Xem mẫu
- Lời nói đầu
Mạ điện là một trong những phương pháp rất có hiệu quả để bảo v ệ
kim loại khỏi bị ăn mòn trong môi trường khí quyển.
Nhờ mạ điện tạo ra các sản phẩm có độ bền cao,nâng cao tính th ẩm
mỹ của sản phẩm để vụ cho các ngành công nghiệp cũng nh ư ứng dụng th ực t ế
trong cuộc sống hàng ngày….
Các vật mạ điện có giá trị trang trí cao,bền và rẻ,ngoài ra còn có độ
cứng,độ dẫn điện cao được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất công cụ
thiết bị điện năng,ôtô,môtô,xe đạp,dụng cụ y tế… Ở các nước công
nghiệp,ngành mạ điện phát triển rất mạnh. Ở nước ta ngành mạ điện luôn được
hoàn thiện để đáp ứng nhu cầu ngày càng phát triển của công nghi ệp. Nh ưng nói
chung về mặt kỹ thuật chưa được chú ý,chất lượng mạ ch ưa tốt. Mấy năm g ần
đây,những kỹ thuật mới,công nghệ mới về mạ đặc biệt là mạ trang sức,mạ vàng
giả,mạ phi kim loại,mạ phức hợp,mạ điện…có nhiều thành quả nghiêm cứu và
ứng dụng phong phú.
Để nắm vững lý thuyết cũng như từng bước tiếp cận công nghệ mới về
mạ điện em được giao tìm hiểu về đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều. Đây
là một đề tài có quy mô và ứng dụng thực tế cao. Trong quá trình làm và hoàn
thành đồ án môn học,em đã nhận được sự giúp đỡ,chỉ bảo tận tình của th ầy
Đoàn Văn Tuân,đây là lần đầu tiên làm đồ án môn h ọc với đ ề tài m ới m ẻ có liên
quan nhiều đến môn học khác. Mặc dù em đã cố gắng nhưng chắc chắn không
tránh khỏi hết khuyết điểm. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của
thầy,cô để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cám ơn !
Hải Phòng, ngày 10 tháng 10 năm 2012.
1
- CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN
1.1. Tổng quan về công nghệ mạ điện.
1.1.1 Sơ lược về kỹ thuật mạ điện.
Mạ điện đơn giản có thể là quá trình kết tủa kim loại lên b ề mặt n ền m ột
lớp phủ có tính chất cơ lý hóa…đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Tuy nhiên ch ỉ nh ững
công nghệ ổn định,bền trong thời gian dài mới được sử dụng trong sản xuất. Mạ
điện thực chất là quá trình điện phân(phản ứng phân tích hóa học xảy ra dưới tác
dụng của dòng điện một chiều). quá trình điện phân tổng quát trên diode xảy ra
quá trình hòa tan kim loại điện cực dilde.
n+
Phương trình: M − ne → M
Trên catot,các cation nhận điện tử tạo thành nguyên tử kim loại mạ:
Phương trình: M n + + ne → M
Trong mạ điện bao gồm rất nhiều giai đoạn và các bước nối ti ếp nhau. Ví
dụ ở catot.
Cation M n + mH 2 O di chuyển từ dung dịch vào trong bề mặt catot. Cation
mất vỏ Hyđrat mH 2 O tiếp xúc trực tiếp với bề mặt. điện tử từ catot điền vào
vách điện tử hóa trị của cation biến nó thành nguyên tử kin lo ại trung hòa ở dạng
hấp thu. Các nguyên tử kim loại sẽ tạo thành mầm tinh thể mới. từ đó các tinh
thể kết hợp thành lớp mạ.
2
- Hình 1.1: Mô hình mạ điện phân với nguồn một chiều.
