Đồ án: Thiết kế nguồn mạ một chiều

Kỹ thuật mạ đòi hỏi phải không ngừng phát triển nghiên cứu cảI tiến kỹ thuật ,máy móc chuyên dùng thiết bị dây chuyền sản xuất đồng bộ tự động hoá với độ tin cậy cao. Điều này sẽ giúp nâng cao chất lượng mạ và hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm môi trường. Để có một lớp mạ tốt ngoàI những yếu tố khác thì nguồn điện dùng để mạ là rất quan trọng.

Đồ án Đề Tài: Thiết kế nguồn mạ chiều Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Đề tài : Thiết kế nguồn mạ chiều có tham số sau Phương án + Điện áp :24 V + Dòng tải I max : 6000 (A) + Đảo chiều : không Nguồn mạ làm việc theo ngun tắc giữ dịng điện khơng đổi suốt q trình mạ Mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch Đại học Bách Khoa Hà Nội -1- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Lời nói đầu Mạ kim loại đời phát triển hàng trăm năm nay.Ngày mạ kim loại trở thành ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ hầu giới, phục vụ cách đắc lực cho ngành khoa học kỹ thuật sản xuất đời sống văn minh người Lớp mạ kim loại bề mặt chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt, phương tiện sản xuất, giao thông vận tải, khai thác mỏ địa chất,thông tin liên lạc, kỹ thuật điện tử, khí xác, thiết bị y tế, trang trí bao bì Vậy mạ điện ? Một cách đơn giản hiểu mạ điện q trình kết tủa kim loại lên bề mặt lớp phủ có tính chất cơ, lý, hố đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mong muốn Mạ kim loại khơng làm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mịn mà cịn có tác dụn trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho dụmh cụ máy móc đồ trang sức Ngày khơng riêng nước phát triển mà nước ta kỹ thuật mạ có bước phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sản xuất cung kinh doanh Kỹ thuật mạ đòi hỏi phải không ngừng phát triển nghiên cứu cảI tiến kỹ thuật ,máy móc chuyên dùng thiết bị dây chuyền sản xuất đồng tự động hoá với độ tin cậy cao Điều giúp nâng cao chất lượng mạ hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm mơi trường Để có lớp mạ tốt ngồI yếu tố khác nguồn điện dùng để mạ quan trọng Đối với sinh viên tự động hóa, môn học điện tử công suất môn quan trọng Với giảng dạy nhiệt tình thầy cô khoa em tưng bước tiếp cận mơn học Để vững lý thuyết đẻ áp dụng vào thực tế, học kỳ em thầy giao cho đồ án môn học với đề tài : Thiết kế nguồn mạ chiều Đây đề tài có quy mơ ứng dụng thực tế Với cố gắng thân với bảo rhầy cô giáo mơn đặc biệt thầy Đỗ Trọng Tín giúp em hoàn thành đồ án Đại học Bách Khoa Hà Nội -2- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Do lần đầu làm đồ án điện tử cơng suất kinh nghiệm chưa có lên em khơng tránh khỏi sai sót mong thầy giúp đỡ Cuối em xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày 20 tháng năm 2004 Sinh viên : Cao Chiến Thắng MỤC LỤC CHƯƠNG I : Giới thiệu chung công nghệ mạ điện CHƯƠNG II : Chương III : CHƯƠNG IV: Lựa chọn phương án Tính Chọn Mạch Lực Thiết kế mạch điều khiển Đại học Bách Khoa Hà Nội -3- Cao Chiến Thắng chiều CHƯƠNG I : Thiết kế nguồn mạ Giới thiệu chung công nghệ mạ điện Từ nhiều năm công nghệ mạ điện đời phát triển mạnh mẽ ngày hầu giới