THIẾT kế NGUỒN mạ một CHIỀU có đảo CHIỀU DÒNG điện

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ NGUỒN MẠ MỘT CHIỀU CÓ ĐẢO CHIỀU DÒNG ĐIỆN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN HỌ VÀ TÊN MSSV LỚP PHƯƠNG ÁN 5: : ĐỖ MẠNH CƯỜNG : ĐỖ THẾ BẢO : 20101126 :TĐH3-K55 NGUỒN ĐIỆN MẠ : 12– 36 (V) DÒNG ĐIỆN MAX : 50(A) THỜI GIAN THUẬN : 50- 600 (S) THỜI GIAN NGƯỢC : 5- 60 (S) CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU KỸ THUẬT 1.1.Tìm hiểu công nghệ mạ Mạ điện dùng nhiều nghành công nghiệp khác để chống ăn mòn,phục hồi kích thước,làm đồ tranh sức,chống ăn mòn,tăng đj cứng ,dẫn điện ,dẫn nhiệt,phản quang,dễ hàn…Về nguyên tắc,vật liệu kim loại ,hợp kim,đôi chất dẻo gốm sứ composit Lớp mạ ,ngoài kim loại hợp kim composit kim loại -chất dẻo kim loại –gốm…Tuy nhiên việc chọn vật liệu mạ tuỳ thuộc vào trình độ lực công nghệ ,vào tính chất cần có lớp mạ vào giá thành Xu hướng chung dùng vật liệu rẻ ,sẵn có vật liệu mạ đắt,quí lơp mỏng bên Như :Mạ điện trình điện kết tủa chất lên bề mặt lớp phủ có tính chất cơ,lý ,hoá đáp ứng nhu cầu mong muốn Ngày thường sử dụng trình mạ điện điện phân theo sơ đồ hình Hình sơ đồ nguyên lý mạ điện phân 1.2.các thành phần a.Điện cực anốt: Trong mạ điện thường dùng điện cực anốt tan kim loại làm lớp mạ.Trong trình anốt bị tan để cung cấp ion kim loại cho dung dịch,đảm bảo nồng độ ion dung dịch không đổi.Phản ứng anốt lúc là: M - ne →M n+ Trong trường hợp dùng anốt trơ nhơ :Platin,cacbon…thì trình anốt là: − 4OH - 4e → → 2 2H O + O + (môI trường kiềm) 2H O - 4e 4H +O Để giữ cho nồng độ ion kim loại không đổi phảI bổ sung thêm hó chất thích hợp *Yêu cầu kỹ thuật: để đảm bảo chất lượng mạ trước điện phân anot cần phải đánh dầu mỡ, bụi, lớp rỉ,… b.Điện cực catôt: Điện cực catốt vật cần mạ ,được nối với cực âm nguồn điện chiều.Trên catôt xảy trình: → n+ M + ne M Thực trình xảy theo nhiều bước liên tiếp: n+ Cation hyđrat hoá M mH O di chuyển từ dung dịch vào bề mặt catốt Catốt vỏ hyđrat hoá (mH O) vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catốt Điện tử (e) từ catốt điền vào vàn điện tử hoá trị cation biến thành phân tử trung hoà Các nguyên tử kim loại tham gia vào thành mầm tinh thể tham gia nuôI lớn mầm tinh thể sinh trước Mầm phát triển thành.Tinh thể kết thành lớp mạ *Yêu cầu kỹ thuật: Để đảm bảo chất lượng lớp mạ trước thực trình mạ điện cần phải quan tâm tới độ độ bóng bề mặt chi tiết cần mạ -Độ bề mặt chi tiết cần mạ cao nguyên tử kim loại mạ có khả liên kết trực tiếp với mạng tinh thể kim loại chi tiết để đạt độ gắn bám cao lớp mạ chi tiết cần mạ -Độ nhẵn bề mặt chi tiết cần mạ ảnh hưởng lớn đến độ nhẵn bóng vẻ đẹp lớp mạ Nếu bề mặt nhám, xước phân bố điện mật độ dòng điện không Bề mặt chi tiết sau mạ có chỗ lõm, chỗ lồi, xuất rãnh sâu Vậy để lớp mạ bám chặt vào bề mặt chi tiết lớp mạ hơn, bóng hơn, chất lượng lớp mạ cao,…thì catôt cần phải gia công bề mặt nhẵn bóng, lớp bụi, lớp rỉ…trước đưa vào mạ Catôt sau đánh bóng, cần phải