Các phần tử trong sơ đồ:
1- Bình ổn nhiệt. 2- Bình điện phân. 3- catôt. 4 và 5- anôt, 6- d ụng c ụ đo
điện lượng. 7- Ampe kế. 8- nguồn điện một chiều
1.1.2 Sự phát triển của công nghệ mạ điện
Kỹ thuật mạ điện hiện nay đã có những bước tiến tri ển nh ảy v ọt,th ỏa
mãn được yêu cầu kỹ thuật quan trọng trong sản xuất và đời sống. Các nhà khoa
học luôn tập trung mọi lỗ lực nhằm tìm ra những chất ph ụ gia m ới,phát minh
những chất điện giải mới,phương pháp điện phân mới với những mục đích nâng
cao không những chất lượng lớp mạ không chỉ trên bề mặt kim loại mà ngay trên
bề mặt chất dẻo hay các phi kim loại khác.
Kỹ thuật mạ điện luôn đòi hỏi lớp mạ có cấu trúc tinh th ể mịn,d ẻo nh ưng
rất cứng,độ bám tốt,không xốp,không bong tróc ngay khi thay đổi nhiệt độ hay
va chạm mạnh cũng như bền trong môi trường sử dụng. Vì vậy phải không
ngừng nghiên cứu,cải tiến các thiết bị,máy móc chuyên dùng,thiết kế các dây
chuyền sản xuất đồng bộ,tự động hóa với độ tin cậy cao. Đi ều này s ẽ giúp nâng
cao chất lượng lớp mạ một cách vững chắc,hạ giá thành sản phẩm,chống ô
nhiễm môi trường
1.1.3 Mục đích và ý nghĩa của công nghệ
3
- - Lớp mạ có nhiệm vụ bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn hóa học hay điện
hóa trong môi trường sử dụng.
- Lớp mạ có nhiệm vụt trang trí bên ngoài sản phẩm chế tạo kim lo ại
hoặc hợp kim rẻ tiền,nó đồng thời là lớp mạ bảo vệ các chi tiết máy móc kh ỏi
bị ăn mòn.
- Người ta còn tạo được lớp mạ kim loại hoặc h ợp kim có tính ch ất hóa lý
đặc biệt như:
+ Lớp mạ làm tăng độ chống mài mòn,chống ma sát.
+ Tạo lớp mạ dẫn điện tốt hơn kim loại nền nhiều lần,lại không
gỉ,đảm bảo dòng điện rất nhỏ lưu thông trong hệ thống lâu dài.
+ Lớp mạ có độ rắn cao,chịu được các lực tác dụng mà không b ị
bong tróc,tạo lớp mạ bóng sáng,bền nhiệt cao…
1.2 Yêu cầu của công nghệ mạ điện.
Để quá trình mạ thành công:
- Gia công đúng kỹ thuật cho catot.
- Chọn đúng vật liệu cho anot,thành phần dung dịch mạ,m ật đ ộ dòng đi ện
và các điều kiện điện phân khác,sự ổn định dòng điện trong quá trình m ạ. có r ất
nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự thành công cũng như chất lượng mạ điện.
Nhưng đồ án là thiết kế nguồn mạ nên ta chỉ quan tâm đến ảnh hưởng của
nguồn cung cấp cho quá trình mạ có vai trò rất quan trọng đến sự thành công
cũng như chất lượng và độ bền của lớp mạ.
Do yêu cầu công nghệ bắt buộc phải có nguồn điện một chiều nên ta dùng
dòng điện một chiều không đảo chiều. dòng điện một chiều không đảo chiều ổn
định trong suốt quá trinh mạ sẽ cho ra những sản ph ẩm có l ớp m ạ đ ều và bóng.
Điện áp một chiều phải tương đối bằng phẳng. Dòng điện một chiều ph ải đi
4
- vào 2 cực kim loại nhưng vào dung dịch thì điện thế catot(cực âm) trở lên âm
hơn,điện thế anot (cực dương) trở lên dương hơn. Sự thay đổi điện th ế nh ư
vậy gọi là sự phân cực. sự phân cực có quan h ệ m ật thi ết v ới m ạ và quy ết đ ịnh
được lớp mạ kết tinh mịn.
Khả năng phân bố tốt,lớp mạ phân bố đồng đều. Làm Hyđrô thoát ra
mạnh,làm giảm hiệu suất dòng điện và độ bám lớp mạ.