công nghệ mạ điện phát triển cách vượt bậc có ứng dụng rộng rãi thực tế ,đời sống phục vụ đắc lực cho nghành khoa học kỹ thuật mạ vật liệu chi tiết máy, ứng dụng đời thường,các vật trang trí … Cho đến kỹ thuật mạ dã có bước tiến nhảy vọt thoả mãn yêu cầu kỹ thuật tạo lớp mạ dày, có cấu trúc tốt độ cứng cao chịu ma sát tốt,chịu áp lực ỏ nhiệt độ cao pít tơng ,xi lanh… Mặc dù mạ có bước phát triển đáng kể xong thé giới nhà khoa học khơng ngừng nghiên cứu tìm tịi ság tạo phương pháp mạ tốt họ tập trung tìm tịi chất phụ gia ,phương pháp điện phân de tạo lớp mạ tốt có cấu trúc tinh thể mịn, dẻo,đọ cứng cao không bong xứơc điều kiện thay đổi nhiệt dộ va chạm mạnh Đối với đất nước điều kiện phát triển trình độ mạ cịn thấp để đáp ứng nhu cầu thực tế phải khơng ngừng nâng cao trình độ có nhữmg bước vững cần hình thành trung tâm nghiên cứu kỹ thuật mạ để tạo lớp mạ có chất lượng cao giá thành rẻ Đại học Bách Khoa Hà Nội -4- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ I MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG LỚP MẠ ĐIỆN Lớp mạ điện có nhiều ứng dụng thực tế kỹ thuật bảo vệ tốt cho kim loại khỏi bị ăn mòn hố học hay điên hố mơi trường sử dụng.Xuất phát từ khả gười ta ứng dụng để tạo lớp mạ cần thiết bảo vệ bề mặt cho loại náy móc cơng nghiệp nghành khoa học … ™ lớp mạ kim loại bề mặt chi tiết máy, dụng cụ sinh hoạt …đã giúp bảo vệ dụng cụ chi tiết khỏi tác động mơi trường ngồi ™ lớp mạ có tác dụng trang trí bên ngồi sản phẩm làm tăng vẻ đẹp sản phẩm sức thu hút dụng cụ máy móc , đồ dùng cá nhân ,trang sức… ™ có số chi tiết máy nhu cầu thực tế giá thành hạ không cần dùng kim loại hay hợp kim đắt tiền để chế tạo người ta sử dụng kim loại hay hợp kim rẻ tiền mạ lớp mạ lên tạo điều kiện cho việc tiêu thụ sản phẩm tốt… ™ Ngoài lớp mạ thơng thường cịn có lớp mạ kỹ thuật lớp mạ có tính chất lý hố đặc biệt mà lớp kim loại khơng có… lớp mạ chống ma sát ,mài mòn lớp mạ làm thay đổi kích thước chi tiết máy lớp mạ làm tăng độ dẫn điện lớp mạ cho độ bám cao khơng bong tróc II,PHÂN LOẠI LỚP MẠ Gồm loại : ¾ Lớp mạ bảo vệ ¾ Lớp mạ trang trí ¾ Lớp mạ trang trí bảo vệ ¾ Lớp mạ kỹ thuật Lớp mạ bảo vệ Dùng để bảo vệ khỏi ăn mòn kim loại môi trường sử dụng bảo vệ kim loại có hai lớp mạ bảo vệ: Lớp mạ ca tốt: lớp mạ mà kim loại mạ có điện dương điện kim loại Lớp mạ Anốt: lớp mạ mà kim loại mạ có điện âm điện kim loại Lớp mạ trang trí Lớp mạ có độ bang sáng màu hấp dãn giữ lâu ví dụ :mạ vàng mạ bạc…Thường dùng mạ ca tốt Người ta tạo lớp mạ trang trí cách tạo lớp mỏng kim loại bề mặt vật cần mạ, độ bóng tạo cách đánh bóng khí hoá học điện hoá Đại học Bách Khoa Hà Nội -5- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Lớp mạ trang trí bảo vệ Là loại lớp mạ vừa trang trí vừa bảo vệ kim loại Ví dụ:dùng lớp mạ ca tốt niken-crơm,đồng -crơm….do niken có độ bền cao nên đóng vai trị lớp bảo vệ Lớp mạ kỹ thuật Chúng ta sử dụng rộng rãi có ứng dụng thực tế như: • Mạ làm tăng độ bền chống ma sát ổ trục • Mạ phục hồi chi tiết máy • Mạ tăng độ dẫn điện • Mạ làm tăng độ chống mài mòn III,SƠ ĐỒ ĐIỆN PHÂN Đề tài thiết kế nguồn mạ chiều đề tài có giá trị thực tế lớn, cơng nghệ mạ nguồn điện chiều yếu tố