Nguyên lý hoạt động và kết cấu của các loại nguồn một chiều

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Chương I Giới thiệu khái quát về công nghệ mạ xoa

I Giới thiệu chung.

II Qúa trình hình thành lớp mạ xoa

1 Khái niệm cơ bản về mạ xoa

2 Điều kiện tạo thành lớp mạ xoa

3 Đặc điểm của lớp kim loai mạ

III Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ

1 Điện thế và dòng điện

IV Đặc điểm của dung dịch mạ xoa.

V Gia công bề mặt trước khi mạ.

1 Gia công cơ học

2 Chỉnh lưu dùng các thiết bị điện tử công suất.

II Các phương pháp điều kiển điện áp chỉnh lưu

1 Điều chỉnh điện áp bằng biiến áp tự ngẫu

2.Điều chỉnh điện áp bằng thiềt bị bán dẫn

3 Điều chỉnh điện áp dùng cho bộ chỉnh lưu III các sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển

A các sơ đồ chỉnh lưu một pha có điều khiển

1 Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ có điều khiểnSV:Nguyễn Văn Định – Lớp : CTM3 - K44

Trang 2

2 Chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điều khiển

3 Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển

4 Chỉnh lưu cầu một pha không đối xứng

B Các sơ đồ chỉnh lưu ba pha có điều khiển

1 Chỉnh lưu ba pha có điều khiển

2.Chỉnh lưu tia sáu pha có điều khiển

3.Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển đối xứng 4.Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng

Chương III Thiết kế mạch động lực

I Tính và chọn van trong mạch động

1.Tính các thông số của van 2.Chọn van

II Tính toán máy biến áp động lực

1 Tính toán các đại lượng điện cơ bản

2 Tính toán các kích thước của máy biến áp 3.Tính toán các tham số ngắn mạch

4.Tính toán cuối cùng của mạch từ 5.Tính toán tổn hao không tải ChươngIV :Thiết kế mạch điều khiển.

I Nguyên tắc điều khiển Tiristor trong mạch xoay chiều

1 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

2 Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng Cosin

II Tính các khâu trong mạch điều khiển

1 Sơ đồ của mạch điều khiển

2 Chọn khâu đồng pha

SV : Nguyễn Văn Định Lớp : CTM 3 – K44 2

Trang 3

3 Chọn khâu so sánh

3 Chọn khâu khuếch đại tạo xung

4 Sơ đồ mạch điều khiển một kênh

III Tính chọn các linh kiện của mạch điều khiển

1 Tính biến áp xung

2 Chọn IC khuếch đại thuật toán

3 Chọn khâu khuếch đại toạ xung.

4 Tính chọn khâu so sánh

5 Tính chọn khâu đồng pha

IV Sơ đồ bộ nguồn một chiều cấp điện cho mạch điều khiển

Chương V Các vấn đề bảo vệ và ổn định các thông số đầu ra của nguồn mạ xoa

I Tính chọn các thiết bị bảo vệ 1.Bảo vệ quá điện áp

2.Bảo vệ nắn mạch điện 3.Bảo vệ quá nhiệt cho van

V Vấn đè ổn định thông số đầu ra của nguồn mạ xoa

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Trang 4

CHƯƠNG I

I TỔNG QUAN VỀ MẠ XOA

Chất lượng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính như khả năng chịumài mòn ,chịu nhiệt ,tính trơ hoá học , chống rỉ có ý nghĩa quyết định đến tuổithọ ,độ tin cậy của chúng Xu thế nâng cao năng suất và tác động nhanh củathiết bị làm cho điều kiện làm việc của chúng thêm khắc nhiệt Ngoài ra ,nhucầu sử dụng thiết bị ngày càng nhiều ,trong khi giá thanh chế tạo cao vì vậy việcphục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc đã hư hỏng mất giá trị sử dụng(như không đủ kích thước , không đủ độ bền , không đảm bảo liên kết lắp ghép )

có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn

Tới thế kỷ 20 bề mặt vật liệu đã được sử lý bằng những công ngệ phủ hoá lýkhác nhau Vật liệu phủ có thể là kim loại nguyên chất ,hợp kim nhiều thanhphần polyme gốm silíc ,vật liệu quang ,từ ,vớ các phương pháp phủ như :phủđiện hoá ,hoá học ,phun tĩnh điện ,phun hồ quang ,phun lasma ,phun siêu

âm ,PCD,CDV cấy các ion và đặc biệt là kỹ thuật mạ xoa

Kỹ thuật mạ xoa là sự phát triển mới của kỹ thuật mạ điện , là một nội dungquan trọng của công nghệ bề mặt , ở một số nước trên thế giới , đã được coi làhạng mục kinh tế mới cấp quốc gia và là trọng điểm để nghiên cứu và phổ cậpứng dụng

Mạ xoa cũng giống như các phương pháp mạ điện khác ,được chấp nhận vàrất hữu ích trong việc tái chế lại các chi tiết máy đã bị hư hỏng do sử dụng hoặcgia công sai Hiện nay các chi tiết như vậy đã được thu hồi và tái sử dụng nhờcông nghệ mạ xoa đặc biệt này ,và có khả năng trở về trạng thái mới Trongnhiều trường hợp các chi tiết này lại có tính chống mòn với tuổi thọ cao hơn chitiết mới Do vậy ,công nghệ mạ xoa này được ưng dụng rất rộng rãi trong cácngành công nghiệp và quân sự

