Tài liệu Đề tài: Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng mạ pdf

Đồ án Đề Tài: Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng mạ. Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 1 Đề tài: Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng mạ. Các tham số: Phương án 2: Điện áp ra : U d = 6 ÷ 12 (V) Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 2 Dòng tải max : I d =100(A) Thời gian thuận : 50 ÷ 200 (s) Thời gian ngược : 5 ÷ 20 (s) Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện mạ không đổi trong quá trình mạ. Mạch phải có khâu bảo vệ chống chạm điện cực (bảo vệ ngắn mạch). MỤC LỤC Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 3 Chương I 5 CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT . 5 I.1. Tìm hiểu chung về công nghệ mạ . 5 I.2. Các thành phần chính trong mạ điện phân 5 I.3.Mạ có đảo chiều dòng mạ. . 8 I.4.Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lớp mạ . 9 Chương II: . 11 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHÙ HỢP CHO NGUỒN MẠ MỘT CHIỀU . 11 II.1. Tổng quan chung . 11 II.2. Chọn phương án 12 ChươngIII 14 THIẾT KẾ MẠCH LỰC . 14 III.1. Tính chọn van lực . 14 III.1.1. Đặc điểm chung . 14 III.1.2. Các thông số của Thyristor . 14 III.1.3. Chọn Thyristor 15 III.2. Tính toán máy biến áp (MBA) lực . 15 III.2.1. Tính toán sơ bộ mạch từ MBA 16 III.2.2. Tính toán dây quấn 17 III.2.3. Tiết diện cửa sổ MBA 18 III.2.4. Kết cấu dây quấn MBA . 19 III.2.5. Tính các thông số của MBA 21 III.3. Thiết kế cuộn kháng lọc . 23 III.3.1.Xác định góc mở cực tiểu và cực đại . 23 III.3.2.Xác định điện cảm cuộn kháng lọc 24 III.3.3.Thiết kế cuộn kháng lọc 25 III.4. Tính chọn các thiết bị bảo vệ . 27 III.4.1. Bảo vệ quá nhiệt độ cho các Thyristor . 27 III.4.2.Bảo vệ quá dòng điện cho Thyristor 28 III.4.3. Bảo vệ quá điện áp cho Thyristor . 29 III.4.4. Bảo vệ chống tăng dòng dt di cho Thyristor . 30 III.5. Phương pháp đảo chiều 30 III.5.1. Phương pháp điều khiển chung: . 30 III.5.2.Phương pháp điều khiển riêng: 31 Chương IV . 32 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 34 IV.1. Yêu cầu đối với mạch điều khiển 34 IV.2. Cấu trúc của mạch điều khiển Thyristor 34 IV.3. Các khâu cơ bản của mạch điều khiển . 35 IV.3.1. Khâu đồng pha 35 IV.3.2. Khâu tạo điện áp răng cưa 38 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 4 IV.3.3. Khâu so sánh . 39 IV.3.4.Khâu dạng xung 41 IV.3.5. Khâu khuếch đại xung và biến áp xung 41 IV.3.6.Khối nguồn . 45 IV.3.7. Khâu phản hồi: 47 IV.3.8. Chọn các linh kiện bán dẫn . 48 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 5 Chương I CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN VÀ CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT I.1. Tìm hiểu chung về công nghệ mạ Do sự phát triển của các ngành công nghiệp nói riêng và của nền kinh tế nói chung nên ngày nay công nghệ mạ ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhất là trong các ngành kỹ thuật điện, điện tử , công nghệ thông tin, làm đồ trang sức,… để tăng độ chống ăn mòn, phục hồi kích thước, tăng độ cứng, dẫn điện, dẫn nhiệt, phản quang, dễ hàn, làm bóng đồ trang sức… Về nguyên tắc, vật liệu n ền có thể là kim loại, hợp kim, đôi khi còn là chất dẻo gốm sứ hoặc composit. Lớp mạ cũng vậy, ngoài kim loại và hợp kim ra nó còn có thể là composit của kim loại - chất dẻo hoặc kim loại – gốm…Tuy nhiên việc chọn vật liệu nền và mạ còn tuỳ thuộc vào trình độ, năng lực công nghệ mạ, tính chất cần có ở lớp mạ và giá thành chi tiết mạ. Ngày nay thường sử dụng quá trình mạ điện bằng điện phân theo sơ đồ như hình I.1 Hình I.1: Sơ đồ bình điện phân I.2. Các thành phần chính trong mạ điện phân Mạ điện phân gồm các thành