quan trọng Để thấy rõ giá trị đề tài, trước hết ta cần phải nắm rõ số khái niệm thiết bị có liên quan đến trình mạ điện phân Ta dựa vào sơ đồ điện phân sau: Đại học Bách Khoa Hà Nội -6- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Sơ đồ mơ hình dùng phạm vi nhỏ phịng thí nghiệm đồng thời dùng qui mô sản xuất lớn Các thành phần sơ đồ điện phân : Nguồn điện chiều : pin, ắc qui, máy phát điện chiều, biến đổi Ngày dùng phổ biến biến đổi Bộ biến đổi cho q trình điện phân có điện áp thấp : 3V, 6V, 12V, 24V… Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện áp cho phù hợp Một biến đổi lấy số điện áp cần thiết cho số qui trình VD : Mạ niken thường dùng điện áp 6V hay 12V Để mạ Crơm dùng 12V Để đánh bóng điện hóa nhơm thường dùng điện áp 12 – 24V Anốt : Là điện cực nối vơí cực dương nguồn điện chiều Trước điện phân anốt cần phải đánh dầu mỡ, lớp gỉ… Anốt dùng mạ điện có hai loại : anốt hịa tan anốt khơng hoà tan Anốt hoà tan dùng tronh trường hợp mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, mạ thiếc… Trong trình điện phân anốt tan vào dung dịch mạ theo phản ứng điện cực : Ni − 2e = Ni 2+ Cu − 2e = Cu 2+ Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân đến catốt Phản ứng điện hóa anốt phản ứng oxi hóa Anốt khơng hịa tan dùng trường hợp mạ Crôm Đại học Bách Khoa Hà Nội -7- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Khi điện phân bề mặt anốt khơng hồ tan diễn q trình oxi hóa H O, OH − , Cl − … 2Cl − − 2e = Cl 4OH − − 4e = H O + O2 ↑ Khí anốt q trình điện phân thường O2 hay Cl Catốt : điện cực nối với cực âm nguồn điện chiều Trong mạ điện catốt vật mạ Trên bề mặt vật mạ diễn phản ứng khử ion kim loại mạ Ví dụ : Mạ niken : Ni 2+ + 2e = Ni ↓ Zn 2+ + 2e = Zn ↓ Mạ kẽm Đồng thời với iôn kim loại bị khử, H 3O + bị khử giải phóng khí H theo phản ứng : H o + + 2e = H ↑ + H O Khí H bề mặt ca tốt có khả thấm sâu vào mạng tinh thể kim loại mạ kim loại nền, làm giảm độ bền học kim loại (khí H gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây rạn nứt, giòn kim loại) Người ta gọi tượng tượng “ giòn kim loại “ Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loạ đồng thời cho lớp mạ đồng đều, bóng sáng hấp dẫn, trước mạ ta cần phải gia công cho bề mặt chi tiết phẳng, bóng chất dầu mỡ màng oxít Catốt vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thường ngập mặt nước – 15cm cách đáy bể khonảg 15cm Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt, không để gây hiên tượng phóng điện chất điện phân Tuyệt đối khơng để chạm trực tiếp anốt catốt nối mạch điện Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ thường có hai phần : _ Thành phần : gồm muối hợp chất chứa iôn kim loại mạ số hố chất thiết yếu khác, thiếu hóa chất dung dich khơng thể dùng để mạ _ Thành phần thứ hai : bao gồm chất phụ gia + Chất làm bóng lớp mạ +Chất đệm giữ cho pH dung dịch ổn định +Chất giảm sức căng nội đảm bảo lớp mạ không bong nứt +Chất san đảm bảo cho lớp mạ đồng +Chất làm tăng độ dẫn điện cho lớp mạ đồng +Chất chống thụ động hóa anốt nhằm ổn định mạ Một số đặc điểm dung dịch mạ : _ Dung dịch mạ cần phải có độ đẫn điện cao Độ đẫn điện dung dịch khơng giảm tổn thấtđiện q trình