Phân cực anot làm anot hòa tan không bình thường,ảnh h ưởng sự phân c ực
đến lớp mạ có mặt lợi,mặt hại. trong quá trình mạ phải l ợi d ụng mặt lợi,kh ống
chết mặt hại. đa số trường hợp muốn lớp mạ mịn,khả năng phân bố tốt phải
nâng cao sự phân cực (trong phạm vi cho phép), tránh làm giảm hiệu suất dòng
điện,độ bám lớp mạ không tốt.
Để tạo nguồn một chiều cho mạ điện có th ể dùng máy phát đi ện m ột
chiều hay máy chỉnh lưu.Hiện nay,máy chỉnh lưu được dùng rộng rãi để thay th ế
máy phát điện một chiều. Dùng máy chỉnh lưu có lợi là hiệu suất cao,th ời gian
sử sụng lâu,tiếng ồn nhỏ, dễ điều khiển, có thể lắp trực tiếp cạnh bể mạ.
1.3. Phạm vi ứng dụng và một số sản phẩm thực tế.
Các sản phẩm của công nghệ mạ điện có mặt ở nhiều ngành trong nền
kinh tế, giữ vai trò quan trọng trong một số ngành công nghiệp khác nhau.
- Trong lĩnh vực xây dựng: mạ ống nước, đường sắt, các thiết b ị ngoài
trời, mạ các thiết bị chịu lực, mạ kẽm cho tôn…
- Trong sản xuất dân dụng: làm đồ trang sức, lư đồng, huy chương, bát đĩa,
vòi nước…
- Trong ngành kĩ thuật cao: sản xuất robot, tên lửa…
- Trong công nghiệp đóng tàu: thường mạ một lớp kẽm lên bề mặt vỏ tàu.
5
- - Trong các công trình thủy (ở Tôkiô): các trụ cầu của cầu dẫn qua cảng
Tokyo, lớp phủ titanium (1mmTi + 4mm thép tấm).
- Trong lĩnh vực khác: mạ vàng điện thoại, xe hơi, laptop….
Sản phẩm mạ của công nghệ mạ điện có giá trị ngày càng cao trong nền
kinh tế quốc dân nhất là trong lĩnh vực công nghệ cao hiện nay.
Chương 2: Tính chọn mạch công suất
2.1. Giới thiệu mạch công suất và phân tích ưu nhược điểm
Nhiệm vụ đặt ra đối với thiết kế là thiết kế nguồn m ạ một chi ều có đi ện
áp thấp và dòng rất lớn. Nguồn mạ làm việc theo nguyên t ắc gi ữ dòng đi ện m ạ
trong quá trình nạp. Mạch có khâu bảo vệ chống chạm điện cực.
Trong công nghệ mạ điện thì nguồn điện là một yếu tố hết s ức quan trọng,
nó quyết định nhiều đến chất lượng lớp mạ thu được. Nguồn điện một chiều có
6
- thể là ắc quy, máy phát điện một chiều, bộ biến đổi… Chúng ta phân tích từng
loại nguồn để quyết định lựa chọn phương án nào :
2.1.1. Ắc quy.
Trong công nghệ mạ điện ắc quy chỉ được sử dụng trong phòng thí nghi ệm
hay sản xuất ở quy mô nhỏ. Do hạn chế về lượng điện tích lên ắc quy ch ỉ dùng
để mạ các chi tiết nhỏ, còn với các chi tiết lớn thì không dùng ắc quy được. Đặc
biệt khi dòng điện mạ đòi hỏi lớn thì ắc quy không thể đáp ứng được. Vì vậy
mà trong công nghệ mạ người ta ít sử dụng ắc quy làm nguồn mạ.
2.1.2. Máy phát điện một chiều.
Đối với máy phát điện một chiều ta có:
+ Máy phát điện một chiều tự kích thíc.
+ Máy phát điện một chiều kích thích độc lập.
Hầu hết các quá trình mạ đều dùng nguồn điện một chi ều có công su ất khác
nhau nhưng điện thế chỉ từ 6 -12 V hay 24 V, 30 V. Để cấp đi ện cho tải m ột
chiều người ta dùng máy phát điện một chiều:
Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy phát cung cấp điện cho bể mạ:
abc
CD
U1c -
n
MF n + e K
e A
FK ĐCK KT
ikt Chuyển
dịch ion
Bể
mạ Dung dịch Lớp
mạ
7
- Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý máy phát điện một chiều cung cấp
cho bể mạ.
Trong sơ đồ gồm có các phần tử sau:
- MF: là máy phát điện một chiều kích từ độc lập cung c ấp đi ện áp cho quá
trình mạ. Sức điện động của máy phát được thay đổi bằng cách thay đổi dòng
điện kích từ ikt
- ĐCK: Là động cơ không đồng bộ (động cơ s ơ cấp) đ ể quay máy phát MF
và máy phát kích từ FK.
- FK: Là máy phát điện một chiều tự kích có công suất bé, nó cung cấp dòng
kích từ ikt cho máy phát MF.
Hoạt động của sơ đồ:
+ Khi đóng cầu dao CD xuống, lúc này ta đã cung cấp điện áp xoay chi ều
cho động cơ sơ cấp (ĐCK). Khi động cơ sơ cấp (ĐCK) làm vi ệc nó cung c ấp
năng lượng làm quay phần ứng của máy phát điện một chiều kích từ độc lập
(MF) và máy phát điện tự kích (FK). Lúc này máy phát điện tự kích thích ho ạt
động sinh ra dòng điện một chiều cung cấp dòng điện kích từ cho máy phát đi ện
kích từ độc lập, kết quả là máy phát điện kích từ độc lập hoạt động, sinh ra điện
áp một chiều cung cấp nguồn điện cho quá trình mạ.
Qua việc phân tích sơ đồ nguyên lý h ệ th ống máy phát đi ện m ột chi ều cung
cấp cho bể mạ, ta thấy hệ thống máy phát có một số ưu, nhược điểm sau:
+ Ưu điểm:
- Có thể đảo chiều dòng điện bằng cách đổi chiều dòng điện kích từ ikt.
- Tạo ra dòng điện và điện áp liên tục, lý tưởng h ơn so với ch ỉnh l ưu. Vì
trong thành phần dòng, áp không chứa sóng hài bậc cao.
- Điều chỉnh điện áp trong một phạm vi tải nhất định.
+ Nhược điểm:
- Chế tạo và bảo quản cổ góp phức tạp.
8
- - Cổ góp mau hỏng.
- Thiết bị cồng kềnh, khi làm việc có tiếng ồn lớn.
- Do sự tiếp xúc giữa cổ góp và ch ổi than sinh ra tia l ửa đi ện nên r ất
nguy hiểm khi vận hành.
- Hiệu suất thấp, tổn thất lớn.
- Giá thành đầu tư lớn.
- Tốn diện tích đặt máy, d ễ bị ăn mòn (b ị ôxy hoá) do dung d ịch m ạ, h ơi
muối, chất phụ gia, chất xúc tác.
- Khó điều chỉnh điện áp cho từng bể mạ vì lo ại đ ộng cơ máy phát
thường dùng cho nhiều bể mạ có điện thế và cường độ dòng điện gần giống
nhau do đó cần trang bị mỗi bể một bảng điện trở để điều chỉnh dòng và thế cho
phù hợp với yêu cầu của bể đó.
- Đường dây tải điện từ máy phát tới các b ể mạ dài, ti ết di ện l ớn, d ẫn
đến tổn hao trên đường dây lớn, không kinh tế.
Chính vì các lý do trên lên trong công nghiệp người ta không dùng máy phát
điện một chiều.
2.1.3. Bộ biến đổi.
1. Điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu
- Sơ đồ nguyên lý:
. . . . .
.
.
Zt
. . . .
MBA MBA chỉnh lưu
tự ngẫu chỉnh lưu Diode
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu
- Nguyên lý làm việc: Dùng một máy biến áp tự ngẫu để thay đổi điện áp lưới
xoay chiều từ trị số cao về trị số thấp hơn, rồi mới qua máy biến áp chỉnh lưu
9
- cấp điện áp cho bộ chỉnh lưu. Do đó việc điều chỉnh điện áp ra trên t ải đ ược
thực hiện thông qua máy biến áp tự ngẫu bằng cách dùng đ ộng c ơ kéo con tr ượt
trượt trên dây quấn thứ cấp máy biến áp.