phần cơ bản sau: I.2.1. Nguồn một chiều: Bể điện phân Hình I.1. Sơ đồ nguyên lý mạ điện phân Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 6 Thiết kế bộ nguồn cho tải mạ điện, thì sau khi tìm hiểu về công nghệ mạ, ta biết rằng loại nguồn cơ bản cho mạ điện là điện một chiều. Các loại nguồn một chiều có thể cấp điện cho bể mạ bao gồm pin, ắc quy, máy phát điện một chiều, các bộ biến đổi . Máy phát điện một chiều vớ i nhược điểm: cổ ghóp mau hỏng; thiết bị cồng kềnh; làm việc có tiếng ồn lớn .hiện nay không được dùng trong thực tế. Bộ biến đổi (BBĐ) có các ưu điểm: thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, dễ tự động hoá, dễ điều khiển và ổn định dòng và áp . được dùng nhiều để làm nguồn cấp cho tải mạ điện. Điện áp ra c ủa BBĐ thấp: 3V, 6V, 12V, 24V,… Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà ta chọn BBĐ với điện áp ra phù hợp. I.2.2. Anot Anot là điện cực nối với cực dương của nguồn một chiều. Trong quá trình điện phân thì anot tan dần vào dung dịch điện phân theo phản ứng ôxi hoá ở điện cực: M - ne = M n+ Các cation kim loại (M n+ ) tan vào dung dịch điện phân vàđi đến catot (chi tiết cần mạ) và bám chặt lên trên bề mặt catot *Yêu cầu kỹ thuật : để đảm bảo chất lượng mạ thì trước khi điện phân thì anot cần phải được đánh sạch dầu mỡ, bụi, lớp rỉ,… I.2.3. Catôt (chi tiết cần mạ) Catôt là điện cực được nối với cực âm của nguồn một chiều. Trên bề mặt catôt luôn diễn ra phản ứng khử các ion kim loại mạ: M n+ + ne = M ↓ Các nguyên tử kim loại mạ được sinh ra tạo thành lớp kim loại bám lên trên bề mặt catôt gọi là lớp mạ. *Yêu cầu kỹ thuật : Để đảm bảo chất lượng của lớp mạ thì trước khi thực hiện quá trình mạ điện cần phải quan tâm tới độ sạch và độ bóng của bề mặt chi tiết cần mạ. Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 7 -Độ sạch của bề mặt chi tiết cần mạ càng cao thì các nguyên tử kim loại mạ càng có khả năng liên kết trực tiếp với mạng tinh thể kim loại của chi tiết để đạt được độ gắn bám cao nhất giữa lớp mạ và chi tiết cần mạ. -Độ nhẵn của bề mặt chi tiết cần mạ ảnh hưởng rất lớn đến độ nhẵn bóng và vẻ đẹp của lớp mạ. Nếu bề mặt nền nhám, xước quá thì phân bố điện thế và mật độ dòng điện sẽ không đều. Bề mặt chi tiết sau mạ có thể có chỗ lõm, chỗ lồi, hoặc xuất hiện rãnh sâu . Vậy để lớp mạ bám chặt vào bề mặt chi tiết và lớp mạ đều hơn, bóng hơn, chất lượng lớp mạ cao,…thì catôt c ần phải được gia công bề mặt nhẵn bóng, sạch lớp bụi, lớp rỉ…trước khi đưa vào mạ. Catôt sau khi được đánh bóng, sạch cần phải nhúng gập trong dung dịch điện phân, không sát đáy bể điện phân. Chỗ nối catốt với nguồn một chiều phải đảm bảo tiếp xúc tốt, không gây hiện tượng phóng điện trong quá trình điện phân. Tuyệt đối không được để chạm trực tiếp giữa catôt và anot khi đã nối mạch điện. I.2.4. Dung dịch điện phân: Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ mạ, chiều dày tối đa, mặt hàng mạ…) và chất lượng mạ. Dung dịch mạ thường là một hỗn hợp khá phức tạp gồm ion kim loại mạ, chất điện ly (dẫn điện) và các chất phụ gia nhằm đảm bảo thu được lớp mạ có chất lượng và tính chất như mong muốn. + Dung dịch muối đơn : Còn gọi là dung dịch axit, cấu tạo chính là các muối của các axit vô cơ hoà tan nhiều trong nước phân ly hoàn toàn thành các ion tự do. Dung dịch đơn thường dùng để mạ với tốc độ mạ cao cho các vật có hình thù đơn giản. + Dung dịch muối phức : Ion phức tạo thành ngay khi pha chế dung dịch. Ion kim loại mạ là ion trung tâm trong nội cầu phức. Dung dịch phức thường dùng trong trường hợp cần có khả năng phân bố cao để mạ cho vật có hình dáng phức tạp + Các phụ gia : Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 8 - Chất dẫn điện : Đóng vai