mạ mà làm cho lớp mạ đồng Đại học Bách Khoa Hà Nội -8- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ _ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lượng khoảng pH định Ví dụ mạ Niken pH=4,5 đến 5,5 Mạ kẽm dung dịch amôniclorua pH= 4,5 đến 5,5 Mạ kẽm dung dịch axít pH= 3,5 đến 4,0… _ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lượng cao khoảng nhiệt độ định VD mạ Niken khoảng nhiệt độ 55 → 70 C , mạ vàng 60 → 70 C Nhìn chung, điện phân nhiệt độ dung dịch không vượt qua nhiệt độ sôi dung dịch _ Mỗi dung dịch có khoang mật độ dịng catốt thích hợp _ Dung dịch chứa muối phức kim loại thường cho lớp mạ có chất lượng tốt lớp mạ từ kim loại thu từ nuối đơn VD lớp mạ thu từ dung dịch Zn(CN ) 24− Zn(CN ) 32− tốt lớp mạ thu từ dung dịch muối CuSO Bể điện phân : Làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt Thành mặt bể thường lót chất dẻo có độ bền hóa học, bền nhiệt Lớp chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nước khơng thấm qua Mặt ngồi sơn nhiều lớp chống gỉ Bể mạ thường có dạng hình chữ nhật, điều giúp cho lớp mạ phân bố bể có hình dạng khác Có nhiều bể mạ bể mạ tĩnh, thùng mạ quay, … Trên dây tồn sơ đồ tổng qt q trình mạ điện phân Trong cơng nghệ mạ cịn có số yêu cầu gia công bề mặt trước mạ.Yêu cầu bề mặt trước mạ : - Trước mạ vật cần mạ tiến hành gia công khí để có bề mặt phẳng, đồng thời tẩy xóa lopứ gỉ, đánh bóng bề mặt theo yêu cầu sử dụng - Tẩy dầu mỡ hợp chất hóa học khác có bề mặt vật mạ Tóm lại trước lúc chi tiết vào bể điện phân, bề mặt cần phải thật phằng, sắc nét bóng tuyệt đối dầu mỡ, màng oxit có Trong điều kiện lớp mạ thu có độ bóng tốt, khơng sước, khơng sần sùi, bóng tồn lớp mạ đồng ý Phương pháp gia công bề mặt kim loại trước mạ : - Phương pháp gia công khí bao gồm : mài thơ, mài tinh, đánh bóng quay bóng hay sóc bóng thùng quay - Phương pháp gia cơng hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa Sự lựa chọn phương pháp gia cơng cho hiệu qủa tốt lại có giá thành rẻ, địi hỏi người kỹ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ phải có kinh nghiệm sản xuất Bất kỳ thiếu sót dù nhỏ đánh giá không công việc chuẩn bị bề mặt dẫn đến giảm sút chất lượng hình thức lớp mạ Chất lượng lớp mạ phụ thuộc cách vào phương pháp lựa chọn, kỹ thuật điều kiện tiến hành chuẩn bị bề mặt lớp mạ Không coi nhẹ việc chuẩn bị bề mặt vật mạ Đại học Bách Khoa Hà Nội -9- Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Tính tốn khối đồng pha: Chọn góc trì lượng θ =30 o điện áp Uđ đặt vào cửa thuận so sánh là: U θ =U.sin 30 o = 12.sin 30 o = 6(V) Chọn E+ = 12(V) Chọn R1= (kΩ) E R1 = 6(V) VR1 + R1 Ta có : ỈVr1= 1(kΩ) Chọn VR1 =1(KΩ) Để dòng vào cửa đảo khuyếch đại thuật tốn nhỏ 1mA ta chọn R cho U/R12(kΩ) chọn R = 15kΩ 2.Tính tốn khâu tao điện áp cưa +E Dz R2 T1 R3 R4 C1 T1 T2 -E VR2 R5 Sơ đồ nguyên lý giản đồ điện áp Nguyên lý làm việc khâu tạo điện áp cưa Điện áp dạng xung vuông sau tao khâu so sánh trước đưa vào để làm điện áp điều khiển khâu tạo điện áp cưa.Khi Uđk Đại học Bách Khoa Hà Nội - 37 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ >0 bóng T1 mở , emiter giữ cố định nhờ diode ổn áp Dz,ở ta chọn Uz=3V U E ,T = +E - Uz = 12 – = (V) *Khi Uđk < ,T1 khoá U C ,T =12 T2 bị khố bazơ cao emiter * Khi Uđk >0 ,T1 mở Uc,T1 ≈ phân áp R2 ,R3 làm cho bazơ T2 âm emiter ,do T2 mở tụ C1 nạp theo đường +DzỈT2ỈC1 Điện áp tụ tăng nhanh đến giá trị Uc,T2 ≈ Ue,T2 =9V,sau khơng thể tăng cao vậy T2 bị khố lúc tụ C1 phóng điện qua nguồn dịng tạo T3 kết tạo sườn sau điện áp tụ có dạng giảm tuyến tính Từ tính tốn khâu đồng pha ta có: Chu kì điện áp lưói la:T=1/f=1/50=20ms tương ứng với 360 Ỉ Chu kì điện áp cưa :Trc=T/2=10ms tương ứng với 180 Mặt khác Trc=tp+tn Trong :tp- thời gian phóng tụ C1 tn-thời gian nạp tụ C1 Như ta chọn θ= 30 tức tn= 60 Ỉ tp=180 - 60 =120 120 0.10 '' = 6.67ms Tương ứng với thời gian là: tp= 1800 60 0.10 '' = 3,33ms tn= 1800 Chọn giá trị tụ C1 = 0,5 μ F Gọi dịng địên q trình phóng Ip.Sau khoảng thời gian t= = 6,11ms điện áp tụ giá trị ta có Ucp= Uco − ∫ Ipdt = C0 ← ⎯→ Uco − Ip.tp = c C Uco 0,5.10 −6.9 >Ip = = = 0,674( mA) 6,67.10 −3 Ip=0,674 mA >Vr2+R5 = E − U BE (T 3) Ip = 12 − 0,6 = 16910Ω = 16,9( KΩ) 0,674.10 −3 Vr2+Rhc1 ≈ 17 (kΩ) Chọn R5 =12 kΩ điện trở cố định cịn VR2= ÷ 10( KΩ) ( VR2 = 5kΩ ) biến trở điều chỉnh Gọi dòng điện trình nạp In.Sau khoảng thời gian t=tn=0,6 ms điện áp tụ nạp từ đến 9V.Vậy ta có: tn Ucn= ∫ Indt + Uco = C0 Đại học Bách Khoa Hà Nội - 38 - Cao Chiến Thắng chiều ← ⎯→ Thiết kế nguồn mạ In.tn = C > In = 9.C 9.0,5.10 −6 = = 1,35(mA) tn 3,33.10 −3 > R = U ET = = 6,67( KΩ ) In 1,35.10 −3 Chọn dòng qua R2,R3 2mA đủ cần cung cấp dịng cho bazơ T2 Khi :R3+R2 = E 12 = = 6000(Ω ) = 6( KΩ ) −3 2.10 2.10 −3 Để đảm bảo T1 mở điện áp rơi R4 nhỏ 9V T2 mở ta chọn R3=4(kΩ), R2=2(kΩ) 3.Khâu so sánh +E R Urc R Udk -E Nguyên lý hoạt động khâu so sánh : So sánh điện áp điều khiển với điện áp cưa để tạo điện áp cửa có dạng chuỗi xung vuông liên tiếp.Điện áp cưa đưa vào cửa đảo OA,còn điện áp điều khiển đưa vào cửa cộng OA + Khi Urc >Udk điện áp đầu mang giá trị dương + Khi điện áp Urc >Udk đầu điện áp mang giá trị âm Để đảm bảo cho dòng điện vào cửa OA nhỏ 1mA ta chọn R7=R8=10kΩ 4.Khâu phát xung chùm U Vsat kVsat Đại học Bách Khoa Hà Nội - 39 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ U υ U υ • Chức khâu phát xung chùm : Phát xung có tần số cao để trộn với xung khâu so sánh trước cho vào biến áp xung • Nguyên tắc hoạt động khâu phát xung chùm là: Giả sử thời điểm ta xét tụ C nạp đầy tức U N > U P điện áp lúc đầu OA điện áp âm sau thời gian điện áp qua R9 tụ hết phóng điện(được nạp theo chiều ngược lai )UN0 điện áp đầu thay đổi thành điên áp dương Như đặc tính phóng nạp tụ C3 Đại học Bách Khoa Hà Nội - 40 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ tạo OA điện áp dạng xung vng liên tiếp, tín hiệu nhỏ khuếch đại qua transistoT4 qua xung điốt D13 chùm xung giữ lại phần âm + Tính chọn phát xung : T = 2, R9 C2 Chọn tần số phát xung chùm f = 5kHz T= = 2.10 −4 ( s ) 5.10 Chọn C2 = 0, 02μF = 0, 02.10-6F 2.10 −4 R9 = = 4545( Ω ) 2,2.0,02.1 −6 Chọn R9 = 4, 5(kΩ) Chọn R10 = R11 =5 K Ω Chọn đèn T5 loại P – N – P ký hiệu A564 có thơng số : Điện áp colectơ bagơ hở mạch emitơ UCbo = 25V Điện áp emito bazơ hở mạch colectơ UBeo = 7V Dòng điện qua Colectơ I=100mA Nhiệt độ T0 = 1500C Hệ số