Trang 5

Mạ xoa là một công nghệ bề mặt tiên tiến Nó cho phép vừa phục hồikích thứơc vừa tạo được chất lượng bề mặt cao về độ cứng , khả năng chịu màimòn ,độ bền Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như đầumáy toa xe, hàng không ,tầu thuyền , cơ giới công trình ,thiết bị điện tử

II QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH LỚP MẠ :

1 KHÁI NIỆM VỀ MẠ XOA

Mạ xoa là phương pháp mạ điện khi sử dụng bút xoa Cơ cấu của thiết bị baogồm : M ột bộ nguồn điều khiển vô cấp , cấp điện âm (-) cho chi tiết mạ và điện

áp dương (+) cho bút xoa Khi thực hiện quá trình mạ xoa , phải có sự chuyểnđộng tương đối giữa bút xoa và chi tiết mạ trong khi dung dịch mạ được cungcấp liên tục bằng máy bơm dung dịch Quá trình mạ chỉ diễn ra ở những nơi bútxoa chi tiết tiếp xúc với chi tiết gia công Sơ đồ nguyên lý của chung của hệthống thiết bị mạ xoa được thể hiện ở hình 1

Trong dung dich mạ xoa , chỉ phóng điện hoàn nguyên kết tinh tại nơi tiếp xúcgiữa bút mạ xoa và chi tiết Sự dịch chuyển của bút mạ hạn chế sự lớn lên và sátnhập của các hạt tinh thể , do đó trong lớp mạ tồn tại rất nhiều các hạt tinh thểnhỏ mịn và lệch vị , dẫn tới nâng cao củng cố độ cứng của lớp mạ

Dung dịch mạ xoa thông qua bút xoa được cung cấp kịp thời lên bề mặt làmviệc , rút ngắn quá trình khuếch tán ion kim loại ,khiến cho không nảy sinh hiệntượng thiếu ion Do hàm lượng ion trong kim loại rất cao cho phép sửa dụngdòng điện cao hơn bể mạ rất nhiều , do đó hình thành lớp mạ cao

Nguyên lý của kỹ thuật mạ xoa có thể biểu thị bằng công thức sau :

Mn+ +ne  M

Trong đó Mn+:ion kim loại

n:Hoá trị của kim loại

e :Điện tử

m :nguyên tử kim loại

Trang 6

1Nguồn điện mạ 2 Chi tiết mạ 3 Bút xoa

4 Lớp b3ọc anode 5 Bơm dung dịch 6 Khay đựng dung dịch Hình1.Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị mạ xoạ

2 ĐIỀU KIỆN TẠO THÀNH LỚP MẠ

Muốn hoà tan kim loại vào lớp mạ vào trong dung dịch hay làm kết tủaion kim loại đó lên bề mặt lớp nền thì cần phải tiêu tốn một điện thế để tạo sựcân bằng giữa kim loại điện cực và ion của nó trong dung dịch và điện thế nàygọi là điện thế cực Mặt khác , nồng độ ion M+ ở vùng katốt và bên trong dungdịch có sự sai lệch nên sinh ra một hiệu điện phân cực nồng độ Việc xuất hiệncác nguyên tố xung quanh điện cực mà chủ yếu là Hiđrô ở katôt và ion ở anốt đãtạo ra một hiệu điện thể gọi là phân cực hoá học Ngoài ra cũng cần một nănglượng để giải phóng các nguyên tố đã phóng điện ở trên cực được gọi là quáthế Vì thế để tạo thành lớp mạ điện thì điện thế đặt lên anốt và catốt phải lớnhơn hoặc bằng điện thế điện cực , các thế phân cực và quá thế công lại nhưngphải ngược dấu với chúng

3 ĐẶC ĐIỂM CỦA LỚP KIM LOẠI MẠ :

-Lớp mạ mịn không có tạp chất , chịu mài mòn tốt

-Độ dầy của lớp mạ phục hồi thường là 0,001-2 mm Khi khôi phục rãnh , độdày của lớp mạ có thể đạt được 3 mm

Trang 7

-Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào vật liệu mạ song thường ở trong khoảngnhư sau :

+ Cu:15-20 HRC

+Ni:48-52 HRC

+Cr:58-65 HRC

III CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHÊ CƠ BẢN CỦA KỸ THUẬT MẠ XOA.

Điện thế và dòng điện mạ :ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp mạ Nếuđiện thế cao,dòng điện mạ xoa lớn ,tốc dòng mạ xoa tăng nhanh , để hình thànhlớp mạ thô xốp Dòng điện lớn làm phát sinh nhiệt nhiều ,tăng nhiệt độ dungdịch mạ xoa, tốc độ mạ xoa càng nhanh ,bế mặt lớp mạ càng khô nhanh,làm tốnnhiều dung dịch mạ , dương cực dễ bị cháy khiến cho lớp mạ bị đen và thôrám ,thậm chí bong ra do quá nhiệt Nếu điện thế quá thấp hơn yêu cầu , tốc độhình thành lớp mạ quá chậm , đồng thời lớp mạ cũng thấp Muốn cho chất lượnglớp mạ đảm bảo hiệu suất sản suất , cần xác định phạm vi sử dụng của hiệu điệnthế tuỳ theo dung dịch mạ ,

IV ĐẶC ĐIỂM DUNG DỊCH MẠ XOA :

-Dung dịch mạ xoa phần lớn là dung dịch của các hợp chất hữu cơ của kimloại hoà tan trong nước và có tính ổn định cao

-Dung dịch mạ xoa có hàm lượng ion trong dung dịch cao hơn dung dịch mạđiện thông thường một vài lần cho nên năng xuất rất cao Tốc độ mạ gấp3 đến 5lần dung dịch bình thường

-Nhìn chung phần lớn các loại dung dịch mạ xoa không cháy , không độc vìphần lớn dung dịch mạ là trung tính , do đó có thể đảm bảo thao tác thủ công antoàn

-Tính ổn định của dung dịch mạ xoa cho phép có thể sử dụng tuần hoàn trongmột thời gian dài ,trong một phạm vi nhiệt độ , mật độ dòng tương đối rộngtrong quá trình sử dụng mà không cần thiết phải điều chỉnh nồng độ cuả ion kimloại

Trang 8

-Hiện nay đã chế tạo thành công ở thể rắn thành phần của dung dịch mạ xoakhiến cho việc vận chuyên và bảo quản rất thuận tiện

V GIA CÔNG BỀ MẶT KIM LOẠI TRƯỚC KHI MẠ

Đây là công đoạn quan trọng nhất trước khi tiến hành phương pháp mạbởi vì nó có tính quyết định đến chất lượng sản phẩm mạ Nhiệm vụ của côngđoạn này là làm sạch hết các lớp rỉ, các màng ôxit, màng dầu mỡ , tạp chất vàlàm sạch bề mặt chi tiết kim loại mạ, giúp cho các nguyên tử kim loại mạ đễdàng gắn bám trên bề mặt chi tiết tạo lớp mạ bền và mịn Quá trình gia công bềmặt kim loại gồm 2 bước:

1 GIA CÔNG CƠ HỌC

Trước tiên chi tiết được mài và đánh bóng, công đoạn này nhằm làm sạchhết rỉ, các màng ôxit, tạp chất…để bề mặt chi tiết được đồng đều và nhẵn hơn.sau đó tiến hành đánh bóng dùng cát mịn và chất đánh bóng để bề mặt chi tiếtđược nhẵn thêm và bóng sáng hơn Gia công cơ học gồm có:

Đối với những vật bé, nhỏ người ta dùng phương pháp quay để làm sạch

bề mặt cho vật đó khỏi các tạp chất và màng ôxit đồng thời tạo độ bóng cho vậtđó

- Đối với các vật có nhiều khe kẽ răng rãnh v.v… có thể sử dụng bàn chảiquay bằng dây thép dây đồng thau hoặc bằng rễ cây và thường chải ướt bằngdung dịch xà phòng

- Đối với các vật mạ có thước to và khó di chuyển thì dùng tia cát hoặc tianước có áp suất cao phun lên bề mặt gia công làm bong hết chất bẩn dầu mỡ

và màng ôxit

2 LÀM SẠCH BỀ MẶT VẬT MẠ

Sau quá trình gia công cơ học trên bề mặt vật thể còn bám lại các chất dầu

mỡ và chất đánh bóng Do đó phải tẩy sạch vật thể rồi mới đem đi mạ, quá trìnhgồm hai bước sau

Trang 9

* Tẩy bằng dung môi hữu cơ.

Làm sạch các loại dầu, mỡ khoáng, thuốc đánh bóng , dầu mỡ bảo quản…sau khi tẩy trong dung môi hữu cơ trên bề mặt vật thể vẫn còn một lớp dầu mỡmỏng nhưng vẫn đủ làm giảm độ gắn bám của lớp mạ đối với kim loại nền Đểloại bỏ hoàn toàn lớp mỏng dầu mỡ này ta phải tẩy tiếp bằng phương pháp hoáhọc và điện hoá

2 Dầu mỡ bám trên bề mặt vật nền có hai loại: Là loại có nguồn gốc thực

vật như este phức tạp của glixerin và những axit béo bậc cao như stearpalmitic… và loại có nguồn gốc khoáng vật là các hỗn hợp củahydrocácbon như paraphin dầu máy mỡ kỹ thuật Nhiệm vụ của dầu máy

mỡ kỹ thuật là làm sạch cả hai loại này khỏi bề mặt vật nền Loại nguồngốc thực vật có thể tác dụng với xút thành xà phòng nên tan trong nước.Loại có nguồn gốc khoáng không có khả năng xà phòng hoá nên có thểtẩy chúng bằng chất tẩy rửa đặc biệt Khi tẩy dầu mỡ hoá học thì cả haiquá trình trên đều xảy ra Vì vậy dung dịch tẩy dầu mỡ hoá học có chấtlượng cao phải thấm ướt tốt bề mặt cần tẩy và ngấm sâu vào chất bẩncần tẩy hoà tan, xà phòng hoá được dầu mỡ động thực vật và dễ rửa sạchsau khi tẩy Trong công nghiệp dung dịch tẩy có các thành phần như xút,phốt phat thuỷ tinh lỏng, xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp Ngoài ra còndùng thêm chất hoạt động bề mặt để làm tăng hiệu quả tẩy rửa, thường

là các chất tạo bọt hoặc các sản phẩm khác dùng trong tẩy rửa

3 Tẩy dầu mỡ điện hoá

Được thực hiện với một thời gian ngắn trong khâu làm sạch lần cuối đểlấy đi màng dầu mỡ còn sót lại sau lần tẩy trước Dung dịch tẩy điện hoá cóthành phần giống như dung dịch tẩy dầu mỡ hoá học nhưng nồng độ loãng hơn

Có thể dùng dòng điện xoay chiều hoặc một chiều cho tẩy điện hoá Khi dùngdòng điện một chiều thì vật tẩy có thể là katôt hoặc anôt

Cơ chế của tẩy dầu mỡ điện hoá là tách dầu mỡ trên bề mặt thành nhũtương trong dung dịch bằng các bọt Hydro trên katôt hoặc bọt ôxi trên anôt: Khi

Trang 10

nhúng kim loại dính dầu mỡ vào dung dịch kiềm, do tác dụng của sức căng bềmặt nên màng dầu mỡ bị nứt vỡ và co lại thành giọt Dưới tác dụng của phâncực, độ bám của màng dầu mỡ trên kim loại bị yếu đi, các giọt dầu mỡ co lạimạnh hơn đồng thời tính thấm nước của kim loại tăng lên Các bọt khi nhỏ táchkhỏi bề mặt kim loại sẽ bám lên các giọt dầu cạnh đó Dần dần bọt khí lớn lên

ôm lấy giọt dầu và cung tách khỏi bề mặt kim loại Nhược điểm của tẩy dầu mỡđiện hoá là khó tẩy sạch các khe, chỗ khuất, lỗ và cho các vật có hình thù phântán thì khả năng phân bố của dung dịch thấp

Bảng 1.Sơ đồ công nghệ của kỹ thuật mạ xoa được tiến hành theo các bước sau:

tt Tên nguyên công Mục đích nội dung sử dụng Chú thích

1 Chuẩn bị bề mặt Khử dầu ,mài sửa bề mặt che

chắn bề mặt không mạ

2 Làm sạch bằng điện

hoá Khử dầu bằng điện hoá Nối ngược cực

3 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiếp xúc bề

mặt khử cặn các bon Nói ngược cực

4 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiêp xúc bề

mặt khử cặn các bon Nối ngược cực

Trang 11

5 Mạ lớp lót Mạ tốt lớp lót , nâng cao độ

bám dính bề mặt Nối thuận cực

6 Mạ lớp kích thước Phục hồi nhanh kích thước

của chi tiết Nối thuận cực

7 Lớp mạ làm việc

Đạt độ chính xác về kíchthước , đáp ứng yêu cầu vềtính năng của bề mặt

Hiện nay có nhiều loại nguồn điện khác nhau có thể sử dụng làm nguồn

mạ xoa ,nguồn xoay chiều đối xứng , nguồn xoay chiều không đối xứng , nguồnđổi cực , áp dụng siêu âm … Nhưng phổ biến nhất và đơn giải nhất vẫn là nguồimột chiều Trong thực tế nguồn một chiều thường sử dụng cho mạ xoa là máyphát một chiều và chỉnh lưu ra dòng điện một chiều Chất lượng lớp mạ phụthuộc vào dòng điện một chiều do các bộ nguồn một chiều tạo ra ,vì vậy dòngđiện cung cấp cho thiết bị mạ xoa phải cho chất lượng tốt , độ bằng phẳng cao

và có thể điều chỉnh vô cấp một cách dễ dàng trong quá trình mạ

Sơ đồ cung cấp nguồn điện cho các bể mạ cần đơn giản và thuận tiện đểđiều chỉnh cường độ dòng điện và điện thế

I CÁC LOẠI NGUỒN ĐIỆN MỘT CHIỀU THƯỜNG DÙNG CHO MẠ XOA

1 MÁY PHÁT MỘT CHIỀU :

Thông thường tổ hợp Động cơ - Máy phát một chiều thường gồm một động

cơ cấp sử dụng nguồn điện xoay chiều được nối cứng với trục máy phát một

Trang 12

chiều Cơ năng từ động cơ sơ cấp được truyền qua khớp trục kéo máy phát nhờ

bộ phận khởi động nên máy phát quay tạo thành điện áp một chiều ở đầu ra

Hệ thống Động cơ- Máy phát có ưu điểm là tạo ra nguồn một chiều có chấtlượng điện áp tốt , điện áp đầu ra bằng phẳng và liên tục nhưng có một nhượcđiểm là hệ thống này quá cồng kềnh , hay bị rung và ồn trong quá trình hoạtđộng , kết cấu máy phát gồm có hệ thống tiếp xúc chổi than và cổ góp để lấyđiện ra hay bị hỏng , mặt khác hệ thống này dùng các thanh dài và có tiết diệnkhá lớn nên gây tổn thất một điện áp khá lớn , làm cho hiệu xuất của toàn hệthống thấp vào khoảng ( =600 ) Hiện nay máy phát một chiều không đượcdùng trong thực tế

2 CHỈNH LƯU DÙNG CÀC THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Chỉnh lưu cho phép điều chỉnh điện áp ra liên tục trong một dải điềuchỉnh rộng ,thuật lợi khi sử dụng và thay thế các linh kiện ,kích thước gọnnhẹ ,tác động nhanh ,dễ tự đông hoá ,dễ điều khiển ,có khả năng định dòng

và áp phù hợp với yêu cầu của dòng điện mạ xoa Ngày nay chỉnh lưu được

sử dụng ngày càng phổ biến để tạo ra nguồn một chiều cho thiết bị mạ xoavậy để tạo ra nguồn một chiều cho thiết bị mạ xoa ta dùng bộ nguồn chỉnhlưu

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP ĐẦU RA CỦA BỘ CHỈNH LƯU.