trò dẫn dòng điện trong dung dịch . - Chất bóng: Chất bóng thường được dùng làm cho lớp mạ nhẵn mịn và bóng hơn. - Chất san bằng: Các chất này cho lớp mạ nhẵn, phẳng. - Chất thấm ướt: Trên Catot thường có phản ứng phụ sinh khí Hydro. Chất này thúc đẩy bọt khí mau tách khỏi bể mạ, làm cho quá trình mạ nhanh hơn. *Yêu cầu kỹ thuậ t: -Dung dich mạ phải có độ dẫn điện cao để giảm tổn thất điện trong quá trình mạ đồng thời làm cho lớp mạ đòng đều hơn. -Trong dung dịch mạ thì mật độ dòng điện là đại lượng gây ra sự phân cực điện cực. Trong quá trình mạ, mật độ dòng điện là yếu tố quan trọng nhất có ảnh hưởng đến chất lượng c ủa lớp mạ. Mật độ dòng điện cao làm cho quá trình phân cực nhanh làm cho lớp mạ mịn, sít chặt và đồng đều vì khi đó các nguyên tử kim loại mạ được sinh ra rất nhanh. Nhưng nếu mật độ dòng điện quá cao thì có thể lớp mạ sẽ bị cháy. Ngược lại nếu mật độ dòng điện quá thấp thì tốc độ mạ sẽ chậm và kết tủa thô, không đều làm lớp mạ kém chất lượng. Vì vậy mỗi dung dịch mạ chỉ cho lớp mạ có chất lượng mạ cao trong một khoảng mật độ dòng điện nhất định. Tuỳ theo yêu cầu và đặc thù của các chi tiết cần mạ mà chọn dung dịch mạ có mật độ dòng điện phù hợp. -Mỗi dung dịch mạ sẽ cho chất lượng lớp mạ tốt trong một khoảng nhiệt độ và độ pH và nhất định. I.2.5. Bể điện phân Bể điện phân làm bằng vật liệu cách điện, bền về hoá học, nhiệt độ, và không thấm nước. I.3.Mạ có đảo chiều dòng mạ. Thông thường để thực hiện mạ ta dùng dòng điện không đảo chiều cấp vào anôt và catôt. Nhưng trong một số trường hợp mạ đặc biệt, mạ đồ trang sức bằng Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 9 các kim loại quí như: vàng, bạch kim…hay các 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 như sau: Trong thời gian t c vật mạ chịu phân cực catôt nên được mạ vào với cường độ dòng thuận I c , sau đó dòng điện đổi chiều và trong thời gian t a vật mạ chịu phân cực anôt nên sẽ tan ra một phần.Sau đó lại bắt đầu một chu kì mới .Thời gian mỗi chu kỳ bằng T= t c + t a .Nếu I c .t c > I a .t a thì vật vẫn được mạ. Khi lớp mạ bị hòa tan bởi điện lượng I a . t a , thì chính những đỉnh nhọn, gai, khuyết tật . là những chỗ hoạt động anôt mạnh nhất nên tan nhanh nhất, kết quả là thu được lớp mạ nhẵn, hoàn hảo hơn. Tuỳ từng dung dịch mà chọn tỷ lệ t c : t a cho hợp lý (5:1 đến10:1)và T thường từ 5:10s. Với yêu cầu cụ thể trong đồ án này thì tỷ lệ t c : t a luôn không đổi là 10:1. Phương pháp này có thể dùng được mật độ dòng điện lớn hơn khi dùng dòng điện một chiều thông thường. Mạ đảo chiều làm tăng cường quá trình mạ mà vẫn thu được lớp mạ tốt. I.4.Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lớp mạ Chất lượng mạ một chiều được qui định bởi các yếu tố sau: độ bám chặt, độ bóng, độ dày lớp mạ . Chế độ dòng điện cũng ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng lớp mạ. t c 0 I a t I I c t a [...]... bóng của bề mặt lớp mạ cũng là một thông số quan trọng, nó tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm đặc biệt là đồ trang sức Đồng thời độ bóng lớp mạ cao sẽ tăng độ bền cơ học cho chi tiết mạ Để tăng độ bóng thì ta dùng mạ đảo chiều vì khi mạ thì lớp mạ phủ trên bề mặt không đều có chỗ dày có chỗ mỏng nên cần phải có đảo chiều để san đều lớp mạ Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 10 Tống Thị Hiếu... điều kiện của đề tài thì : tthuận = 50 ÷ 200 (s) tnghịch =5 ÷ 20 (s) Từ đó ta có : Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 32 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất 1,1.R.C = 200 Chọn C=10 μ F → R = 200 = 19.10 4 Ω= 190KΩ −3 1,1.10.10 1,1.R2.C2 =20 20 Chọn C2 = 10 μ F → R = = 19.10 3 Ω = 19KΩ 2 1,1.10.10 −3 Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 