k b ngun chnh lu cho b m hoc b in phõn n Mụn Hc in T Cụng Sut... rt nhy cm vi nhit Nhit ca van tng lờn do cụng sut tn hao trờn van gõy ra Khi nhit ca van cao hn nhit mụi trng xung quanh nhit lng c truyn vo mụi trng Nu nhit ca van vt quỏ gii hn cho phộp s phỏ hy van, vỡ vy lm mỏt cho van l mt vn rt quan trng Thụng thng van c gn lờn mt cỏnh tn nhit vi thụng s phự hp Chn lm mỏt bng thụng giú cú qut cng bc vi hiu sut lm vic ca van l 35% U ng max = 6U 2 1,6 = 6 21.1,6... s ph theo ti liu ly à = 52 Chng IV : Thit k mch iu khin I S cu trỳc ca h thng iu khin Udk BAX SS Ur 1 2 3 T 4 n Mụn Hc in T Cụng Sut 18 Khõu ng pha cú nhim v to ra in ỏp ta ng b vi in ỏp li Ngha l cho phộp xỏc nh giỏ tr ban u ca goỏc iu khin Khõu so sỏnh cú nhim v so sỏnh gia in pỏ ta v in ỏp iu khin Ti thi im hai in ỏp ny bng nhau thỡ phỏt xung gi sang tn khuych i Khõu khuych i : to ra xung v... so sỏnh l: U = 2 U.sin 5 o = 2 12.sin 5 o = 1,48(V) Chn E+ = 12 Chn Rhc1 =2 k giỏ tr ca VR1 l: E Rhc1 = 1,48(V) Vr1=14,2 k VR 1 + Rhc1 dũng vo ca o ca khuych i thut toỏn nh hn 1mA thỡ ta chn R sao cho U/R112k chn R1=15k 2.Tớnh toỏn khõu tao in ỏp rng ca S nguyờn lý mch to in ỏp rng ca n Mụn Hc in T Cụng Sut 21 th in ỏp rng ca theo thi gian T tớnh toỏn khõu ng pha ta cú: Chu kỡ ca in... khỏng cõn bng CHNG III: TNH CHN MCH LC Qua phõn tớch trờn ta chn phng ỏn chnh lu 6 pha cú cun khỏng cõn bng xõy dng ngun m Nhng phng ỏn ny cú nhc im l khi dũng ti nh thỡ cỏch chn van khú v ch ng dung cho in ỏp thp ,dũng ti ln v bt buc phi cú cun khỏng cõn bng 1> iu chnh th cp : S gm 6 tiristor c b trớ nh hỡnh v n Mụn Hc in T Cụng Sut 11 Khi mun iu chnh dũng ti ch cn tỏc ng xung iu khin vo cỏc tiristor... mỏy bin ỏp : * Giỏ tr hiu dng dũng chy trong cun s cp : I1 = 0,4 I d 0,4.10000 = = 222( A) k 18 2 Tớnh toỏn mch t : Chn mch t 3 tr tit din mi tr c tớnh theo cụng thc : Q = k S C f [cm2] k= 4 n 6 , õy chon k = 6 S : cụng sut biu kin ca mỏy bin ỏp (VA) C : s tr ( C=3 ) f : tn s ngun in xoay chiu (f = 50Hz) Thay s ta cú Q = 6 28000 = 80,5(cm2) 3.50 3 Tớnh toỏn dõy cun : S vũng vụn : 4,44.f.B.Q 10 4 =4,4.50.1.80 . là thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu cho bể mạ hoặc bể điện phân. 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. VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ _________________o0o__________________ ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ BỘ NGUỒN CHỈNH LƯU CHO BỂ MẠ HOẶC BỂ ĐIỆN PHÂN Sinh viên thực hiện:. định phương án là dùng bộ biến đổi. Với mạch chỉnh lưu ( không dùng mạch chỉnh lưu ) có rất nhiều : chỉnh lưu một pha, chỉnh lưu ba pha, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển… Trong