- Ưu, nhược điểm của sơ đồ:
Qua phân tích nguyên lý hoạt động, ta thấy cần phải có hai bi ến áp (m ột bi ến
áp tự ngẫu, một biến áp chỉnh lưu) nên giá thành đắt và cồng kềnh.
Điều chỉnh điện áp bằng máy biến áp tự ngẫu có h ệ s ố công su ất cao, nh ưng
ta phải dùng hệ thống chổi than - con trượt để lấy điện áp ra, do đó có tính tr ễ,
khó khăn khi muốn điều chỉnh tĩnh, bộ chỉnh lưu diode dùng ít thuận tiện.
2. Điều khiển bằng điều áp xoay chiều:
- Sơ đồ nguyên lý:
. . .
A
B .
.
Zt
C
. .
Bộ điều áp MBA chỉnh lưu
xoay chiều chỉnh lưu Diode
Hình 2.3. Điều chỉnh điện áp bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều.
Dùng một bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều (bộ điều áp xoay chiều) để điều
chỉnh điện áp phía sơ cấp biến áp, phía th ứ cấp được đưa vào một bộ ch ỉnh l ưu
điện áp dùng Diode. Ưu điểm của sơ đồ này là phía sơ cấp điện áp lớn, dòng
nhỏ, việc chọn các van Tiristor dễ dàng, nh ưng lại dùng quá nhi ều van bán d ẫn,
thành phần hài bậc cao lớn, điều khiển các Tiritor khó khăn, ch ất l ượng đi ện áp
một chiều không cao. Do đó sơ đồ này không được sử dụng phổ biến.
3. Điều khiển bằng Tiristor:
Sơ đồ nguyên lý của bộ chỉnh lưu:
10
- . . .
A
B .
.
Zt
C
. .
MBA chỉnh lưu
chỉnh lưu Diode
Hình 2.4. Điều chỉnh điện áp bằng bộ chỉnh lưu có điều
khhkhkjkkhiển.
Các van bán dẫn thường được dùng trong các mạch chỉnh lưu là: Diôt và
Tiristor.
+ Diôt chỉ cho dòng chạy qua khi thế ở Anốt lớn hơn thế ở Catốt.
+ Tiristor cho dòng chảy qua khi thoả mãn hai điều kiện:
- Thế ở Anốt lớn hơn thế ở Catốt.
- Đồng thời phải có tín hiệu điều khiển.
Hoạt động của sơ đồ: Khi đặt điện áp xoay chiều u 1 vào máy biến áp (MBA)
thì ở đầu ra của MBA ta thu được một điện áp xoay chiều u 2, điện áp này qua bộ
chỉnh lưu sẽ cho ta điện áp một chiều cung cấp cho bể mạ.
- Một số ưu điểm của bộ chỉnh lưu:
+ Dễ tự động hoá.
+ Dễ điều chỉnh và ổn định dòng, áp.
+ Có thể thay đổi điện áp sau chỉnh lưu.
+ Bộ chỉnh lưu có thể đặt ngay sát bể mạ: không tốn không gian đặt
thiết bị; tổn thất trên đường dây ít.
+ Dễ bảo quản, không bị ăn mòn trong môi trường mạ.
+ Thiết bị gọn nhẹ: ví dụ để tạo ra 1kw điện năng một chiều, nếu dùng
máy phát điện một chiều thì phải mất từ 10kg ÷ 15kg thiết bị, nhưng nếu dùng
van bán dẫn thì chỉ cần 1kg ÷ 2kg thiết bị.
- Nhược điểm của bộ chỉnh lưu:
11
- + Cho dòng điện và điện áp gián đoạn, không lý tưởng bằng máy phát
điện một chiều.
+ Điện áp sau chỉnh lưu còn chứa thành phần sóng hài bậc cao, nên điện
áp chỉnh lưu có sự nhấp nhô, không bằng phẳng. Điều này làm nhiễu; ảnh
hưởng tới chất lượng làm việc của nhiều loại máy móc, thi ết b ị và các h ộ dùng
điện một chiều.
Kết luận:
Như vậy chỉnh lưu có điều khiển với các ưu điểm: Thiết bị gọn nh ẹ, tác
động nhanh, tự động hoá, dễ điều chỉnh và ổn định dòng áp, …. Chi phí đầu tư
cho bộ biến đổi cũng rẻ, hiệu quả làm việc cao và ổn định. So với dùng nguồn
mạ là ắc quy hoặc máy phát điện một chiều thì bộ biến đổi đáp ứng được h ơn
cả về mặt kinh
tế cũng như các tiêu chuẩn kỹ thuật. Vậy quyết định ph ương án là dùng bộ bi ến
đổi điều khiển bằng tiristor.
2.2. Giới thiệu và phân tích ưu nhược điểm của mạch công suất.
Hiện nay trong công nghiệp thì dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng
rãi. Công nghệ chế tạo các thiết bị bán dẫn ngày càng hoàn thiện, các thiết bị
hoạt động với độ tin cậy cao. Đặc biệt công ngh ệ sản xuất Tiristor đã đ ạt
được nhiều thành tựu. Chính vì vậy các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều
thành dòng một chiều ngày càng được sử dụng nhiều trong các nghành công
nghiệp. Ngày nay trong công nghệ mạ điện thì bộ biến đổi được dùng rộng rãi
nhất. Các bộ biến đổi dùng trong quá trình điện phân có th ể cho ra các đi ện áp
như : 3V, 6V, 12V, 24V, 30V, 50V. Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà ch ọn đi ện áp
cho phù hợp.
Với bộ biến đổi (mạch chỉnh lưu) có rất nhiều : chỉnh lưu một pha, chỉnh
lưu ba pha, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu có điều khiển…
12
- Ngày nay, thường ít dùng chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì với
biến áp có trung tính, mặc dù hai loại này có sơ đồ nguyên lí m ạch đ ơn gi ản
nhưng chất lượng điện áp một chiều quá xấu, hiệu suất sử dụng máy biến áp
thấp, công suất chỉnh lưu nhỏ chỉ dùng nạp ác quy, do đó không được dùng trong
những mạch cần công suất lớn như mạ điện. Ta không xét đến trong thiết kế
này.
Trong yêu cầu của đồ án là thiết kế nguồn mạ điện áp thấp và dòng khá lớn
nên có thể đưa ra một số phương án như sau:
+ Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển
+ Chỉnh lưu cầu ba pha đối xứng
+ Chỉnh lưu cầu ba pha không đối xứng
+ chỉnh lưu sáu pha có cuộn kháng cân bằng
2.2.1. Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển.
1. Sơ đồ nguyên lý
T1 T2
A
R
u2
B
L
T4 T3
Hình 2.5. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu 1 pha đối xứng
2.Hoạt động của sơ đồ:
13
- - Trong nửa chu kỳ đầu thế tại điểm A mang dấu “+”, còn th ế ở đi ểm B
mang dấu “ - ”. Nếu đồng thời có tín hiệu đi ều khi ển cho c ả hai van bán d ẫn T 1
và T3, thì hai van mở cho dòng chạy qua (đối với tải thuần trở hoặc đối với t ải
có tính chất điện cảm). Còn đối với tải có chứa sức điện động E thì ph ải đồng
thời có hai điều kiện trên và phải có thế tại A có giá trị l ớn h ơn s ức đi ện động E
thì hai van bán dẫn T1 và T3 mới cho dòng qua.
Đến nửa chu kỳ sau, điện áp tại A và B đổi d ấu, th ế t ại A có d ấu “ - ”, còn th ế
tại B có dấu “ + ”. Nếu có xung điều khiển cho cả hai van T 2 và T4 thì các van
này sẽ mở (đối với tải thuần trở hoặc đối với tải có tính ch ất đi ện c ảm). N ếu
trong tải có thành
phần sức điện động E thì phải có thêm điều ki ện U B ≥ E thì hai van bán dẫn T 2
và T4 mới cho dòng đi qua, để đặt điện áp lưới lên tải. Với điện áp một chi ều
trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trước .
a.Khi tải thuần trở R :
Với u 2 = 2U 2 sin θ
- Khi θ =α: cho xung điều khiển mở T1, T2 và Ud= - U2, hai tiristor sẽ
khoá tự nhiên khi u2 = 0 .