33 Tống Thị... cả hai bộ điều khiểu đều được phát xung điều khiển cùng một lúc, cùng hoạt động song hoạt động ở hai chế độ khác nhau- một bộ làm việc ở chế độ chỉnh lưu, một bộ làm việc ở chế độ nghịch lưu Do vậy trong quá trình làm việc không cần có mạch lôgic, thời gian điều khiển nhanh, không có thời gian chết Để tránh dòng xuyên giữa 2 BBĐ Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 30 Tống Thị Hiếu... 928,76+839,04=1767,8(mm2) Ta lại có: Qcs =h.c Trong đó: h: là chiều cao cửa sổ(mm) c: là chiều rộng của cửa sổ(mm) Chọn: h/a =2, c/a =0,5 → →c= h 2 = = 4 → h=4.c c 0,5 Q cs 1767,8 = = 21,02(mm) 4 4 Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 18 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Chọn: c=21(mm) h= 4.21= 84(mm) -Chiều rộng toàn mạch từ: C=2c+xa -Chiều cao mạch từ: H=h+ za Với MBA một pha thì... 2 Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 13 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất ChươngIII THIẾT KẾ MẠCH LỰC III.1 Tính chọn van lực III.1.1 Đặc điểm chung Việc tính chọn van cho mạch lực dựa vào các thông số: điện áp làm việc, dòng điện tải, dòng trung bình qua van hay dòng điện làm việc cực đại của van trong sơ đồ đã chọn, điều kiện tản nhiệt • Loại van nào có sụt... L cần có giá trị điện cảm thoả mãn: U di 100 L < U ng max → L < ng max = = 10 −6 (H ) = 1(μH ) 6 di dt 100.10 dt T R Chọn L=1( μ H) III.5 Phương pháp đảo chiều Do yêu cầu công nghệ là mạ điện có đảo chiều nên mạch lực phải sử dụng BBĐ có đảo chiều BBĐ này sử dụng hai bộ chỉnh lưu tia 2 pha, mỗi bộ CL cung cấp dòng một chiều ra tải được mắc như hình vẽ: CL(+) Tải CL(-) Có hai phương pháp đảo chiều: ... thành phần dòng điện đập mạch: LCKL = LL- Ld -Lba (Coi điện cảm tải Ld =0) → LCKL = 3,15 - 0,0245 = 3,1255 (mH) Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 24 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất III.3.3 .Thiết kế cuộn kháng lọc + Các thông số ban đầu: -Điện cảm yêu cầu của cuộn kháng lọc: LCKL = 3,1255 mH -Dòng điện định mức chạy qua cuộn kháng : Iđm = 100A -Biên độ dòng điện... chữa hệ thống truyền động và dùng để đóng, cắt bộ nguồn chỉnh lưu khi khoảng cách từ nguồn cấp tới bộ chỉnh lưu đáng kể Dùng cầu chì dây chảy tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch các Thyristor, ngắn mạch đầu ra của bộ chỉnh lưu Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 28 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Nhóm 1CC có dòng điện định mức dây chảy: I1cc =1,1 I2 = 1,1 70,71=... R=80(Ω) và C=0,3μF Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 29 Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất III.4.4 Bảo vệ chống tăng dòng di cho Thyristor dt Khi đang khoá mà có xung điều khiển và điện áp dương đặt lên Thyristor thì Thyristor mở ngay lập tức Dòng qua Thyristor sẽ tăng lên với tốc độ lớn, có thể phá hỏng Thyristor do đốt nóng cục bộ Để chống lại sự tăng dòng di cho... chuyển đổi hai chiều Qua phân tích ở trên, để đảm bảo chất lượng mạ đảo chiều tốt nhất nên chọn phương pháp điều khiển riêng Vì với mạ đảo chiều thì để chất lượng mạ tốt nhất, nên cấp dòng theo hai chiều thuận và ngược với thời gian thuận, ngược khác nhau Sơ đồ mạch lực có dạng như hình III.2: Trong đó: Mạch chỉnh lưu có T1 và T2 là chỉnh lưu làm việc với thời gian thuận Mạch chỉnh lưu có T3 và T4 là . án Đề Tài: Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng mạ. Tống Thị Hiếu - TĐH2- K48 Đồ án môn: Điện tử công suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều. suất Thiết kế nguồn mạ một chiều có đảo chiều dòng điện mạ 12 II.2. Chọn phương án Theo yêu cầu công nghệ: Nguồn mạ một chiều cần thiết kế là nguồn có: