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

Đồ án Đề Tài: Thiết kế nguồn mạ một chiều Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 1 - Đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều có các tham số sau Phương án 3 + Điện áp ra :24 V + Dòng tải I max : 6000 (A) + Đảo chiều : không Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện không đổi trong suốt quá trình mạ. Mạch có khâu bảo vệ ngắn mạch. Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 2 - Lời nói đầu Mạ kim loại ra đời và phát triển hàng trăm năm nay.Ngày nay mạ kim loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ở hầu hết các nước trên thế giới, phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản xuất và đời sống văn minh con người. Lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt, phương ti ện sản xuất, giao thông vận tải, khai thác mỏ địa chất,thông tin liên lạc, kỹ thuật điện tử, cơ khí chính xác, thiết bị y tế, trang trí bao bì Vậy mạ điện là gì ? Một cách đơn giản nhất có thể hiểu mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hoá . đáp ứng được các yêu cầu kỹ thu ật mong muốn. Mạ kim loại không chỉ làm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mòn mà còn có tác dụn trang trí, làm tăng vẻ đẹp, sức hấp dẫn cho các dụmh cụ máy móc và đồ trang sức Ngày nay không riêng gì ở nước phát triển mà ngay trong nước ta kỹ thuật mạ đã có nhưng bước phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất cung như trong kinh doanh Kỹ thuật mạ đ òi 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 trọ ng. Đối với sinh viên tự động hóa, môn học điện tử công suất là một môn rất quan trọng. Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trong khoa em đã tưng bước tiếp cận môn học. Để có thể lắm vững lý thuyết đẻ áp dụng vào thực tế, ở học kỳ này em được các thầy giao cho đồ án môn học với đề tài : Thiết kế nguồn mạ mộ t chiều. Đây là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế. Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự chỉ bảo của các rhầy cô giáo trong bộ môn và đặc biệt là thầy Đỗ Trọng Tín đã giúp em hoàn thành đồ án này. Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 3 - Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm chưa có lên em không tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày 20 tháng 6 năm 2004 Sinh viên : Cao Chiến Thắng MỤC LỤC CHƯƠNG I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện CHƯƠNG II : Lựa chọn phương án Chương III : Tính Chọn Mạch Lực CHƯƠNG IV : Thiết kế mạch điều khiển Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 4 - CHƯƠNG I : Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện Từ nhiều năm nay công nghệ mạ điện đã ra đời và phát triển mạnh mẽ. ngày nay hầu hết các nước trên thế giới công nghệ mạ điện đã phát triển một cách vượt bậc có ứng dụng rộng rãi trong thực tế ,đời sống phục vụ đắc lực cho các nghành khoa học kỹ thuật như mạ trên các vật liệu các chi tiết máy, các ứng dụng đờ i thường,các vật trang trí … Cho đến nay kỹ thuật mạ dã có những bước tiến nhảy vọt và thoả mãn được các yêu cầu kỹ thuật như tạo lớp mạ dày, có cấu trúc tốt độ cứng cao chịu ma sát tốt,chịu áp lực ngay ỏ nhiệt độ cao như pít tông ,xi lanh… Mặc dù mạ đã có những bước phát triển đáng kể xong trên thé giới các nhà khoa học đã và đang không ngừng nghiên cứu tìm tòi và ság tạ o ra các phương pháp mạ tốt nhất .họ tập trung tìm tòi các chất phụ gia mới ,phương pháp điện phân mới de tạo ra các lớp mạ tốt có cấu trúc tinh thể mịn, dẻo,đọ cứng cao không bong xứơc ở điều kiện thay đổi nhiệt dộ va chạm mạnh Đối với đất nước chúng ta do điều kiện phát triển trình độ mạ còn thấp do vậy để đáp ứng nhu c ầu thực tế chúng ta phải không ngừng nâng cao trình độ và có nhữmg bước đi vững chắc cần hình thành các trung tâm nghiên cứu kỹ thuật mạ để tạo ra được lớp mạ có chất lượng cao và giá thành rẻ. Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 5 - I. MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG LỚP MẠ ĐIỆN Lớp mạ điện có rất nhiều ứng dụng trong thực tế và kỹ thuật nó có thể bảo vệ tốt cho kim loại khỏi bị ăn mòn hoá học hay điên hoá trong môi trường sử dụng.Xuất phát từ khả năng của nó gười ta đã ứng dụng để tạo ra các lớp mạ cần thiết bảo vệ bề mặt cho các loại náy móc trong công nghiệp và các nghành khoa học …  lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy, dụng cụ sinh hoạt …đã giúp bảo vệ các dụng cụ và các chi tiết đó khỏi các tác động của môi trường ngoài.  lớp mạ có tác dụng trang trí bên ngoài sản phẩm làm tăng vẻ đẹp sản phẩm và sức thu hút của mọi dụng cụ máy móc , đồ dùng cá nhân ,trang sức…  có một số chi tiết máy do nhu cầu thực tế là giá thành hạ và không cần dùng kim loại hay hợp kim đắt tiền để chế tạo người ta sử dụng các kim loại hay hợp kim rẻ tiền rồi mạ các lớp mạ lên nó tạo điều kiện cho việc tiêu thụ sản phẩm tốt…  Ngoài các lớp mạ thông thường còn có lớp mạ kỹ thuật đó là lớp mạ có các tính chất lý hoá đặc biệt mà các lớp kim loại nền không có… 9 lớp mạ chố ng ma sát ,mài mòn 9 lớp mạ làm thay đổi kích thước chi tiết máy 9 lớp mạ làm tăng độ dẫn điện 9 lớp mạ cho độ bám cao không bong tróc II,PHÂN LOẠI LỚP MẠ Gồm 4 loại : ¾ Lớp mạ bảo vệ ¾ Lớp mạ trang trí ¾ Lớp mạ trang trí bảo vệ ¾ Lớp mạ kỹ thuật 1. Lớp mạ bả o vệ Dùng để bảo vệ khỏi sự ăn mòn kim loại trong môi trường sử dụng và bảo vệ kim loại nền có hai lớp mạ bảo vệ: 9 Lớp mạ ca tốt: lớp mạ mà kim loại mạ có điện thế dương hơn điện thế kim loại nền 9 Lớp mạ Anốt: lớp mạ mà kim loại mạ có điện thế âm h ơn điện thế kim loại nền 2. Lớp mạ trang trí Lớp mạ này có độ bang sáng màu hấp dãn giữ được lâu ví dụ như :mạ vàng mạ bạc…Thường dùng mạ ca tốt Người ta tạo lớp mạ trang trí bằng cách tạo một lớp mỏng kim loại trên bề mặt vật cần mạ, độ bóng tạo ra bằng cách đánh bóng cơ khí hoá học điện hoá Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 6 - 3. Lớp mạ trang trí bảo vệ Là loại lớp mạ vừa trang trí vừa bảo vệ kim loại nền Ví dụ:dùng lớp mạ ca tốt như niken-crôm,đồng -crôm….do niken có độ bền cao nên đóng vai trò là lớp bảo vệ 4. Lớp mạ kỹ thuật Chúng ta sử dụng rộng rãi và có ứng dụng trong thực tế như: • Mạ làm tăng độ bền chống ma sát ổ trục • Mạ phục hồi các 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 một chiều là một đề tài có giá trị thực tế lớn, bởi vì trong công nghệ mạ nguồn điện một chiều là một yếu tố quan trọng. Để th ấy rõ giá trị của đề tài, trước hết ta cần phải nắm rõ một số khái niệm cũng như các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện phân. Ta dựa vào sơ đồ điện phân như sau: Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 7 - Sơ đồ trên là mô hình dùng trong phạm vi nhỏ như phòng thí nghiệm đồng thời cũng dùng trong qui mô sản xuất lớn. Các thành phần cơ bản của sơ đồ điện phân : 1. Nguồn điện một chiều như : pin, ắc qui, máy phát điện một chiều, bộ biến đổi. . Ngày nay được dùng phổ biến nhất là bộ biến đổi. Bộ biến đổi cho quá trình đi ện phân có điện áp ra thấp : 3V, 6V, 12V, 24V… Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện áp ra cho phù hợp. Một bộ biến đổi có thể lấy ra một số điện áp cần thiết cho một số qui trình. VD : Mạ niken thường dùng điện áp 6V hay 12V. Để mạ Crôm dùng 12V. Để đánh bóng điện hóa nhôm thường dùng điện áp 12 – 24V. 2. Anốt : Là điện cực nối vơí cực dương củ a nguồn điện một chiều. Trước khi điện phân anốt cần phải đánh sạch dầu mỡ, lớp gỉ… Anốt dùng trong mạ điện có hai loại : anốt hòa tan và anốt không hoà tan. Anốt hoà tan được dùng tronh các trường hợp mạ niken, mạ đồng, mạ kẽm, mạ thiếc… Trong quá trình điện phân anốt tan vào dung dịch mạ theo phản ứng ở điện cực : + + =− =− 2 2 2 2 CueCu NieNi Các cation kim loại tan vào dung dịch điện phân và đi đến catốt. Phản ứng điện hóa ở anốt là phản ứng oxi hóa. Anốt không hòa tan dùng trong trường hợp mạ Crôm. . Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 8 - Khi điện phân ở bề mặt anốt không hoà tan cũng diễn ra quá trình oxi hóa −− ClOHOH ,, 2 … ↑+=− =− − − 22 2 244 22 OOHeOH CleCl Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thường chính là 2 O hay 2 Cl . 3. Catốt : là điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều. Trong mạ điện catốt là vật mạ. Trên bề mặt vật mạ luôn diễn ra phản ứng khử các ion kim loại mạ. Ví dụ như : Mạ niken : ↓=+ + NieNi 2 2 Mạ kẽm ↓=+ + ZneZn 2 2 Đồng thời với iôn kim loại bị khử, + OH 3 cũng bị khử giải phóng ra khí 2 H theo phản ứng : OHHeoH 223 22 +↑=+ + Khí 2 H thoát ra trên bề mặt ca tốt có khả năng thấm sâu vào mạng tinh thể kim loại mạ và các kim loại nền, làm giảm độ bền cơ học của kim loại (khí 2 H khi gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây ra sự rạn nứt, giòn kim loại) .Người ta gọi hiện tượng này là hiện tượng “ giòn kim loại “. Để kim loại mạ bám chặt vào bề mặt kim loạ nền đồng thời cho lớp mạ đồng đều, bóng sáng hấp dẫn, trước khi mạ ta cần phải gia công cho bề mặt chi tiết bằng phẳng, bóng và sạch các chất dầu mỡ màng oxít. Catốt vật mạ c ần phải nhúng ngập vào dung dịch, thường ngập dưới mặt nước 8 – 15cm và cách đáy bể khonảg 15cm. Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt, không để gây ra hiên tượng phóng điện trong chất điện phân. Tuyệt đối không để chạm trực tiếp giữa anốt và catốt khi đã nối mạch điện. 4. Dung dich chất điện phân : dung dịch chất điện phân dùng để mạ thường có hai phần : _ Thành phần cơ bản : gồm muối và hợp chất chứa iôn của kim loại mạ và một số hoá chất thiết yếu khác, nếu thiếu hóa chất này thì dung dich không thể dùng để mạ được. _ Thành phần thứ hai : bao gồm các chất phụ gia + Chất làm bóng lớp mạ +Chất đệm giữ cho pH của dung dịch ổn định +Chất giảm sức căng nộ i tại đảm bảo lớp mạ không bong nứt +Chất san bằng đảm bảo cho lớp mạ đồng đều hơn +Chất làm tăng độ dẫn điện cho lớp mạ đồng đều hơn +Chất chống thụ động hóa anốt nhằm ổn định mạ Một số đặc điểm dung dịch mạ : _ Dung dịch mạ cần phải có độ đẫ n điện cao. Độ đẫn điện của dung dịch không những chỉ giảm được tổn thấtđiện trong quá trình mạ mà còn làm cho lớp mạ đồng đều hơn. Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 9 - _ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lượng trong một khoảng pH nhất định. Ví dụ mạ Niken pH=4,5 đến 5,5. Mạ kẽm trong dung dịch amôniclorua pH= 4,5 đến 5,5. Mạ kẽm trong dung dịch axít pH= 3,5 đến 4,0… _ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lượng cao trong một khoảng nhiệt độ nhất định. VD mạ Niken khoảng nhiệt độ là C . 7055 → , mạ vàng C . 7060 → . Nhìn chung, khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vượt qua nhiệt độ sôi của dung dịch. _ Mỗi dung dịch có một khoang mật độ dòng catốt thích hợp. _ Dung dịch chứa muối phức của kim loại thường cho lớp mạ có chất lượng tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu được từ nuối đơn. VD lớp mạ thu được từ dung dịch −2 4 )(CNZn hoặc −2 3 )(CNZn tốt hơn lớp mạ thu được từ dung dịch muối 4 CuSO . 5. Bể điện phân : Làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt. Thành và mặt trong của bể thường được lót bằng chất dẻo có độ bền hóa học, bền nhiệt. Lớp chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nước không thấm qua được. Mặt ngoài sơn nhiều lớp chống gỉ. Bể mạ thường có dạng hình chữ nhật, đi ều này giúp cho lớp mạ được phân bố đều hơn bể có hình dạng khác. Có nhiều bể mạ như bể mạ tĩnh, thùng mạ quay, … Trên dây là toàn bộ sơ đồ tổng quát của quá trình mạ bằng điện phân. Trong công nghệ mạ còn có một số yêu cầu về gia công bề mặt trước khi mạ.Yêu cầu bề mặt trước khi mạ : - Trước khi mạ vật cần mạ được tiến hành gia công cơ khí để có bề mặt bằng phẳng, đồng thời tẩy xóa các lopứ gỉ, đánh bóng bề mặt theo yêu cầu sử dụng. - Tẩy sạch dầu mỡ các hợp chất hóa học khác có thể có trên bề mặt vật mạ. Tóm lại trước lúc chi tiết vào bể điện phân, bề mặt cần phải thật bằng phằng, sắc nét bóng tuyệt đối sạch dầu mỡ, các màng oxit có th ể có. Trong điều kiện như vậy lớp mạ thu được mới có độ bóng tốt, không sước, không sần sùi, bóng đều toàn lớp mạ đồng nhất như ý. Phương pháp gia công bề mặt kim loại trước khi mạ : - Phương pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô, mài tinh, đánh bóng quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay. - Phương pháp gia công hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa sạ ch. Sự lựa chọn phương pháp gia công cho hiệu qủa tốt nhất lại có giá thành rẻ, đòi hỏi người kỹ thuật viên phải có hiểu biết đầy đủ và nhất là phải có kinh nghiệm sản xuất. Bất kỳ thiếu sót nào dù nhỏ hoặc đánh giá không đúng công việc chuẩn bị bề mặt đều dẫn đến giảm sút chất lượng và hình thức lớp mạ. Chất lượng l ớp mạ phụ thuộc một cách cơ bản vào phương pháp được lựa chọn, kỹ thuật và điều kiện tiến hành chuẩn bị bề mặt lớp mạ. Không bao giờ chúng ta coi nhẹ việc chuẩn bị bề mặt vật mạ. [...]... Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ một b Mạch so sánh hai cổng : Khi: U1>U2 thì U3 = -Un Khi: U1Tính toán máy biến áp lực Từ sơ đồ mạch lực với các thông số ta tính toán máy biến áp lực : Đại học Bách Khoa Hà Nội - 21 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ một 1,Các thông số cơ bản của MBA Id=6000A ;Udmax=24V Công suất một chiều trên tải : Pd =... nghệ mạ người ta ít sử dụng ắc quy làm nguồn mạ 2 Máy phát điện một chiều : Trong công nghệ mạ dùng máy phát điện một chiều khắc phục được các nhược điểm của ắc quy Máy phát điện một chiều trong thực tế có thể được sử dụng rộng rãi trong quy mô sản xuất lớn Nhưng giá thành đầu tư cho máy phát điện một chiều lớn, cơ cấu điều khiển hoạt động khá phức tạp Máy phát điện một chiều với nhiều nhược điểm : cổ... dây sơ cấp: 325/10 =32(vòng) sốlớp dây sơ cấp :8 3/32 =3(lớp) Chiều dày toàn bộ lớp sơ cấp :1 0+3x(2+1) =19 mm Chiều dày cuộn dây biến áp:31+19 =50 mm Lấy khoảng cách giữa hai cuộn là 5 mm Đại học Bách Khoa Hà Nội - 24 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ một Dùng lớp cách điện giữa lớp trong cùng với lõi là fíp dày 8 mm Cửa sổ rộng l : 50x2 +8x2+5 =121 mm II Tính chọn van và bảo vệ van : Chế độ... iocb Chiều rộng trụ giữa lõi thép a : Đại học Bách Khoa Hà Nội - 27 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ một a = 2,6.4 Lcb it2 = 2,6.4 0,8.10 −5.6000 2 = 10,7cm Để tính các kích thước của cuộn kháng cân bằng từ tài liệu hướng dẫn ta tìm các hệ số m,n,l Lõi sắt cuộn kháng chọn như hình vẽ ở đây n=0,6 ; l=1,2 ; m=2,2 h c a m= ; n= ; l = a a b Với h : là chiều cao cửa sổ =m.a=2,2.10,7=24cm c : là chiều. .. tạp có số cuộn thứ cấp nhiều ** Kết Luận: Qua phân tíchvà đánh giá đầy đủ cả ba phương án ta thấy Dòng điện mạ lớn, dòng qua van nhỏ trung bình bằng 1/6 dòng qua tải,đẻ đảm bảo yêu cầu đề bài ta chọn bộ biến đổi dùng làm nguồn mạ là chỉnh lưu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng Đại học Bách Khoa Hà Nội - 18 - Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ một Chương III : Tính Chọn Mạch Lực Qua phân tích ở trên ta... b : là chiều dày lõi b= a/l = 10,7/1,2=9cm Tiết diện trụ là Q=a.b=10,7.9=96,3(cm2) Chiều dàI lõi L’= a+(c+a/2).2 =10,7+(6,5+10,7/2).2=34,4cm Độ rộng khe hở không khí δ Số vòng dây cuộn kháng ¦ W = 10.4 Lcb L' 0,8.10 −5.34,4.10 −2 = 104 = 2(v) 1,26.μ.Q 1,26.52.96,3.10 − 4 μ là hệ số phụ theo tàI liệu lấy μ = 52 Đại học Bách Khoa Hà Nội - 28 - Cao Chiến Thắng chiều CHƯƠNG IV :Thiết Thiết kế nguồn mạ một. .. mộ pha ưu ột uyên lý chỉ lưu cầu một pha ỉnh u Sơ đồ ngu Tải R+L L - Khi L đủ lớn thì dòng điện id sẽ là dòng liên tục i à n - Phư ương trình mạch tải : 2U 2 sin θ dθ = Ri d + X d id dθ Cao Chiến Thắng chiều Thiết kế nguồn mạ một 1 Π Π +α ∫ α 2U 2 sin θ dθ = Ud = R Π Π +α ∫i α d dθ + X did Π I∫ d 2 2U 2 cos α Π Dạng sóng cơ bản : * Ưu nhược điểm của sơ đồ : Ưu điểm : Sơ đồ này phù hợp với mach có dòng... - 22 - Cao Chiến Thắng chiều Thay số ta có Q = 6 Giả sử Thiết kế nguồn mạ một 180000 = 208(cm2) 3.50 a: là chiều rộng của trụ b: là bề dày của trụ Để đảm bảo mỹ thuật ta chọn b/a =1,25 ⎧Q = a.b ⎩b / a = 1,25 Vậy từ ⎨ Ta suy ra a= 130 mm ; b=160 mm Để đảm bảo mỹ thuật chọn chiều cao của trụ theo tỷ lệ m= h/a =2,5 suy ra h=2,5a= 2,5.130 =325 mm 3 Tính toán dây cuốn : Số vòng vôn : 4,44.f.B.Q 10 −4 =4,4.50.1.208 . Đồ án Đề Tài: Thiết kế nguồn mạ một chiều Cao Chiến Thắng Thiết kế nguồn mạ một chiều Đại học Bách Khoa Hà Nội - 1 - Đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều. • Mạ làm tăng độ chống mài mòn III,SƠ ĐỒ ĐIỆN PHÂN Đề tài thiết kế nguồn mạ một chiều là một đề tài có giá trị thực tế lớn, bởi vì trong công nghệ mạ nguồn