nhúng gập dung dịch điện phân, không sát đáy bể điện phân Chỗ nối catốt với nguồn chiều phải đảm bảo tiếp xúc tốt, không gây tượng phóng điện trình điện phân Tuyệt đối không để chạm trực tiếp catôt anot nối mạch điện c Dung dịch điện phân: Dung dịch mạ giữ vai trò định lực mạ (tốc độ mạ, chiều dày tối đa, mặt hàng mạ…) chất lượng mạ Dung dịch mạ thường hỗn hợp phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất điện ly (dẫn điện) chất phụ gia nhằm đảm bảo thu lớp mạ có chất lượng tính chất mong muốn + Dung dịch muối đơn: Còn gọi dung dịch axit, cấu tạo muối axit vô hoà tan nhiều nước phân ly hoàn toàn thành ion tự Dung dịch đơn thường dùng để mạ với tốc độ mạ cao cho vật có hình thù đơn giản + Dung dịch muối phức: Ion phức tạo thành pha chế dung dịch Ion kim loại mạ ion trung tâm nội cầu phức Dung dịch phức thường dùng trường hợp cần có khả phân bố cao để mạ cho vật có hình dáng phức tạp + Các phụ gia: - Chất dẫn điện : Đóng vai trò dẫn dòng điện dung dịch - Chất bóng: Chất bóng thường dùng với liều lượng tương đối lớn (vài gam/lit) bị lẫn vào lớp mạ nhiều Chúng cho lớp mạ nhẵn mịn làm thay đổi trình tạo mầm,làm tăng ứng suất nội độ dòn - Chất san bằng: Các chất cho lớp mạ nhẵn, phẳng phạm vi rộng (vĩ mô) Nguyên nhân chúng hấp phụ lên điểm có tốc độ mạ lớn làm giảm tốc độ xuống Vậy phụ gia ưu tiên hấp phụ lên điểm lệch chỗ có lượng tự lớn lên đỉnh lồi chỗ có tốc độ khuếch tán lớn phụ gia đến Các phụ gia hấp phụ làm giảm tốc độ chuyển dịch điện tử Trong thực tế, nhiều phụ gia có tác dụng chất bóng chất san - Chất thấm ướt: Trên Catot thường có phản ứng phụ sinh khí Hydro Chất thúc đẩy bọt khí mau tách khỏi bể mạ, làm cho trình mạ nhanh *Yêu cầu kỹ thuật: -Dung dich mạ phải có độ dẫn điện cao để giảm tổn thất điện trình mạ đồng thời làm cho lớp mạ đòng -Trong dung dịch mạ mật độ dòng điện đại lượng gây phân cực điện cực Trong trình mạ, mật độ dòng điện yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đến chất lượng lớp mạ Mật độ dòng điện cao làm cho trình phân cực nhanh làm cho lớp mạ mịn, sít chặt đồng nguyên tử kim loại mạ sinh nhanh Nhưng mật độ dòng điện cao lớp mạ bị cháy Ngược lại mật độ dòng điện thấp tốc độ mạ chậm kết tủa thô, không làm lớp mạ chất lượng Vì dung dịch mạ cho lớp mạ có chất lượng mạ cao khoảng mật độ dòng điện định Tuỳ theo yêu cầu đặc thù chi tiết cần mạ mà chọn dung dịch mạ có mật độ dòng điện phù hợp -Mỗi dung dịch mạ cho chất lượng lớp mạ tốt khoảng nhiệt độ độ pH định d Nguồn chiều: Thiết kế nguồn cho tải mạ điện, sau tìm hiểu công nghệ mạ, ta biết loại nguồn cho mạ điện điện chiều Các loại nguồn chiều cấp điện cho bể mạ bao gồm pin, ắc quy, máy phát điện chiều, biến đổi Máy phát điện chiều với nhược điểm: cổ ghóp mau hỏng; thiết bị cồng kềnh; làm việc có tiếng ồn lớn không dùng thực tế Bộ biến đổi (BBĐ) có ưu điểm: thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ tự động hoá, dễ điều khiển ổn định dòng áp dùng nhiều để làm nguồn cấp cho tải mạ điện Điện áp BBĐ thấp: 3V, 6V, 12V, 24V,… Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà ta chọn BBĐ với điện áp phù hợp e bể điện phân Bể điện phân làm vật liệu cách điện, bền hoá học, nhiệt độ, không thấm nước 1.3.Gia công bề mặt kim loại trước mạ a.Gia côngcơ học Gia công học trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng độ nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám đẹp thực gia công học nhiều cách: mài, đánh bóng (là trình mài tinh), quay xóc vật nhỏ, chải, phun tia cát tia nước áp suất cao Quá trình gia công học làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám lớp mạ sau Vì trước mạ cần phải hoạt hóa bề mặt axit loãng đem mạ b.Tẩy dầu mỡ Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất khí, thường dính dầu mỡ, dù mỏng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc với dung dịch tẩy, dung dịch mạ… Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ cách sau: Tẩy dung môi hữu tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4… chúng có đặc điểm hòa tan tốt nhiều loại chất béo, không ăn mòn kim loại, không bắt lửa Tuy nhiên, sau dung môi bay hơi, bề mặt kim loại dính lại lớp màng dầu mỡ mỏng => không sạch, cẩn phải tẩy tiếp dung dịch kiềm Tẩy dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm số chất nhũ tương hóa Na2SiO3, Na3PO4… Với chất hữu có nguồn gốc động thực vật tham gia phản ứng xà phòng hóa với NaOH bị tách khỏi bề mặt Với loại dầu mỡ khoáng vật bị tách tác dụng nhũ tương hóa Na2SiO3 Tẩy dung dịch kiềm phương pháp điện hóa, tác dụng dòng điện, oxy hidro thoát có tác dụng theo hạt mỡ bám vào bề mặt tấy phương pháp dung dịch kiềm cần pha loãng so với tẩy hóa học đạt hiệu Tẩy dầu mỡ siêu âm dùng sóng siêu âm với tần sốdao động lớn tác dụng lên bề mặt kim loại, rung động mạnh giúp lớp dầu mỡ tách dễ dàng c.Tẩy gỉ Bề mặt kim loại thường phủ lớp oxit dày, gọi gỉ tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng axit loãng H2SO4 hay HCl hỗn hợp chúng Khi tẩy thường diễn đồng thời trình: hòa tan oxit kim loại Tẩy gỉ điện hóa tẩy gỉ hóa học đồng thời có tham gia dòng điện Có thể tiến hành tẩy gỉ catot tẩy gỉ anot Tẩy gỉ anot lớp bề mặt nhám nên lớp mạ gắn bám tốt Tẩy gỉ catot sinh H sinh, có tác dụng khử phần oxit Hidro sinh góp phần làm tơi học màng oxit bị bong Tẩy gỉ catot áp dụng cho vật mạ thép cacbon, với vật mạ Ni, Cr không hiệu d.Tẩy bóng điện hóa hóa học Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao gia công học.lớp mạ gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, lỗ thủng tạo tính chất quang học đặc biệt Khi tẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt dung dịch đặc biệt Do tốc độ hòa tan phần lồi lớn phần lõm nên bề mặt san trở nên nhẵn bóng Cơ chế tẩy bóng hóa học giống tẩy bóng điện hóa Khi tẩy bóng hóa học xuất lớp màng mỏng cản trở kìm hãm tác dụng xâm thực dung dịch với kim loại chỗ lõm e.Tẩy nhẹ Tẩy nhẹ hay gọi hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy lớp oxit mỏng, không nhìn thấy được, hình thành trình gia công trước mạ khitẩy nhẹ xong, cấu trúc tinh thể bị lộ ra, độ gắn bám tăng lên 1.4 tiêu dánh giá chất lượng mạ Chất lượng mạ chiều qui định yếu tố sau: độ bám chặt, độ bóng, độ dày lớp mạ Chế độ dòng điện ảnh hưởng lớn đến chất lượng lớp mạ Tuỳ theo yêu cầu sản phẩm như: cần độ bền học cao hay thấp, mức độ chống ôxi hoá mà độ dày lớp mạ dày hay mỏng Để dạt độ dày cần thiết cần phải có thời gian mạ hợp lý a.Độ bám lớp mạ Đây tiêu quan trọng, định độ bền sản phẩm, lớp mạ sau mạ lại có độ bám dễ bị bung bề mặt vật cần mạ bị lộ xấu, dễ bị ôxi hoá dẫn đến hỏng… không đáp ứng yêu cầu chất lượng lớp mạ b.Độ bóng bề mặt lớp mạ Độ bóng bề mặt lớp mạ thông số quan trọng, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm đặc biệt đồ trang sức Đồng thời độ bóng lớp mạ cao tăng độ bền học cho chi tiết mạ Để tăng độ bóng ta dùng mạ đảo chiều mạ lớp mạ phủ bề mặt chỗ dày có chỗ mỏng nên cần phải có đảo chiều để san lớp mạ 1.5 mạ có đảo chiều dòng mạ Do yêu cầu công nghệ mạ mà bắt buộc phải có nguồn chiều Thông thường để thực mạ ta dùng dòng điện không đảo chiều cấp vào anôt catôt.Nhưng số trường hợp mạ đặc biệt ,mạ đồ trang sức kim loại quí như:vàng ,bạch kim…hay sản phẩm yêu cầu chất lượng cao,nền mạ khó bám…thì người ta dùng dòng mạ có đảo chiều Nguyên tắc mạ đảo chiều sau: Hình Đồ thị thời gian thuận – ngược Trong thời gian tc vật mạ chịu phân cực catôt nên mạ vào với cường độ dòng thuận Ic, sau dòng điện đổi chiều thời gian t a vật mạ chịu phân cực anôt nên tan phần.Sau lại bắt đầu chu kì Thời gian chu kỳ T= t c + ta Nếu Ic tc > Ia ta vật mạ Khi lớp mạ bị hòa tan điện lượng I a ta , đỉnh nhọn, gai, khuyết tật chỗ hoạt động anôt nên tan mạnh nhất, kết thu lớp mạ nhẵn, hoàn hảo Tuỳ dung dịch mà chọn tỷ lệ tc : ta thường từ ( 5:1 đến 10:1) T thường − 10s.Với yêu cầu cụ thể tỉ số tc : ta không đổi 10 lần Phương pháp dùng mật độ dòng điện lớn dùng dòng điện chiều thông thường.Mạ đảo chiều làm tăng cường trình mạ mà thu lớp mạ tốt CHƯƠNG : CÁC PHƯƠNG ÁN TỔNG THỂ 2.1.Lựa chọn phương án điều khiển Để thay đổi đảo chiều dòng điện để cấp vào bể mạ buộc phải thiết kế chỉnh lưu đảo chiều với sơ đồ nguyên lý sau: Hình sơ đồ nguyên lý Gồm hai chỉnh lưu , cấp chiều dòng điện tải Vấn đề trình đảo chiều a.Phương pháp điều khiển riêng Là phương pháp mà chiều dòng điện tải ,chỉ có phát xung tải , nghỉ xung điều khiển Phương pháp phải đảm bảo chỉnh lưu I nghỉ phát xung chỉnh lưu II , không gây ngắn mạch nguồn Để đảm bảo nghỉ: - Dòng qua van đến “0” - Có khoảng thời gian khoá chắn Sau chỉnh lưu I nghỉ , phải phát chế độ nghịch lưu chuyển dần chế độ nhỉnh lưu , khống chế Iđ không vượt giá trị cho phép Trong phương pháp điều khiển riêng cần có mạch logic đảo chiều, điều làm cho đảo chiều làm việc không nhanh có thời gian chết đảo chiều Hình sơ đồ cấu trúc điều khiển riêng b.Phương pháp điều khiển chung Là phương pháp mà hai phát xung điều khiển hoạt động ,xong hoạt