Muốn thay đổi điện áp ở đầu ra của bộ chỉnh lưu người ta có nhiều phương

pháp ,sau đây ta xét ba phương pháp thông dụng nhất

12

Trang 13

Hình 1

Nguyên lý hoat động của sơ đồ : Cấp nguồn xoay chiều ba pha vào

máy biến áp tự ngẫu , nhờ hệ thống chổi than trượt trên dây quấn thứ cấp để thayđổi điện áp đầu ra Đầu ra của máy biiến áp tự ngẫu nối với cuộn sơ cấp củamáy biến áp chỉnh lưu Máy biến áp này có nhiệm vụ hạ áp xuống theo tỷ sốbiến áp K cố định để cung cấp cho bộ chỉnh lưu diôt Bộ chỉnh lưu này cónhiệm vụ biến đổi điện áp ba pha xoay chiều thành điện áp một chiều cho thiết

ta không sử dụng sơ đồ này

2.ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU BẰNG THIẾT BỊ BÁN DẪN

SV : Nguyễn Văn Định Lớp : CTM 3 – K44

cl

13

Trang 14

MBACL CL

u

+ -

Hình 2

Sơ đồ trên gồm có bộ điều chỉnh điện áp bằng van bán dẫn có điềukhiển,một máy biến áp chỉnh lưu hạ thế , bộ chỉnh lưu ba pha tạo nguồn mộtchiều Trong đó các bán dẫn Tirstor có thể sử dụng máy biến áp xung có haicuộn dây thứ cấp để mở hai van cùng một lúc Để có dòng điện chạy qua máybiến áp chỉnh lưu thì Tiristor ở hai hoặc ba pha phải ở trạng thái mở Khi Tiritor

ở hai pha cho dòng điện chạy qua thì điện áp tức thời trên pha tải liên quan bằngnửa điện áp của hai pha đang xét Còn khi Tiristor ở ba pha cùng mở cho dòngchảy qua thì nó bằng điện áp pha tương ứng Hình dáng và giá trị hiệu dụng củađiện áp của mỗi pha phụ thuộc vào góc mở  Do đó để điều chỉnh được điện ápđầu ra của bộ chỉnh lưu điốt ta chỉ việc điều chỉnh góc mở của các van bán dẫnTiristor ở đầu vào

Phương pháp này có ưu điểm là có thể điều chỉnh được với bất kỳ dạngtải nào, quán tính điều khiển nhanh và có thể đáp ứng được mọi yêu cầu củacông nghệ Nhưng phương pháp này có đặc điểm là việc điều khiển mở các vanrất phức tạp, gây không ít khó khăn cho việc vận hành và sửa chữa

3 ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP ĐẦU RA DÙNG CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ

ĐIỀU KHIỂN:

Trang 15

Hình 3

Hình 6: Sơ đồ điều chỉnh điện áp dùng bộ chỉnh lưu điều khiển.

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ: Khi cấp nguồn điện xoay chiều ba phamáy biến áp chỉnh lưu, nhờ máy biến áp hạ điện áp xuống điện áp không tải cấpcho bộ chỉnh lưu điều khiển Tiristor Tại thời điểm điện áp anốt của Tiristordương, cấp xung điều mở các van Khi van mở thông, dòng điện từ thứ biến ápqua van đến tải Góc mở các Tiristor phụ thuộc vào giá trị của điện áp đầu ra

Sơ đồ này có ưu điểm là gọn nhẹ, các Tiristor chỉ phải chịu điện áp ngượcnhỏ, việc điều khiển mở các van dễ dàng, đải điều chỉnh điện áp lớn và có liêntục trong suốt dải điều chỉnh đó

Nhận xét : Qua các sơ đồ đã xét ở trên ta thấy sơ đồ điều khiển điện áp radùng bộ chỉnh lưu có điều khiển và đơn giản nhất và có ưu điểm hơn các sơ đồkhác về mặt điều khiển, vận hành và sửa chữa Trong thực tế với loại tải mạ xoangười ta thường dùng sơ đồ điều khiển điện áp đầu rabằng các bộ chỉnh lưu điềukhiển

Trang 16

I.Cỏc sơ đồ cnỉnh lưu 1 pha cú điều khiển

1 Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ cú điều khiển dựng Tiristor

HHỡnh 4

Sơ đồ cnỉnh lưu một nửa chu kỳ súng điện ỏp ra một chiều sẽ bị giỏn đoạn trongmột nửa chu kỳ khi điờn ỏp anod của van bỏn dẫn õm.do vậy khi sử dụng chỉnhlưu một nửa chu kỳ chỳng ta cú chất lượng điện ap xấu,trị số điện ỏp tải trungbỡnh lớn nhõt được tớnh

Udo= 0,45.U2 Sba=3,09.Ud.Id

Đõy là loại chỉnh lưu cơ bản sơ đồ nguyờn lý mạch đơn giản chấy lượng điện ỏpkhụng được tốt

2 Sơ đồ cnỉnh lưu 1 pha hai nửa chu kỳ dựng tiristor cú điều khiển

s=3,09.pd

u2 u1

d1

ud

công suất máy biến áp

công thúc tính toán ud=0,45.u2 id=ud/r

rt o

ud ud sơ đồ điện áp

Trang 17

Đồ ỏn tốt nghiệp Trường Đại Học Bỏch Khoa Hà Nội

Hỡnh 5

Sơ đồ này cần hai cuộn dõy biến ỏp thứ cấp với cỏc thụng số giụng hệt nhau.ở mỗi nửa chu kỳ cú một van bỏn dẫn cho dũng chạy qua

Sơ đồ này biến ỏp phải cú hai cuộn dõy thứ cấp với thụng số giống nhau

Điện ỏp trung bỡnh trờn tải Udo= Udo. (1+cús α )/2 =0.9U2 khi tải

Ud=Udo.cos α khi tải điện cảm điện ỏp ngược của van lớn nhất Unv=2 √2 U2dũng điện mà van bỏn dẫn phai chiệu tối đa bằng 1/2 dũng điện tải Ihd=0.71Id3.Chỉnh lưu cầu một pha đối xứng dựng tiristor cú điều khiển khiển