khuyếch đại β = 250 Iβ = IC 100 = = 0,4(A) β 250 Chọn R12 = - E/IR12 = 12/0, = 120(Ω) 5.Khuếch đại xung biến áp xung +En R D D D D D D T4 T5 RL R6 Đại học Bách Khoa Hà Nội - 41 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Sơ đồ nguyên lý máy biến áp xung Đặc điểm ứng dụng biến áp xung - Dễ thay đổi cực tính xung - Cách ly điện mạch lực mạch điều khiển - Dễ phân bố xung kênh điều khiển - BAX dễ truyền tín hiệu điều khiển - Tạo biên độ xung theo u cầu Tính tốn biến áp xung - Việc tính tốn mạch điều khiển thường tiến hành từ tầng điều khiển ngược trở lên - Mạch điều khiển tính xuất phát từ yêu cầu xung mở Tiristor Các thông số mạch điều khiển : + Điện áp điều khiển Tiristor Uđk =8 (V) + Dòng điện điều khiển Tiristor Iđk = 0,4 (A) + Thời gian mở Tiristor tm = 120 μs + Độ rộng xung điều khiển tx = 350 (μs) + Tần số xung điều khiển ƒx = (khz) + Điện áp nguồn nuôi mạch điều khiển En = 24(V) Chọn vật liệu lõi biến áp xung lõi Ferit làm việc phần đặc tính từ hố Bs =0,45T Độ từ thẩm μ = 6000 A / m Diện tích lõi=1cm Số vịng cuộn w1 = U 1× tx Bs × s tx:chiều dài xung truyền qua biến áp xung thường có chiều dài 10 ÷ 600 μs ta chọn tx=350 μs =350.10 −6 s Tỉ số máy biến áp m=1/1,2 9,6.350.10 −6 = 75vong 0,45.1.10 − w1 75 w2 = = = 62vong 1,2 1,2 w1 = Số vòng cuộn dây Giá trị dịng điện trung bình cuộn w1 I1tb = I1 tx 350.10 −6 = 333 = 44mA T 20.10 −3 T chu kì T=20ms Giá trị dịng điện trung bình cuộn w2 Đại học Bách Khoa Hà Nội - 42 - Cao Chiến Thắng chiều I2tb=I2 Thiết kế nguồn mạ tx 350.10 −6 = 400 = 53mA T 20.10 −3 Ta chọn mật độ dịng điện J = 2,5A/mm Đường kính dây cuộn w1: d1 = I1 44 =2 = 0,15mm 3,14.2500 πJ Đường kính dây cuộn w2: d2 = I2 53 =2 = 0,17 mm 3,14.2500 πJ +Công suất biến áp xung : S = U1.I1 = 9,6 x 0,33 = 3,2 (VA) Tra bảng số liệu máy biến áp công suất nhỏ ta chọn máy biến áp chuẩn có cơng suất 5VA Với thơng số kỹ thuật sau: +a=12 mm ; h=30mm ; c=12mm ; L=48mm ; H=42mm ; B=10mm +Tiết diện trụ S=0,92cm +Chiều dài trung bình đường sức:l=10,03cm +Tích số diện tích Sxdiện tích cửa sổ:4,3cm +Thể tích thép từ:9,22cm +Trọng lượng thép từ:78 gram Tính khâu khuếch đại xung Ta có U G = UTC = U2 = 8(V) IG = ITC = I2 = 400 mA USC = U1 = 8.1,2 = 9,6(V) ISC = I1 = 400/1,2 = 333(mA) Giá trị điện trở Rx cần mắc vào mạch để đảm bảo dòng điện qua Collector T6 có giá trị 333mA là: Rx= En − 8,4 24 − 9,6 = = 44 (Ω) Ic 0,33 Chọn Tranzito công suất T5 loại KYG11: UCE =35 (V) I CE = (A) β = 30 Chọn chế độ làm việc Transistor với β=10 Dòng điện làm việc colecto IC5 = I1= 333(mA) Dòng điện làm việc bazơ IB5 = IC5 β = 333 = 33,3 (mA) 10 Đồng thời dòng IC4 = IB5 = 33,3 mA Chọn T4 loại C828 : UEC =35 (V) IEC = 300 (mA) β = 100 Chọn chế độ làm việc Transistor với β=10 Đại học Bách Khoa Hà Nội - 43 - Caoo Chiến Thắng chiềều Thiết kế nguồ ồn mạ m Dòng điện n làm việc Bazơ là: IB4 = I C 33,3 = = 3(mA) β + 11 Tính điệnn trở R6: Ta có UBEE4 = 0,7V ⇒ R6 = U BE 0,7 = = 21(Ω) IC4 33,3.10 −3 Tất c Diode mạch m điều khiển k dùng d loại 11001có thaam số Dòng điệnn địnhmứcc Iđmm = (A) Điện áp ngược n lớn n Un = 220 (V) nh tốn kh hối nguồn n 6.Tín Khối nguồn có c chức n chínhh sau: +Cung cấấp nguồn ổn ổ áp cho c IC , ộ tạo xung răng,điện áp lấy để đ làm h U _ =17V V;I _ =0,55A điện áp so sánh +Cung cấấp nguồn côông suất chho biến áp xung hoạtt động:U _ =10V;I _ =1A +Cung cấpp nguồn chho khâu đồồng pha U _ =12V;II _ =0,1A dụng IC MA741 lààm khuyếchh đại thuậtt toán Ta sử +EE 78112 C1 C3 C2 C1' C2' 79912 C3' Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Công suất cấp cho khối nhỏ ,thông thường ta chọn thông số biến áp khối sau Khâu ổn áp:U _ =17V;I _ =0,5A Khâu nguồn công suất :U _ =10V;I _ =1A Khâu đồng pha:U _ =12V– – 12V;I _ =0,1A Chọn C1 = C1’ = C2 = C2’= 1000 μF - 35V C3 = C3’ = 0,1 μF C4 = 1000 μF - 16V * Công suất khâu ổn áp là:S _ = U _ I _ = 17.0,5=14,7(VA) Khâu nguồn công suất :U _ =10V;I _ =1A * Công suất nguồn ổn áp là:S _ = U _ I _ = 10.1=17,32(VA) Khâu đồng pha:U _ =12V;I _ =0,1A * Công suất nguồn đồng pha là:S _ =3U _ I _ =3.12.0,1=3,6(VA) Đại học Bách Khoa Hà Nội - 45 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ * Tổng công suất ba khâu là: S= S _ +S _ + S _ =14,7+17,32+3,6=35,62(VA) Tra bảng ứng với cơng suất chuẩn 40W ta kích thước lõi thép là: a= 20mm h= 50mm c=20mm L=70mm H=70mm B=12mm Q= 3,4cm N=4,44.B.f.Q=4,44.1.50.3,4.10 −4 =0,0755(von/vòng) Số von/vòng là: Số vòng cuộn thứ cấp biến áp khối ổn áp : U _1 W _1 = = N 17 = 225 (vòng) 0,0755 Chọn mật độ dòng điện thứ cấp J=2A/mm Thiết diện dây thứ cấp là: I _1 Q _1 = 0,5 = 0,25mm 2 = J Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q _ =0,255 tương ứng với đường kính d _ =0,57mm Số vịng cuộn thứ cấp biến áp khối cơng suất : W 2_2 = U2_2 N = 10 = 132 (vòng) 0,0755 Chọn mật độ dòng điện thứ cấp J=2A/mm Thiết diện dây thứ cấp là: Q 2_2 = I _1 J = 0,5mm 2 = Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q _ =0,502 tương ứng với đường kính d _ =0,8mm Số vòng cuộn thứ cấp biến áp khối đồng pha : W 2_3 = U2_3 N = 12 = 158 (vòng) 0,0755 Chọn mật độ dòng điện thứ cấp J=2A/mm Thiết diện dây thứ cấp là: Q 2_3 = I2_3 J = 0,1 = 0,05mm 2 Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: Q _ =0,0573 tương ứng với đường kính d _ =0,27mm Đại học Bách Khoa Hà Nội - 46 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Tính tốn phía sơ cấp biến áp Dòng điện sơ cấp máy biến áp là: I1=S/ U1= 35,62/ 380=0,0524(A) Số vòng cuộn sơ cấp biến áp : W1= U1 380 = = 5034 (vòng) 4,44 f B.Q 4,44.50.1.3,4.10 − Chọn mật độ dòng điện thứ cấp J=2A/mm Thiết diện dây sơ cấp là: S1= I 0,0524 = = 0,0262 mm J Chọn dây chuẩn có thiết diện dây là: S =0,0314 tương ứng với đường kính d =0,2mm 7.Khâu tạo điện áp điều khiển R10 + C2 R11 +E R12 R +E R Rs +E R R -E - +E -E R9 VR3 R -E R Sơ đồ khâu phản hồi Nguyên tắc hoạt động khâu phản hồi: Lấy điện áp phản hồi nguồn mạ thơng qua điện trở Sun ,vì điện áp nhỏ nên ta cho qua khuyếch điện áp có độ lớn thích hợp trước cho vào khâu PI.Trong phần trước ta chọn loại Sun 2000A-60mV, dòng mạ nguồn lớn 1500Anên điện áp Sun vào khoảng 40-50mV.Ta chọn điện áp phản hồi(đầu khâu khuyếch đại trên) vào khoảng vài von hệ số khuyếch đại OA vào khoảng vài trăm lần tuỳ theo giá trị điện áp đặt.Sau điện áp phản hồi đưa qua khâu PI để loại bỏ sóng nhiễu có tần số cao làm cho mạch tăng tính ổn định.