động chế độ trái ,một chế độ chỉnh lưu ,một chế độ nghịch l ưu , lúc đảo chiều không cần logic cho phép đảo chiều nhanh Để tránh dòng điện xuyên hai chỉnh lưu , buộc phải đưa vào cuộn kháng cân , cuộn kháng phải tồn hai đầu cực tải Như phương pháp đòi hỏi tăng kích thước giá thành thiết bị, bù lại cho phép đảo chiều nhanh, thời gian chết Hình phương pháp điều khiển riêng Nhận xét: Theo yêu cầu công nghệ , dòng cấp cho bể mạ phải đảm bảo dòng điện chất lượng tốt ,và phải cấp điện liên tục ,tức thời gian chết.Trong trường hợp này, công suất tải nhỏ,vì ta chọn đảo chiều theo phương pháp điều khiển riêng 2.2 lựa chon mạch lực Dựa vào công suất cung cấp cho tải mà ta lựa chọn mạch chỉnh lưu pha hay mạch chỉnh lưu pha Thông thường theo kinh nghiêm ta có : + Nếu công suất mạch cung cấp lớn ÷ kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha + Nếu công suất mạch cần cung cấp nhỏ ÷ kW ta sử dụng mạch chỉnh lưu pha Với tải nguồng mạ có thông số : Umax=36 (V); Itmax=50(A) ; Pt=48 50 = 2400(W) =2,4(KW) Vậy ta chọn sơ đồ chỉnh lưu pha a Chỉnh lưu nửa chu kỳ T U1 U2 L R Với sơ đồ sóng điện áp chiều bị gián đoạn nửa chu kỳ điện áp anốt van bán dẫn âm , chỉnh lưusửnửa chu sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ chất lượng điện Hình dụng kỳ áp tải xấu Điện áp tải trung bình lớn tải Udo = 0,45U2 Vì chất lượng điện áp xấu nên hiệu suất máy biến áp thấp Sba= 3,09.Ud.Id +Ưu điểm - Là loại chỉnh lưu có nguyên lý đơn giản van +Nhược điểm - Chất lượng điện áp xấu - Hiệu suất sử dụng máy biến áp thấp b Chỉnh lưu chu kỳ với biến áp có trung tính T1 U2 U1 U2 R L T2 Hình chỉnh lưu chu kỳ 5 + Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển :U= + Mức sụt biên độ xung ± 12V : Sx = 0,2 Chọn vật liệu làm lõi sắt Ferit HM, lõi có dạng hình xuyến , làm việc phần đặc tính từ hoá có ∆B = 0,3T ∆H = 30 (A/m) khẽ hở không khí - Tỉ số biến áp xung : k = 2÷ 3, chọn k =3 - Điện áp thứ cấp máy biến áp xung : U2 = Ug =2,5 (V) - Điện áp đặt lên cuộn sơ cấp MBA : U1 = kU2 = 3.2,5 = 7,5 (V) - Dòng điện thứ cấp máy biến áp xung : I2 = Ig =0,15 (A) - Dòng điện sơ cấp biến áp xung : I1 = I2 m = 0,15 = 0,05 (A) - Độ từ thẩm trung bình tương đối lõi sắt: µTB= ∆B 0,3 = = 8.103 −6 µ ∆H 1,25.10 (H/m) π Trong :µ0 = 10-7 (H/m) độ từ thẩm không khí V = Q.l = -Thể tích lõi thép cần có: µ tb µ t x S x U I1 ∆B 8.103.4.π.10−7.167.10−6.0,2.7,5.0,05 0,32 = 1,4.10-6 (m3) = 1,4 (cm3) Thay số: V = Chọn mạch từ tích V = 1,4 (cm3) Với thể tích ta có kích thước mạch từ sau : a = 4,5 mm = 0,45 cm b = 6mm = 0,6 cm Q = 0,27 cm2 = 27 mm2 d = 12mm, D = 21mm l = 5,2 (cm) (Chiều dài trung bình mạch từ) - Số vòng dây sơ cấp máy biến áp xung : a U tx 7,5.167.10−6 = = 155 ∆BQ 0,3.27.10−6 W1 = d (vòng) - Số vòng dây thứ cấp BAX: b D W2 = W1 155 = = 52 m (vòng) -Tiết diện dây sơ cấp: Hình 27 hình chiếuc ảu lõi biến áp I1 0,05.10−3 = = 0,0083 J1 (mm2) S1 = (Chọn mật độ dòng điện dây quấn sơ cấp J1 = (A/mm2)) 4S1 4.0,0083 = = 0,103 π π - Đường kính dây sơ cấp: d1 = (mm) Chọn d =0,11 (mm) I 0,15 = = 0,0375 J2 (mm2) - Tiết diện dây thứ cấp: S2 = (Chọn mật độ dòng điện dây quấn thứ cấp J2 = 4(A/mm2)) 4S 4.0,00375 = = 0,219 π π - Đường kính dây thứ cấp: d2 = (mm) Chọn dây có đường kính d2 = 0,23 (mm) Kiểm tra lại hệ số lấp đầy: S1 W1 + S2 W2 d1 W1 + d W2 0,112.155 + 0,232.52 = = = 0,032 d2 d2 122 (π ) Klđ = Như cửa sổ đủ diện tích cần thiết Tính toán khâu khuếch đại Chọn nguồn nuôi cho mạch: E =12V Chọn Tranzito công suất loại 2SC9111 làm việc chế độ xung với thông số sau: Tranzito loại n-p-n, vật liệu bán dẫn Si Điện áp colecto bazơ hở mạch Emitơ : UCB0 =40 (V) Điện áp Emito bazơ hở mạch Colecto : UEB0 =4 (V) Dòng điện lớn mà colecto chịu đựng : Imax = 500 (mA) Công suất tiêu tán colecto : Pc = 1,7 (W) Nhiệt độ lớn mặt tiếp giáp : T1 = 1750C CL2 : β = 50 Hệ số khuếch đại C3 C4 Dòng điện làm việc colecto : Ic = I1= 0,05 (A) =50(mA) I c 50 = =1 β 50 Dòng điện làm việc bazơ Để đảm bảo chức : Ib = chống nhiễu -12V (R11- C3) (R12 – C4) chọn: C3=C4 =0,1 (mA) cặp µ F R11= R12 =150 điện trở tụ điện: Ω f.Khối nguồn ÷ Trong mạch điều khiển, nguồn nuôi cho linh kiện điện tử U cc = 12V nên ta sử dụng mạch tạo nguồn nuôi sau: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo nguồn nuôi có dạng hình 7912 Hình 28 sơ đồ nguyên lý Trong đó: Máy biến áp (MBA) sử dụng có: Điện áp sơ cấp MBA : U1 =220V Điện áp thứ cấp MBA : U2 = 24V η Hiệu suất MBA : = 0.85 Số vòng dây sơ cấp W1, cuộn thứ cấp W21 W22 Trong mạch có hai chỉnh lưu cầu điốt để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thứ cấp MBA thành dòng điện chiều đưa vào hai IC ổn áp IC7812 tạo điện áp +12V, IC 7912 tạo điện áp -12V Mạch sử dụng tụ điện chiều làm lọc Tính toán MBA: -Công suất toàn phần: S = P1 + P2 -P2 công suất bên thứ cấp: P2 = U2.I2 =24.2=48(W) P2 48 = = 56,47 η 0,85 -P1 công suất bên sơ cấp: P1 = (W) P1 56,47 = = 0,26( A) U 220 Từ có dòng điện qua cuộn sơ cấp: I1 = →S= 48+ 56,47 = 52,24 (VA) S = 1,2 52,24 = 8,67 (cm2) -Tiết diện cắt ngang lõi thép: s=1,2 50 50 = = 5,76 s 8,67 -Số vòng/volt: W0= (vòng/volt) → W1 = U1.W0 = 220.W0 = 220.5,76 = 1268,26 (vòng) → W21 = W22 = U W0 = 12.W0 = 12.5,76 = 69,12 (vòng) Tiết diện dây dẫn: S= I J (mm2) Chọn mật độ dòng điện qua dây dẫn: J=2A/mm2 Tiết điện dây cuộn sơ cấp: S1= I1 0,26 = = 0,13 J Đường kính dây quấn sơ cấp: d1 = 4.S1 π Tiết điện dây cuộn thứ cấp: S21= S22= = (mm2) 4.0,13 = 0,407(mm) π I2 = =1 J (mm2) Đường kính dây quấn thứ cấp: d21=d22 = C5 4.S 21 π µF Id Chọn tụ lọc: = = 1,273(mm) π Uđk C1= C3 =2200 R18 2= C4 =470 ,C R17 µF R19 g Khâu phản hồi: R16 R15 Để đảm bảo độ xác, liên tục trình điều khiển tự động mạch điều-E khiển cầnVR3khâu phản hồi từ tải để phân tích sai lệch trình điều khiển có Sự biến thiên tín hiệu, tác động nhiễu môi trường gây sai lệch tránh trình độ trình xác lập R13 Với trình mạ điện thường sử dụng mạch phản hồi âm dòng điện từ tải mạch điều Rs khiển Sơ đồ nguyên lý có dạng hình Uđk Uđ PI Uph β Hình 29 sơ đồ khâu phản hồi β Trong đó: khâu chuyển dòng sang áp PI khâu tích phân - tỷ lệ Hình 30 sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động Iđm β Dòng điện tải đưa phản hồi trở lại qua khâu chuyển dòng thành áp Dòng điện đưa qua Rs, điện áp rơi Rs đưa qua khuếch đại đảo đưa vào tích phân tỷ lệ PI để giá trị điện áp điều khiển Uđkh để đưa vào so sánh mạch điều khiển Nhờ có khâu phản hồi mà giữ cho dòng điện mạ ổn định Thật vậy: Giả sử lý mà dòng điện nguồn mạ bị giảm, điện áp điện trở Sun giảm theo tức U ph giảm, mà Uđk=Uđ-Uph nên Uđk tăng làm góc mở α giảm làm điện áp nguồn mạ tăng nên khiến cho dòng điện lại tăng lên Ngược lại, dòng điện mạ tăng điện trở Sun tăng khiến cho U ph tăng, dẫn đến Uđk giảm làm tăng góc mở α ,khiến cho điện áp nguồn mạ giảm xuống,dòng điện lại giảm Như dòng điện giữ mức ổn định h.khâu timer điều khiển thời gian thuận nghịch Nguyên lí hoạt động : Phương pháp điều khiển chọn phương pháp điều khiển riêng Tức mạch điều khiển gồm (để điều khiển mạch chỉnh lưu thuận nghịch) : thuận chạy thời gian Tthuận , nghịch chạy thời gian Tnghich Bộ logic có tác dụng điều khiển hoạt động , xen thời gian chạy thời gian nghỉ Tnghi chu kì mạ ( nhằm tránh tượng ngắn mạch mạch chỉnh lưu ) Bộ logíc bao gồm Time 555 : Một Time cho phép mạ thời gian thuận, Tme cho phép mạ thời gian nghịch Hai Time liên hệ với để chạy cách khoảng thời gian Tnghi Khi đầu thuận mức cao nghịch không hoạt động Tr’ khóa Khi thuận từ mức cao nhẩy xuống mức thấp đầu vào Tr’ có xung mở , tụ C’ sau thời gian Tnghỉsẽ nạp đủ để làm hoạt động Tương tự nghỉ sau thời gian Tnghi hoạt động Sơ đồ nguyên lý Timer có dạng hình: Tr Tr’ Hình 31 sơ đồ nguyên lý timer điều khiển thời gian Hình 32 sơ đồ mạch timer Với thời gian làm việc Timer: Thời gian làm việc thuận : tthuận =1,1.R.C Thời gian làm việc nghịch : tnghịch =1,1.R2.C2 Thời gian nghỉ : tnghỉ = ln5.R1.C1 ÷ Theo điều kiện đề tài : tthuận = 50 600 (s) ÷ tnghịch =5 60 (s) Từ ta có : Chọn C1=10(mF) ⇒ R1= Tthuan 1,1.C1 (50 → 600) s 1,1.10mF = Chọn R1 biến trở thay đổi khoảng ( =(4,5 → → Ω 54,5)(K ) Ω 60 ) (K ) Ucc Tnghich TL084 Chọn C2=1(mF) ⇒ R2= 1,1.C2 (5 → 60) s 1,1.1mF = =(4,5 Chọn R2 biến trở thay đổi khoảng ( Tnghi = ln5 R’C’ µ Chän Cl=1 F Tnghi ⇒ Rl= ln 5.C ' = 0, 02 ln 5.1µ F → → Ω 54,5)(K ) Ω 60 ) (K ) =12K Khi đầu thuận mức cao nghịch không hoạt động Tr’ khóa Khi thuận từ mức cao nhẩy xuống mức thấp đầu vào Tr’ có xung mở , tụ C’ sau thời gian Tnghỉsẽ nạp đủ để làm hoạt động Tương tự nghỉ sau thời gian Tnghi hoạt động i Chọn linh kiện bán dẫn Chọn điốt Tất điốt mạch điều khiển dùng loại 1N4009 có tham số Dòng điện định mức : Iđm = 10 (mA) Điện áp ngược lớn : Un = 25 (V) Điện áp điốt thông: Um = 1(V) Chọn IC: Mỗi kênh điều khiển phải dùng sáu khuếch đại thuật toán Do ta chọn hai IC loại TL084 hãng Texas Instrument chế tạo Mỗi IC có khuyếch thuật toán Sơ đồ chân có dạng hình vẽ Hình 33 sơ đồ chân IC Thông số TL084: Điện áp nguồn nuôi : Vcc = ± 18V chọn Vcc = ± 12V Hiệu điện hai đầu vào: U= ± 30V Nhiệt độ làm việc : T = -25 ÷ 850C Công suất tiêu thụ : P = 0,68W Tổng trở đầu vào : Rin = 106M Ω Dòng điện đầu : Ira = 30pA Tốc độ biến thiên điện áp : du = 13(V/μs) dt Chọn cổng AND Toàn mạch điều khiển phải dùng hai cổng AND nên ta chọn IC4081 họ CMOS Mỗi IC4081 có bốn thông số Nguồn nuôi 1C : Vcc = 12 (V) Nhiệt độ làm việc : 40 ÷ 800C Điện áp ứng với mức logic “1” : 2÷ 4,5 (V) Dòng điện nhỏ : 1mA Công suất tiêu thụ : P = 2,5 (nW/1 cổng) j.Toàn mạch điều khiển Từ tính toán ta có sơ đồ toàn mạch điều khiển hình IV.3.9a Khi điện áp lưới xoay chiều 220V đưa vào sơ cấp biến áp đồng pha, phía thứ cấp biến áp ta thu điện áp nhỏ điện áp lưới Điện áp đưa vào chỉnh lưu điốt pha hai nửa chu kỳ mắc theo sơ đồ K- chung Thu điện áp điểm (1) (u1) điện áp chiều gồm nhiều nửa hình sin ghép lại với nhau, có tần số đập mạch hai lần tần số lưới Điện áp u đưa vào cửa không đảo khâu so sánh OA để so sánh với điện áp chiều phẳng Ud Sau OA1 thu điện áp u chuỗi xung hình chữ nhật âm - dương Điện áp u đưa tới khâu tạo xung cưa để thu điện áp cưa u sau OA2 +Biến trở VR2 dùng để điều chỉnh độ rộng xung cưa +Điốt ổn áp Dz để hạn chế điện áp nạp tụ để cưa tuyến tính Điện áp cưa u3 đưa vào cửa đảo OA để so sánh với điện áp điều khiển (Uđk) cửa không đảo OA3 - Khi URC>Uđk, điện áp đầu OA3 (u4) có dạng xung âm hình chữ nhật - Khi URC>Udk, u4 có dạng xung dương hình chữ nhật - Khi URC=Uđk u4 lật trạng thái Vậy điện áp OA3 (u4) có chuỗi xung hình chữ nhật âm dương liên tiếp Điện áp thu u4 đưa vào mạch vi phân C2 – R8 điện áp vào u4 số không đổi điện áp u5 = du =0 dt ngược lại nên u5 = du dt Chỉ điểm chuyển trạng thái u chuyển từ âm sang dương khác không Vậy điện áp sau mạch vi phân u chuỗi xung kim dương âm liên tiếp Điện áp điểm (5) chùm xung kim, qua R đưa vào khuếch đại xung gồm hai tranzistor T1-T2 mắc theo kiểu Darlinton Khi có xung dương đặt lên bazơ tranzistor T1 làm T1 mở đưa xung dương đến u21 u22 u1 T mở, cuộn sơ cấp biến áp xung dẫn dòng, cuộn thứ cấp bazơ T2 để Uđ biến áp xung có xung kích mở Thyristor (tại cực G K) θ Khi xung dương đặt lên bazơ tranzistor T 1, T1 khoá nên T2 khoá Điện áp biến áp xung giảm đột ngột, cuộn sơ cấp biến áp xung xuất sức điện động cảm ứng nên u2 D4 mắc song song với để khép kín vòng, triệt tiêu sức điện động đó, bảo vệ cần Tranzistor u2 θ u3 β = β1 β Xung trước vào khuếch đại Darlinton lọc bỏ phần xung âm nhờ D Sau qua khâu khuếch đại khuếch đại với hệ số Uđk Các điốt 6, D7 có nhiệm vụ đảm bảo cho dòng điều khiển chảy theo chiều từ D dương sang âm u4 θ Điện trở R10 có nhiệm vụ để T2 khoá nhanh xung dương cấp vào cực bazơ θ Các điện trở R11, R12 tụ C3, C4 để chống nhiễu ảnh hưởng đến việc điều khiển Thyristor Khi ta thu đồ thị điện áp theo tính toán hình u5 u6 Hình 34 đồ thị xung điện áp θ θ CHƯƠNG : MÔ PHỎNG 5.1 Mạch điều khiển mô phần mềm 5.2.Dạng xung điểm tương ứng mạch điều khiển 5.3 Mô Logic tạo thời gian thuận thời gian nghịch