Hỡnh 6nhúm ca tốt chung T1,T3,T5

o

r,l

ud t1 r u1 u22 t2 u21 u l

i o

sơ đồ điện áp o

io id ud

sơ đồ chỉnh luu 1 pha hai nủa chu kỳ dùng tiristor khi tải r,l

ut1

ud=2 công thúc tính toán u22

ut2 t2 u1 ud

rt

u21 l t1

o

o ud sơ đồ điện áp

Trang 18

4.Chỉnh lưu cõu khụng đối xứng

Hỡnh 7

Khi điện ỏp anod T1dương va catod D1 õm cú dũng điện tải chạy quaT1 D1 đếnkhi điện ỏp đỏi dấu T1 sẽ bị khoỏ khi cú xung mở T2 cỏc van bỏn dẫn được mởthụng tromg một nửa chu kỳ cỏc diod dẫn từ đầu đến cuối bỏn kỳ điện ỏp õmcatod,cũn cỏc tristor được dẫn thụng tại thời cú xung mở tiistor ở nửa chu kỳ kếtiếp

Dũng điện trung bỡnh qua van Itb=1/2.Id dũng điện hiệu dụng Ihd=0.71.Id

ở sơ đồ sử dụng một nửa số van điều khiển do đú giỏ thành thiết bị giảm vỡ diot

rẻ hơn nhiều so với tiristor vỡ vậy sơ đồ điều khiển cũng đơn giản

II.Sơ đồ chỉnh lưu ba pha cú điều khiển

1 Chỉnh lưu tia ba pha cú điều khiển dựng Tiristor

o

2 d=2 u2 cos công thúc tính toán d4

u1 u2 t1

rt

d3 l ud t2

o i2 id o it2 o id2 id

id it1 o o id id

sơ đồ chỉnh luu cầu 1 pha kđx

t1

rt d3

l ud t2

o i2 id o it2 o id2 id

id it1 o o id id

sơ đồ chỉnh luu cầu 1 pha kđx

Trang 19

Hình 8

Từ sơ đồ chỉnh lưu trên ta thấy các Tiristor sẽ nhận xung điều khiển đểdẫn điện trong các bán kỳ dương của điện ap pha tương ứng Các xung điềukhiển này đồng bộ với điện áp của các van tương ứng và góc lệch pha giữachúng là 1200 để góc mở của các van là giao điểm của van là trùng nhau Với sơ

đồ chỉnh lưu tia ba pha thì góc thông tự nhiên của van là giao điểm của hai điện

áp pha ở phần dương tức là dịch pha 300 so với điện áp pha đó Khi đó góc mởnhỏ nhất  =300 thì điện áp chỉnh lưu đạt giá trị cực đại Ta có nguyên lý hoạtđộng của sơ đồ như sau: Tại thời điểm mở van T1, pha A có điện áp dương hơnnên van T1 cho dòng tải Id chạy qua tải và về trung tính của máy biến áp Khiđiện áp của pha dương hơn nhưng nếu T2 chưa có xung điều khiển mà pha A vẫndương hơn trung tính thì T1 vẫn dẫn dòng cho đến khi van T1 có xung điềukhiển mở mới thôi Tương tự như vậy khi pha C dương hơn

Sơ đồ dạng sóng điên áp chỉnh lưu với góc mở ỏ =300 và ỏ >300được biểu diễn như sau:

Hình 9: dạng sóng điên áp khi ỏ =30 0

Trang 20

Hình10: dạng sóng điên áp chỉnh lưu khi ỏ >30 0

Điện áp chỉnh lưu khi ỏ >300 được tính theo công thức sau :

2 CHỈNH LƯU TIA 6 PHA :

Sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha xét ở trên chất lượng điện áp chưa thật tốt lắmnên khi cần chất lương điện áp tốt hơn ta sửa dụng sơ đồ nhiều pha hơn Mộttrong những sơ đồ đó là chỉnh lưu tia sáu pha Sơ đồ mạch động lực đươc mô

Trang 21

Hình 11

Sơ đồ này gồm 6 Tiristor chia làm hai nhóm Nhóm thứ nhất gồm ba van

T1,T3,T5 tạo ra điện áp Nhóm thứ hai gồm ba van T2,T4,T6 tạo ra điện áp

Ud2 Điện áp thứ cấp Ua1 và Ua2, Ub1và Ub2 ,Uc1và Uc2 và Uc2 ngược pha nhautừng đôi một Cuộn kháng cân bằng làm cho hai nhóm chỉnh lưu làm việc songsong và độc lập với nhau

Từ sơ đồ hình H.14 ta thấy biến áp ba pha có ba cuộn dây đặt trênmỗi trụ một cuộn sơ cấp và hai cuộn thứ cấp các cuộn dây thứ cấp tạo ra hai hệthống điện áp ba pha lệch nhau 1800 điện Điện áp các pha dịch nhau một góc là

600 như mô tả hình vẽ 11:

Hình 12 Việc phát xung điều khiển mở các van cần phải thưc hiện theo thứ

tự sau;

T1-T5,-T3-T1, -T5-T3,.Ta thấy tại bất kỳ thời điểm nào cũng có hai Tiritor dẫn dòng trong đó một van thuộc nhóm thư nhất và một van thuộc nhóm thứ hai

Khi đó điện áp đăt trên tải Ud=

SV : Nguyễn Văn Định Lớp : CTM 3 – K44

1

d d 2

21

Trang 22

Giá trị điện áp của chỉnh lưu được theo công thức :

2t sin d =1,35U2t cos

Giá trị trung bình của dòng điện chảy qua mỗi van ; Itb=

do đó sơ đồ chỉnh lưu tia sáu pha có ý nghĩa khi cần dòng tải lớn Nhược điểmcủa sơ đồ là chế tạo máy biến áp phức tạp hơn các sơ đồ khác

3 CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN ĐỐI XỨNG

d

22

Trang 23

Hình 13: Chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiên đối xứng

Sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng gồm 6 Tiristor chia thànhhai nhóm Nhóm catốt chung gồm các van T1,T3 ,T5 Nhóm anốt chung gồm cácvan T2 ,T4 ,T6 Theo hoạt động của chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đốixứng ,dòng điện chạy qua tải là dòng điện chạỵ từ pha nay về pha khia Do đótại mỗi thời điểm cần mở Tiritsor chúng ta cần cấp hai xung điều khiển đồngthời để mở một Tiristor ở nhóm Anốt và một Tiristor ở nhóm catốt Trong mỗinhóm khi một Tiristor mở nó sẽ khoá ngay tiristor dẫn dòng trước đó Dưới đây

là sơ đồ dang sóng của điện áp chỉnh lưu khi góc mở ỏ =300

Hình 14

Nguyên lý hoạt động của sơ đô chỉnh lưu :

Trang 24

Giả sử tại thời điểm ban đầu các van T4 và T5 mở đang dẫn dòng điện ,

đến thời điểm  =

Π

6 +ỏ phát xung điều khiển mở T1 Tirstor T1 mở làm cho

T5 bị khoá lại vì điện thế pha A dương hơn pha C Khi đó hai van T1 và T4 chodòng tải chạy qua Tại thời điểm 2 , phát xung mở T2 và khi đó T4 bị khoá lạimột cách tự nhiên lúc này dòng tải chạy qua hai van T1 và T2 Tại thời điểm 3phát xung điều khiển mở T3 khi T3 dẫn dòng sẽ làm cho van T1 khoá lai do đódòng tải chảy qua hai van T3 và T2 Tại thời điểm 4 phát xung điều khiển mởvan T6 ,van T6 dẫn làm cho T2 khoá và dòng tải chảy qua hai van T3 và T6 Tạithời điểm phát xung điều khiển mở van T5 khi T5 dẫn dòng sẽ làm cho T3khoá Do đó hai van T5 và T6 sẽ cho dòng tải chảy qua trong khoảng thời gian 5đến 6.Tại thời 6 điểm phát xung điều khiển T2 và T4 khoá lại một cách tự nhiên

và hai van T5 và T4 cho dòng tải chạy qua trong khoảng thời gian từ 6 đến

7 Đến 7 tiêp tục cho xung điều khiển mở van T1 và quá trình hoạt độngtương tự trên

Điện áp chỉnh lưu bao gồm cả hai đường bao phía trên và phía trên dướinhư trên hình vẽ , điện áp chỉnh lưu đươc xàc định theo công sau :

Trang 25

3 CHỈNH LƯU CẦU BA PHA ĐIỀU KHIỂN KHÔNG ĐỐI XỨNG

Ta có thể coi sơ đồ trên tương đương với hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha ,một sơ đồ điền khiển dùng Tiristor và một sơ đồ không điền khiển dùngđiốt,được đấu nối tiếp vối nhau và làm việc độc lập với nhau trên cùng một phụtải

Giá trị điện áp chỉnh lưu được xác định theo công thức :

Trang 26

Từ sơ đồ dạng sóng điện áp của chỉnh lưu ta thấy quá trình hoạt động của

sơ đồ như sau :Tại thời điểm ban đầu khi điện áp pha A dương hơn, điện áp pha

B âm hơn ,phát xung điều khiển mở Tiristor T1 Dòng điện qua T1 đến tải và quađiốt D2 trở về pha B Điốt D2 dẫn của sơ đồ như sau : Tại thời điểm ban đầu khiđiện áp pha A là dương hơn , điện áp pha B âm hơn , phát xung điều khiểnTirstor T1.Dòng điện đi từ máy biến áp qua T1 đến tải và qua điốt D2 trở về pha

B Điốt D2 dẫn điện cho đến thời điểm 2 thì điện áp pha C âm hơn điện áp phalàm cho D2 khoá lại và D3 mở Dòng điện đi từ pha A qua T1 ,D3 trở về pha C T1

và D3 Dẫn dong điện cho đến thời điểm 3 thì mạch điều khiển phát xung mở T2.T2 dẫn dòng điện làm T1 khoá lại vì điện áp pha âm hơn điện áp pha B Dòngđiện đi từ pha B qua T2 và D3 để về C.Đến thời điểm 4 điện áp pha âm A hơnđiện áp pha C làm cho D3 khoá lại , D1 mở để cùng với T2 dẫn dòng qua tải chođến thời điểm 5.Tại thòi điểm 5 mạch điều khiển phát xung điều khiển mở

T3 ,T3 dẫn dòng làm cho T2 khoá lại vì Uc dương hơn Ub T3 cùng với D1 dẫndòng qua tải cho đến 6 khi đó Ub âm hơn làm cho D1 khoá và D2 mở Lúc nàydòng điện chạy từ pha C qua T3 qua tải rồi trở về B qua D2 đến 7 Khi đó quátrình hoạt động của sơ đồ lại tiếp tục như chu kỳ trước

Trên hình vẽ dạng sóng điện áp chỉnh lưu dòng điện àp tải chính là đườngbao phía trên và đường bao phía dưới của sơ đồ Ta thấy sơ đồ này có dòng điện

và điện áp tải liên tục khi góc mở các van bán dẫn nhỏ hơn 600 , khi đó góc mởtăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ thì dòng điện và điện áp sẽ gián

Trang 27

đoạn Sơ đồ này có ưu điểm là việc khích các van mở dễ dàng hơn so với sơ đồchỉnh lưu ba pha điều khiển đối xứng

Nhận xét : Từ các sơ đồ chỉnh lưu đã xét ở trên vậy để đơn giản trong chếtạo máy biến áp và tính toán cuộn kháng cân bằng ta chọn sơ đồ chỉnh lưu hainửa chu kỳ

II TÍNH TOÁN MẠCH ĐỘNG LỰC

1.Các thông số cơ bản

Nguồn mạ xoa một chiều được thiết kế tính toán , chế tạo với các thông

số cơ bản sau :

- Dũng một chiều cực đại : I = 100 (A)

- Điện áp một chiều cực đại : Umax = 27 (V)

- Điện áp một chiều định mức : Udm = 25 (V)

- Dải điều chỉnh điện áp mạ : 0 ữ 25 (V)

- Dải dũng điện làm việc : 0 ữ 100 (A)

- Chế độ tự động AUTO có đảo chiều cực tính , đặt tự động thời

gian mạ thuận T và mạ ngược N theo yêu cầu công nghệ

- Các chế độ MAN và AUTO được khống chế qua đồng hồ công

suất A.h nếu đồng hồ được đặt ở chế độ SET

Trang 28

Hỡnh 17

Mạch động lực của nguồn mạ xoa bao gồm :

- MBA : Mỏy biến ỏp nguồn hạ ỏp

- T1, T2 – T3 , T4 : Hai bộ chỉnh lưu đảo chiều bằng Thyristors

- XK : Cuộn khỏng lọc một chiều cụng suất lớn

4 Tính toán thiết kế mạch động lực

IV.1.Tớnh chọn cỏc van bỏn dẫn Thyristors:

Các van động lực được lựa chọn dựa vào các yếu tố cơ bản là dũng tải ,

sơ đồ đó chọn , điều kiện toả nhiệ , điện áp làm việc

1.Công suất mạ một chiều định mức :

Pdm = Udm Idm = 25 V 100 A = 2500 W

Udm : Điện áp định mức trên tải (V)

Idm : Dũng điện định mức trên tải (A)

2.Công suất mạ một chiều cực đại :

Pmax = Umax Idm = 28 V 100 A = 2700 W

3 Điều chỉnh điện áp không tải :

Uo = Umax +ÄUT + ÄUR + ÄUX = 28 + 1 + 28.10,1 + 0,05.28 = 33,2 V

Trong đó :

ÄUT = 1 V - Sụt ỏp trờn Thyristor

ÄUR = 10% Umax = 2,7 V - Sụt áp trên điện trở MBA nguồn

ÄUR = 5% Umax = 1,35 V - Sụt áp trên điện kháng

4 Điện áp xoay chiều thứ cấp của các cuộn dây thứ cấp MBA nguồn :

Trang 29

R dũng một chiều cực đại trên tải

7 Dỏng điện làm việc của Thyristor được chọn theo dũng điện hiệu dụngcủa sơ đồ :

Ta chọn Thyristor cú dũng định mức :

Ith = 2.Ilv = 2 78,5 = 157 ATrong đó : 2 - hệ số quá dũng dự trữ

11 Chọn T1, T2, T3, T4 là Thyristor TL- 160 của Liờn Xụ sản xuất , cú cỏc thụng số :

- Dũng định mức ITh = 160 A

- Điện áp ngược cực đại : Ungược= 1000 V

- Điện áp rơi khi dẫn dũng :

Trang 30

Chọn loại MBA một pha hạ ỏp , lừi hỡnh xuyến , làm việc dài hạn , hai cuộn dõy thứ cấp , làm mỏt tự nhiờn bằng quạt đối lưu không khí

1 Điện áp nguồn phía cuộn dây sơ cấp :

Trang 31

f = 50 Hz tần số điện lưới Làm trũn QBA = 36 cm2

11 Chọn lừi thộp kỹ thuật điện kiểu hỡnh trụ chữ nhật loại

III40x100, lỏ thộp dày 0,35 mm , cú cỏc thụng số cơ bản :

15 Mật độ dũng điện dây quấn sơ cấp : J1 = 2,75 A/mm2

16 Dây quấn sơ cấp chọn hỡnh trũn , cú đường kính :

- Đường kính dây không kể cách điện : dso = 2,1 mm

- Tiết diện dõy quấn : S10 = 3,462 mm2

Trang 32

- Đường kính dây kể cả cách điện : ds = 2,2 mm

18 Điện trở suất của dây đồng ở 20oC :

22 Điện trở của một mét dây quấn thứ cấp :

Trang 33

W1-1 =

CV 3− ph

d s =

3942,2 = 179 vũng

31 Số vũng dõy của lớp dõy quấn ngoài của dây quấn sơ cấp:

35 Cách điện giữa hai giây quấn sơ cấp và thứ cấp bằng bỡa và phớp cỏch điện, có độ dày Δt 2 = 10 mm

36 Đường kính trong của cửa sổ cũn lại là: d5

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	0,91 MB

Nguyên lý hoạt động và kết cấu của các loại nguồn một chiều

Giản đồ điện ỏp của mạch điều khiển