Điện áp khỏi khối PI ta gọi điện áp phản hồi Uph.Tiếp theo điện áp phản hồi đưa vào cộng (đảo) với điện áp mà ta đặt cho nguồn mạ làm việc ,điện áp ta gọi điện áp đặt Uđ.Tín hiệu Đại học Bách Khoa Hà Nội - 47 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ khâu cộng tín hiệu điều khiển đưa vào so sánh với tín hiệu đồng pha để phát xung điều khiển mở van,ta gọi điện áp điều khiển Nhờ có khâu phản hồi mà giữ cho dịng điện mạ ổn định.Thật vậy: Giả sử lý mà dịng điện nguồn mạ bị giảm,khi điện áp điện trở Sun giảm theo tức Uph giảm ,mà Uđk=Uđ-Uph nên Uđk tăng làm góc mở α giảm > điện áp nguồn mạ tăng nên khiến cho dòng điện lại tăng lên Ngược lại ,khi dịng điện mạ tăng điện trở Sun tăng khiến cho Uph tăng,dẫn đến Uđk giảm làm tăng góc mở α ,khiến cho điện áp nguồn mạ giảm xuống,dòng điện lại giảm đi.Như dịng điện ln giữ mức ổn định Khâu bảo vệ ngắn mạch +E +E Up R T7 T6 -E R RL -E D R16 VR4 Sơ đồ khâu bảo vệ ngắn mạch Nguyên tắc hoạt động khâu bảo vệ ngắn mạch : Đầu không đảo khuyếch đại thuật toán nối với đầu khuyếch đại phản hồi Đầu vào đảo ta đặt điện áp chuẩn gần điện áp có ngắn mạch xảy đầu khuyếch đại phản hồi Khi mạch lực làm việc bình thường (khơng có ngắn mạch xảy ra) V+ < Vnên đầu khuyếch đại thuật tốn âm, T5 khoá dẫn đến T6 khoá cuộn hút RL khơng có điện nên tiếp điểm RL mạch lực đóng, mạch lực hoạt đơng bình thường Khi có ngắn mạch xảy V+ > V- nên đầu khuyếch đại thuật tốn dương, T5,T6 mở làm cho cuộn hút có điện, đóng tiếp điểm Rl khâu bảo vệ ngắn mạch lại làm cho đèn led sáng báo hiệu xảy ngắn mạch, đồng thời ngắt tiếp điểm Rl mạch lực cắt nguồn điện mạ Đại học Bách Khoa Hà Nội - 48 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Kết luận Đại học Bách Khoa Hà Nội - 49 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Qua trình làm đồ án em cố gắng nghiên cứu tìm hiểu, với hướng dẫn tận tình thầy giáo giúp đỡ bạn nhóm, chúng em hồn thành nhiệm vụ giao đồ án : Thiết kế nguồn mạ chiều Trong trình thực hiện, chắn chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn để đồ án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội ngày 20 tháng năm 2004 Sinh viên: Cao Chiến Thắng Đại học Bách Khoa Hà Nội - 50 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Tài liệu tham khảo : Giáo trình điện tử cơng suất – Trần Trọng Minh Nhà xuất giáo dục 2.Điện tử công suất – Nguyễn Bính Nhà xuất khoa học kỹ thuật Mạ điện – Nguyễn Khương Nhà xuất khoa học kỹ thuật Bài giảng điện tử công suất thầy Phạm Quốc Hải Thiết kế máy biến áp – Phạm Văn Bình, Lê Văn Doanh Đại học Bách Khoa Hà Nội - 51 - ... Thắng chiều CHƯƠNG II : Thiết kế nguồn mạ Lựa chọn phương án Nhiệm vụ đặt đồ án thiết kế nguồn mạ chiều có điện áp thấp dịng lớn Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện mạ q trình nạp Mạch...Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ Đề tài : Thiết kế nguồn mạ chiều có tham số sau Phương án + Điện áp :24 V + Dòng tải I max : 6000 (A) + Đảo chiều : không Nguồn mạ làm việc theo ngun... trục • Mạ phục hồi chi tiết máy • Mạ tăng độ dẫn điện • Mạ làm tăng độ chống mài mòn III,SƠ ĐỒ ĐIỆN PHÂN Đề tài thiết kế nguồn mạ chiều đề tài có giá trị thực tế lớn, cơng nghệ mạ nguồn điện chiều