- Khi θ = π + α , cho xung điều khiển mở T3, T4 và Ud=U2 .
+ Dòng qua tải là dòng gián đoạn.
+ Giá tri trung bình của điện áp tải :
π
1 2U 2
Ud = 2U 2 sin θ .dθ = (1 + cos α ) (2.1)
πα π
Ud
+ Giá trị trung bình dòng tải : Id = (2.2)
R
+ Giá trị trung bình dòng qua tiristor :
14
- π
1 2U 2 U I
IT = sin θ .dθ = d = d (2.3)
2π α R 2R 2
+ Dạng sóng cơ bản :
Hình 2.6. Dạng điện áp và dòng điện khi tải thuần trở
b. Khi tải R+L.
- Khi L đủ lớn thì dòng điện id sẽ là dòng liên tục, id=Id .
- Phương trình mạch tải :
d id
2U 2 sin θ .dθ = Rid + X (2.4)
dθ
π +α π +α Id
1 R X
� 2U 2 sin θ .dθ = id dθ +
� π �
di (2.5)
π π
d
α α Id
2 2U 2
Ud = cos α (2.6)
π
- Giá trị hiệu dụng của dòng thứ cấp máy biến áp :
15
- 1 π +α
I2 = I d .dθ = I d
2
(2.7)
π α
+ Dạng sóng cơ bản :
Hình 2.7. Dạng dòng điện và điện áp khi tải là L và R
4. Ưu nhược điểm của sơ đồ :
+ Ưu điểm : Chỉnh lưu cầu một pha cho chất lượng điện áp tương đối tốt,
dòng điện qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ. Điện áp
ngược đặt lên mỗi van trong sơ đồ nhỏ .
+ Nhược điểm : Không dùng được cho tải có công suất lớn, n ếu dùng gây ra
hiện tượng công suất bị lệch pha. Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha dòng tải chảy
qua hai van nối tiếp, vì vậy tổn thất điện áp và công su ất trên van s ẽ l ớn. Thành
phần đa hài bậc cao lớn. Sơ đồ cầu một pha chỉ ứng dụng với yêu cầu điện áp
chỉnh lưu cao và dòng tải nhỏ.
16
- 2.2.2. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng:
1. Sơ đồ nguyên lý.
u2a T1 T3 T5
A
u2b R
B
u2c
C
L
T4 T 6 T2
Hình 2.8. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha đối xứng.
Sơ đồ cầu chỉnh lưu ba pha gồm 6 Tiristor chia làm hai nhóm:
- Nhóm Catốt chung gồm ba Tiristor T 1,T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba
pha cho điện áp dương.
- Nhóm Anốt chung gồm ba Tiristor T2,T4, T6 tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha
cho điện áp âm.
- Góc dẫn dòng của mỗi tiristor là: λ = 2π/3.
- Giá trị cực đại của ud1 và ud2 lệch nhau góc π/3
Như vậy sơ đồ cầu ba pha có thể coi như là hai sơ đồ chỉnh lưu tia ba pha
mắc ngược nhau.
Điện áp các pha :
U 2 a = 2U 2 sin θ
2Π
U 2b = 2U 2 sin(θ − ).
3
17
- 4Π
U 2 c = 2U 2 sin(θ − )
3
Điện áp các pha thứ cấp của máy biến áp là u a, ub, uc; góc mở α được tính từ
lúc giao điểm của các nửa hình sin.
2. Hoạt động của sơ đồ:
- Theo nguyên tắc hoạt động của sơ đồ ch ỉnh lưu c ầu; T ại m ỗi th ời đi ểm c ần
phải mở van bán dẫn cho dòng chạy qua tải, chúng ta ph ải cấp hai xung đi ều
khiển đồng thời (một xung ở nhóm Anốt, một xung ở nhóm Catốt). Cần chú ý
rằng thứ tự cấp xung điều khiển cũng cần tuân thủ đúng theo thứ tự pha.
- Giả thiết T5, T6 đang cho dòng chảy qua U F = U 2c , U G = U 2b
Π
+ Khi θ = θ 2 = + α cho xung điều khiển mơ T1. Tiristor này mở vì U 2 a > 0 .
6
Sự mở của T1 làm cho T5 bị khoá lại một cách tự nhiên vì U 2 a > U 2 c . Lúc này T6
và T1 cho dòng đi qua. Điện áp ra trên tải : U d = U ab = U 2 a − U 2b
3Π
+ Khi θ = θ 2 = + α cho xung điều khiển mở T2. Tiristor này mở vì T6 dẫn
6
dòng, nó đặt U2b lên catốt T2 mà U 2b > U 2c . Sự mở của T2 làm cho T6 khoá lại
một cách tự nhiên vì U 2b > U 2 c .
Π
- Các xung điều khiển lệch nhau được lần lượt đưa đến các cực điều
3
khiển của các tiristor theo thứ tự 1, 2, 3,4, 5, 6, 1,…..Trong mỗi nhóm, khi 1
tiristor mở thì nó sẽ khoá ngay tiristor trước nó, như trong bảng sau :
Thời điểm Mở Khoá
θ1 = π/6 + α T1 T5
θ2 = 3π/6 + α T2 T6
θ3 = 5π/6 + α T3 T1
T4 T2
θ4 = 7π/6 + α
T5 T3
θ5 = 9π/6 + α
18
- θ6 = 11π/6 + α T6 T4
Bảng 2.1. Thời điểm đóng mở của các tiristor.
+ Dạng sóng cơ bản
Hình 2.9. Dạng của dòng điện và điện áp
5Π
+α
6
6 3 6U 2
Ud =
2Π Π
∫ 2U 2 sin θ .dθ =
Π
cos α ( 2.8 )
+α
6
- Giá trị điện áp ngược lớn nhất trên mỗi van :
U ng max = 6U 2 = 2,45U 2 ( 2.9 )
Id
- Dòng điện trung bình chạy qua van : IT = ( 2.10 )
3
3. Ưu nhược điểm của sơ đồ :
+ Ưu điểm :
- số xung áp chỉnh lưu trong 1 chu kỳ l ớn, vì vậy đ ộ đ ập m ạch c ủa
điện áp chỉnh lưu thấp, chất lượng điện áp cao.
- không làm lệch pha lưới điện.
19
- + Nhược điểm :
- sử dung số van lớn, giá thành thiết bị cao
- sơ đồ này chỉ dùng cho tải công suất lớn, dùng tải nhỏ và điện áp
chỉnh lưu đòi hỏi độ bằng phẳng.
Do dòng tải dùng trong mạ điện có hệ s ố l ớn, nên không áp d ụng đ ược
phương pháp này, vì các van không chịu được dòng tải lớn.
2.2.3. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng.
1. Sơ đồ nguyên lý
Đặc điểm của sơ đồ là: Một nhóm sử dụng ba Tiristor còn nhóm kia s ử d ụng ba
điốt. Có thể coi sơ đồ đang xét tương đương với hai sơ đồ ba pha hình tia n ối
tiếp nhau, làm việc độc lập trên cùng một phụ tải.
u2a T1 T3 T5
A
u2b R
B
u2c
C
L
D4 D 6 D 2
Hình 2.10. Sơ đồ chỉnh lưu điều khiển cầu ba pha không đối xứng
2. Hoạt động của sơ đồ
Khi làm việc, các điôt chuyển mạch tự nhiên, còn các tiristor chuyển mạch tại
các góc điều khiển α. Khi α < 60o , điện áp ud luôn lớn hơn 0. Nhưng khi α > 60o
sẽ xuất hiện các giai đoạn hai van mắc thẳng hàng dẫn đồng thời.
Trong khoảng 0 θ1 : T5 và D6 cho dòng tải id = Id chảy qua. D6 đặt điện thế
ub lên anot D2 .
20
nguon tai.lieu . vn
