Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều

Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều, Đồ án điện tử công suất thiết kế nguồn mạ một chiều

Thiết kế nguồn mạ một chiều

MạCH ĐảM BảO CáC YÊU CầU SAU :

Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện không đổi trong suốt quá trình mạ Mạch có khâu bảo vệ quá áp, quá tải và ngắn mạch

Phơng án lựa

chọn Điện áp vào AC – 50Hz Điện áp ra(VDC) Dòng tải Imax (A)

Trình tự thiết kế đồ án:

1 Giới thiệu chung về chủng loại thiết bị sẽ thiết kế

2 Đề xuất các phơng án, phân tích u nhợc điểm của từng phơng án để lựa chọn phơng án phù hợp

3 Thiết kế mạch lực và mạch điều khiển

4 Thuyết minh nguyên lý làm việc và sơ đồ kèm theo

5 Tính toán mạch lực và mạch điều khiển

6 Rút ra kết luận sau quá trình thiết kế đồ án

Lời nói đầu

Ngày nay mạ kim loại đã trở thành một ngành kỹ thuật phát triển mạnh mẽ

ở hầu hết các nớc trên thế giới, phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản xuất và đời sống con ngời

Lớp mạ kim loại trên bề mặt các chi tiết máy,dụng cụ sinh hoạt, phơng tiện 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 đợc các yêu cầu kỹ thuật mong muốn

Mạ kim loại không chỉ làm mục đích bảo vệ khỏi bị ăn mòn mà còn có tác dụng 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 nớc phát triển mà ngay trong nớc ta kỹ thuật mạ đã có nhng bớc phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất cung nh trong 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 bộ tự động hoá với độ tin cậy cao Điều này sẽ giúp nâng cao chất lợng mạ và hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm môi trờng

Để có một lớp mạ tốt ngoài những yếu tố khác thì nguồn điện dùng để mạ là rất quan trọng

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 tng bớc tiếp cận môn học Để có thể lắm vững lý thuyết đẻ áp dụng vào thực

tế, ở học kỳ này em đợc các thầy giao cho đồ án môn học với đề tài : Thiết kế nguồn mạ một 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 thầy cô giáo trong bộ môn và đặc biệt là thầy Võ Minh Chính đã giúp em hoàn thành đồ án này

Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm cha 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 12 tháng 7 năm 2009

Sinh viên

Dơng văn Khoa

A Giới thiệu chung về công nghệ mạ điện

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 thấy rõ giá trị của đề tài, trớc hết ta cần phải nắm rõ một số khái niệm cũng nh các thiết bị có liên quan đến quá trình mạ bằng điện phân

Ta dựa vào sơ đồ điện phân nh sau:

Sơ đồ trên là mô hình dùng trong phạm vi nhỏ nh 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 nh : pin, ắc qui, máy phát điện một chiều, bộ biến

đổi Ngày nay đợc dùng phổ biến nhất là bộ biến đổi Bộ biến đổi cho quá trình điện 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

Dung dịch mạ

Chi tiết cần mạ

Nguồn điện

1 chiều

Điện

cực

2 Anốt :là điện cực nối vơí cực dơng của nguồn điện một chiều Trớc 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 đợc dùng tronh các trờng 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

Cu e Cu

Ni e Ni

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 trờng hợp mạ Crôm Khi điện phân ở bề mặt

anốt không hoà tan cũng diễn ra quá trình oxi hóa H2O,OH− ,Cl−…

↑ +

2 2 4 4

2 2

O O H e OH

Cl e Cl

Khí thoát ra ở anốt trong quá trình điện phân thờng chính là O2 hay Cl2

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 nh :

H khi gặp nhiệt độ cao giãn nở mạnh gây ra sự rạn nứt, giòn kim loại) Ngời

ta gọi hiện tợng này là hiện tợng “ 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, trớc khi mạ ta cần phải gia công cho bề mặt chi tiết bằng phẳng, bóng và sạch các chất dầu mỡ màng oxít

Catố vật mạ cần phải nhúng ngập vào dung dịch, thờng ngập dới mặt nớc

8 – 15cm và cách đáy bể khonảg 15cm Các chỗ nối phải đảm bảo tiếp xúc thật tốt, không để gây ra hiên tợng 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 thờng 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 đợc

_ 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 nội 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 đẫn điện cao Độ đẫn điện của dung dịch không những chỉ giảm đợc tổn thấtđiện trong quá trình mạ mà còn làm cho lớp mạ đồng đều hơn

_ Mỗi dung dịch cho lớp mạ có chất lợng 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 lợng cao trong một khoảng nhiệt độ nhất

định VD mạ Niken khoảng nhiệt độ là 55 → 70 C, mạ vàng 60 → 70 C Nhìn chung, khi điện phân nhiệt độ dung dịch không vợt 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 thờng cho lớp mạ có chất lợng tốt hơn lớp mạ từ chính kim loại thu đợc từ nuối đơn VD lớp mạ thu đợc từ dung

4 )

(CN

Zn

3 )

(CN

Zn tốt hơn lớp mạ thu đợc từ dung dịch muối CuSO4

5 Bể điện phân : làm từ vật liệu cách điện, bền hóa học, bền nhiệt Thành và mặt trong của bể thờng đợc lót bằng chất dẻo có độ bền hóa học, bền nhiệt Lớp chất dẻo lót phải kín tuyệt đối, nớc không thấm qua đợc Mặt ngoài sơn nhiều lớp chống gỉ Bể mạ thờng có dạng hình chữ nhật, điều này giúp cho lớp mạ đợc phân bố đều hơn bể có hình dạng khác Có nhiều bể mạ nh 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 trớc khi mạ.Yêu cầu bề mặt trớc khi mạ :

- Trớc khi mạ vật cần mạ đợc 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 trớc 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 thể có Trong

điều kiện nh vậy lớp mạ thu đợc mới có độ bóng tốt, không sớc, không sần sùi, bóng đều toàn lớp mạ đồng nhất nh ý.

Phơng pháp gia công bề mặt kim loại trớc khi mạ :

- Phơng pháp gia công cơ khí bao gồm : mài thô, mài tinh, đánh bóng quay bóng hay sóc bóng trong thùng quay

- Phơng pháp gia công hóa học hay điện hóa họcbao gồm : tẩy dầu

mỡ, tẩy gỉ, tẩy lại làm bóng bề mặt, rửa sạch

Sự lựa chọn phơng pháp gia công cho hiệu qủa tốt nhất lại có giá thành

rẻ, đòi hỏi ngời 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 lợng và hình thức lớp mạ Chất lợng lớp mạ phụ thuộc một cách cơ bản vào phơng pháp đợc 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

B phân tích và Lựa chọn phơng án

I Phân tích các phơng án

Nhiệm vụ đặt ra đối với đồ án là thiết kế nguồn mạ một chiều có điện áp thấp và dòng rất lớn Nguồn mạ làm việc theo nguyên tắc giữ dòng điện mạ 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 sức quan trọng, nó quyết định nhiều đến chất lợng lớp mạ thu đợc Nguồn điện một chiều có thể là ắc quy, máy phát điện một chiều, bộ biến đổi Chúng ta phân…tích từng loại nguồn để quyết định lựa chọn phơng án nào :

1 ắc quy : Tong công nghệ mạ điện ắc quy chỉ đợc sử dụng trong phòng thí nghiệm hay sản xuất ở quy mô nhỏ Do hạn chế về lợng điện tích lên ắc quy chỉ dùng để mạ các chi tiết nhỏ, còn với các chi tiết lớn thì không dùng ắc quy

đợc Đặc biệt khi dòng điện mạ đòi hỏi lớn thì ắc quy không thể đáp ứng đợc Vì vậy mà trong công nghệ mạ ngời 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 đợc các nhợc điểm của ắc quy Máy phát điện một chiều trong thực tế có thể đợc sử dụng rộng rãi trong quy mô sản xuất lớn Nhng giá thành đầu t cho máy phát điện một chiều lớn, cơ cấu điều khiển hoạt động khá phức tạp Máy phát điện một chiều với nhiều nhợc điểm : cổ góp mau hỏng; thiết bị cồng kềnh; làm việc có tiếng ồn lớn Máy phát điện một chiều cần th-ờng xuyên bảo trì sửa chữa Chính vì các lý do trên lên trong công nghiệp ngời

ta không dùng máy phát điện một chiều

3 bộ biến đổi :

Hiện nay trong công nghiệp thì dòng điện xoay chiều đợc 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 nghệ sản xuất Thyristor đã đạt đ-

ợc nhiều thành tựu Chính vì vậy các bộ biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng một chiều ngày càng đợc sử dụng nhiều trong các nghành công nghiệp Ngày nay trong công nghệ mạ điện thì bộ bién đổi đợc dùng rộng rãi nhất Các bộ biến đổi dùng trong quá trình điện phân có thể cho ra các điện áp nh : 3V, 6V, 12V, 24V, 30V, 50v Tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật mà chọn điện thế cho phù hợp.Bộ biến đổi với các u điểm : thiết bị gọn nhẹ; tác động nhanh; dễ tự

động hóa; dễ điều khiển và ổn định dòng Chi phí đầu t 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 đợc hơn cả về mặt kinh tế cũng nh các tiêu chuẩn kỹ thuật Vậy quyết định phơng án là dùng bộ biến

đổi

Với mạch chỉnh lu có rất nhiều : chỉnh lu một pha, chỉnh lu ba pha, chỉnh

lu không điều khiển, chỉnh lu có điều khiển Trong yêu cầu của đồ án là…thiết kế nguồn

mạ điện áp thấp và dòng khá lớn Trớc hết ta xét trờng hợp chỉnh lu có

điều khiển, sau đó ta có thể xét trờng hợp chỉnh lu điốt không điều khiển với góc điều khiểnα = 0

Các phơng án khả thi :

+ Chỉnh lu tia ba pha+ Chỉnh lu cầu ba pha đối xứng+Chỉnh lu cầu ba pha không đối xứng+ chỉnh lu sáu pha có cuộn kháng cân bằng

Phơng án 1: Chỉnh lu tia ba pha

Sơ đồ nguyên lý

T1

T2 B

T3 C

A

Chỉnh lu tia ba pha có cấu tạo từ một biến áp ba pha với thứ cấp đấu sao có trung tính, ba van bán nối cùng cực tính để nối với tải , ba đầu còn lại của van bán dẫn nối tới các pha biến áp Tải nối giữa đầu nối chung của van bán dẫn với đầu trung tính.

Khi biến áp có ba pha đấu sao (Y) trên mỗi pha A, B, C nối một van ba catod đấu chung cho điện áp dơng của tải, còn chung tính biến áp sẽ là điện áp

âm Ba pha điện áp A, B, C dịch pha nhau một góc là 120o theo các đờng cong

điện áp pha, có điện áp của một pha dơng hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kì (120o) Từ đó thấy rằng, tại mỗi thời điểm chỉ có

điện áp của một pha dơng hơn hai pha kia

Nguyên tắc điều khiển các tíitỏ ở đây là: khi anod của tíitỏ nào dơng hơn tíitỏ đó mới đợc kích mở Thời điểm điện áp của hai pha giao nhau đợc coi là góc thông tự nhiên (nh vậy trong chỉnh lu ba pha, góc mở nhỏ nhất α = 0o sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 30o)

điện áp đây UAB, đến khoảng t3 : t4 các tiristor T1, T2 khoá, còn T3 dẫn lúc này

T1 chịu điện áp dây UAC

Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc góc mở của các tiristor Nừu góc mở Tiristor nhỏ hơn α ≤30o, các đờng cong

Ud, Id liên tục hình 1.8b, khi góc mở lớn hơn α > 30o điện áp và dòng điện tải gián đoạn (đờng cong Ud, Id )

Khi tải điện cảm (nhất là điện cảm lớn) dòng điện, điện áp tải là các đờng cong liên tục, nhờ năng lợng dự trữ trong cuộn dây đủ lớnđể duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu, nh đờng cong nét đậm (tơng tự nh vậy là đờng cong Ud ) Trên hình mô tả một ví dụ so sánh các đờng cong điện áp tải khi góc mở α

=60o tải thuần trở hình và tải điện cảm hình

Trị số điện áp trung bình của tải sẽ đợc tính nếu điện áp tải liên tục, khi

điện áp tải gián đoạn (điển hình khi tải thuần trở và góc mở lớn) điện áp tải

đ-ợc tính:

1 sin( )

3 3

do d

U

 

Trong đó: U do = 1,17.U 2f - điện áp chỉnh lu tia ba pha khi van là điốt

U 2f - điện áp pha thứ cấp biến áp

Nhận xét : Chỉnh lu tia ba pha có chất lợng điện một chiều tốt , việc điều

khiển các van bán dẩn trong trờng hợp này cũng tơng đối đơn giản Dòng điện mỗi cuộn dây thứ cấp là dòng một chiều, do biến áp ba pha trụ mà từ thông lõi thép biến áp là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất biến áp phải lớn Nếu ở đây biến áp đợc chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp còn lớn hơn nhiều Khi chế tạo biến áp động lực, các cuộn dây thứ cấp phải đợc đấu sao (Y), có dây trung tính phải lớn hơn dây pha vì dây trung tính chịu dòng điện tải

Phơng án 2 : Chỉnh lu cầu ba pha không đối xứng

A B C

Ví dụ T1 dẫn từ t1 (thời điểm phát xung mở T1) tới t3 (thời điểm phát xung mở T2) Trong trờng hợp điện áp tải giáng đoạn Tiristor đợc dẫn từ thời

điểm có xung mổch đến khi điện áp dây đổi dấu Các điốt tự động dẫn khi

điện áp đặt lên chúng thuận chiều Ví dụ D1 phân cực thuận trong khoảng t4 –

t6 và nó sẽ mở cho dòng điện chạy từ pha B về pha A trong khoảng t4 – t5 và

từ pha C về pha A trong khoảng t5 – t6

Chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có dòng điện và điện áp tải liên tục khi góc mở các tiristor nhỏ hơn 60o, khi góc mở tăng lên và thành phần điện cảm của tải nhỏ, dong điện và điện áp sẽ gián đoạn

Theo dạng sóng điện áp tải, trị số điện áp trung bình ttrên tải bằng 0 khi góc

mở đạt tới 180o Ngời ta có thể coi điện áp trung bình trên tải là kết quả của tổng hai điện áp chỉnh lu tia ba pha

3 3 max(1 cos ) 3 max(1 cos )

2 sin(

U Sù më cña T1 lµm cho T5 bÞ kho¸ l¹i mét c¸ch tù nhiªn v× U a >U c

Lóc nµy T6 vµ T1 cho dßng ®i qua §iÖn ¸p ra trªn t¶i : U d =U ab =U a −U b

B

T5T6T1 T2T3T4

Dạng sóng cơ bản

Đờng bao phía trên biẻu diễn điện thế điểm F

Đờng bao phía dới biểu diễn điện thế điểm G

Điện áp trên mạch tải : U d =U F −U G là khoảng cách thẳng đứng giữa

hai đờng bao

d

d i

d I

0

0

θ θ

θ θ α

α

α

cos 6 3 sin 2 2

+ Π

U d

U

Giá trị điện áp ngợc lớn nhất trên mỗi van : U ngmax = 6U2 = 2 , 45U2

Dòng điện trung bình chạy qua van

3

d T

I

b.Ưu nhợc điểm của sơ đồ :

+ u điểm :

- số xung áp chỉnh lu trong 1 chu kỳ lớn, vì vậy độ đập mạch của

điện áp chỉnh lu thấp, chất lợng điện áp cao

- không làm lệch pha lới điện

+ Nhợc điểm

- sử dung số van lớn, giá thành thiết bị cao

- sơ đồ này chỉ dung cho tải công suất lớn, dòng nhỏ và điện áp chỉnh lu đòi hỏi độ bằng phẳng

Do dòng tải dùng trong mạ điện có tụi số lớn, nên không áp dụng đợc

ph-ơng pháp này, vì các van không chịu đợc dòng tải lớn

Phơng án 3 : Chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân bằng

a Sơ đồ nguyên lý

L T5 T4 T3 T2 T1

R T6

Sơ đồ chỉnh lu 6 pha có cuộn kháng cân bằng, đợc biểu diễn nh trên sơ

đồ, bao gồm máy biến áp động lực, có cuộn kháng cân bằng C cb, 6 thyristor chia làm hai nhóm T1,T3,T5 và T2,T4,T6

Máy biến áp có hai hệ thống thứ cấp a,b,c và a’,b’,c’ Các cuộn dây trên mỗi pha a và a’; bvà b’;c và c’ có số vòng nh nhau nhng có cực tính ngợc nhau Hệ thống dây cuốn thứ cấp máy biến áp có điểm trung tính riêng biệt P

và Q P, Q đợc nối với nhau qua cuộn kháng cân bằng

Cuộn kháng cân bằng có cấu tạo nh máy biến áp tự ngẫu Điện áp chỉnh

lu trung bình trong sơ đồ có giá trị nh trung bình cộng của điện áp đầu ra của hai chỉnh lu tia 3 pha, nghĩa là :

2 1 , 17 2

2

6 3

Dòng trung bình qua van :

6

d v

I

I =

Dạng sóng cơ bản :

+ Số van sủ dụng lớn giá thành cao

+ Máy biến áp phức tạp có số cuộn thứ cấp nhiều

* Dòng điện mạ khá lớn, căn cứ vào u nhợc điểm của phơng án này, ta thấy dòng qua van nhỏ trung bình bằng 1/6 dòng qua tải Vì vậy ta chọn bộ biến

đổi dùng làm nguồn mạ là chỉnh lu 6 pha, có cuộn kháng cân bằng

II.Chọn phơng án thiết kế

Chỉnh lu tia ba pha thờng đợc lựa chọn, khi công suất tải không quá lớn

so với biến áp nguồncấp (để tránh gây mất đói xứng cho nguồn lới), và khi tải

có yêu cầu không quá cao về chất lợng điện áp một chiều Đối với các loại tải

có điện áp một chiều định mức là 220V, sơ đồ tia ba pha có u điểm hơn tất cả Bởi vì theo sơ đồ này, khi chỉnh lu trực tiếp từ lới có điện áp một chiều là

220V 1,17 = 257,4V Để có điện áp 220V không nhất thiết phải chế tạo biến

áp, mà chỉ cần chế tạo ba cuộn kháng anốt của van là đủ

Chỉnh lu cầu ba pha nên chọn, khi cần chất lợng điện áp một chiều tốt, vì đây là sơ đồ có chất lợng điện áp ra tốt nhất, trong các sơ đồ chỉnh lu thờng gặp Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng có mạch điều khiển

đơn giản hơn, nên trong đa số các trờng hợp ngời ta thờng chọn phơng án cầu

ba pha điều khiển không đối xứng Ví dụ làm nguồn cho máy hàn một chiều,

điều khiển kích từ máy phát xoay chiều công suất nhỏ, các bộ nguồn cho các thiết bị điện hoá nh mạ điịen, điện phân

Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng đợc dùng nhiều trong các trờng hợp tải có yêu cầu về việc hoàn trả năng lơựng về lới, ví dụ nh điều khiển động cơ điện một chiều

Để giảm ảnh hởng của hài bậc ba lên lới, đối với tải có công suất lớn sơ cấp biến áp thờng nối tam giác Để giảm tiết diện dây quấn thứ cấp , các biến áp

có thể đấu tam giác

Sơ đồ tia sáu pha ,việc chế tạo biến áp phức tạp và phải làm thêm cuộn kháng cân bằng , nên thơng đợc lựa chọn khi dòng tải có dòng điện quá lớn

mà theo sơ đồ cầu ba pha không lựa chọn đợc van theo dòng điện

Cùng trị số điện áp và dòng tải nh nhau, sử dụng sơ đồ càng nhiều pha dòng

điện của van bán dẫn càng nhỏ Các sơ đồ cầu bao giờ cũng có điện áp làm viẹc của van nhỏ hơn với sơ đồ tia cùng loại

Sau khi phân tích và đánh giá về chỉnh lu, từ các u nhợc điểm của các sơ đồ chỉnh lu ở trên thì phơng án: chỉnh lu cầu ba pha điều khiển không đối xứng là hợp lý hơn cả Bởi lẽ ở công suất vừa, không quá lớn thì sơ đồ này

đơn giản và kinh tế mà chất lợng điện áp tốt đảm bảo để xây dựng nguồn mạ.Nên sơ đồ lựa chọn để thiết kế là :

C trình tự Thiết kế chỉnh lu cầu 3 pha kđx

Sơ đồ mạch lực:

A B C

L R

Tính chọn dựa vào các yếu tố cơ bản của dòng tải, điều kiện toả nhiệt,

điện áp làm việc, các thông số cơ bản của van đợc tính nh sau:

- Điện áp ngợc lớn nhất mà Tiristor mà Tiristor:

3

d nv u

Trong đó : KdtU là hệ số dự trữ điện áp, chọn KdtU = 1,8

- Dòng làm việc của van tính theo dòng hiệu dụng:

Ilv = Ihd = Khd.Id = 600 346,5( )

d I

Điện áp ngợc cực đại của van: Un = 100V

Dòng điện định mức của van : Idm = 900 A

Đỉnh xung dòng điện: Ipik = 800A

Dòng điện của xung điều khiển: Idk = 0,2A

Điện áp của xung điều khiển: Udk = 3,0V

Dòng điện rò: Ir = 45mA

Sụt áp lớn nhất của Tiristor ở trạng thái dẫn là: ∆U = 2,5V

Tốc độ biến thiên điện áp : dU 200

Tốc đọ biến thiên dòng điện :

dI

dt = 180A/às

Thời gian chuyển mạch : tcm= 20às

Nhiệt độ làm việc cực đại cho phép : Tmax = 125oC

2 Tính toán máy biến áp

Chọn máy biến áp 3 pha 3 trụ sơ đồ đấu dây ∆/Y làm mát bằng không khí tự nhiên.

- Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp

Phơng trình cân bằng điện áp khi có tải:

Udo cosα min= Ud + 2.∆Uv + ∆Udn + ∆Uba

Trong đó:

α min = 10o là góc dự trữ khi có sự suy giảm điện lới

∆Uv = 2,5 V là sự sụt áp trên Tiristor

∆Udn ≈ 0 là sự sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux là sự sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp

U

V k

- Dòng điện hiệu dụng thứ cấp của máy biến áp:

h = 21,6 cm

- TÝnh to¸n d©y quÊn

+ Sè vßng d©y mçi pha s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p

16,7

6 2,75

489,8

178 2,75

S2cđ = a2.b2 = 5 20 mm2

* Kết cấu dây quấn sơ cấp

- Thực hiện dây quấn kiểu đồng tâm bố trí theo chiều dọc trục

- Số vòng trên một lớp của cuộn sơ cấp

kc = 0,95 hệ số ép chặt

h - chiều cao trụ

hg – khoảng cách từ gông đến cuộn dây

- Số lớp dây ở cuộn sơ cấp

1 1 11

262 6,7 39

W n W

Chọn số lớp là n1= 7 lớp

* Kết cấu cuộn thứ cấp

- Chiều cao cuộn thứ cấp h2 = h1 = 21,6

- Số vòng trên một lớp

2 22 2

9

0, 48 18,6

W n W

Kích thớc lõi thép : chiều rộng a = 7,2 cm

bề dày b = 9 cm

chiều cao h = 21,6 cm

3 bảo vệ mạch động lực

Khi van bán dẫn làm việc, có dòng điện chạy qua van, trên van có sụt

áp ∆U, do đó có tổn hao công suất Tổn hao này sinh nhiệt, đốt nóng van bán dẫn, nhiệt độ của van tăng lên do công suất tổn hao trên van gây ra Khi nhiệt

độ của van cao hơn nhiệt độ môi trờng xung quanh nhiệt lợng đợc truyền vào môi trờng Nếu nhiệt độ của van vợt quá giới hạn cho phép sẽ phá hủy van, vì vậy làm mát cho van là một vấn đề rất quan trọng Để van bán dẫn làm việc đ-

Cuộn dây

Mạch từ tthép

H

L

ợc an toàn , không bị chọc thủng về nhiệt, phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp lí

Có các biện pháp làm mát thờng đợc sử dụng :

+ Làm mát bằng cách gắn các lá tản nhiệt vào van, hiệu suất làm việc

+ Làm mát bằng nớc : van đợc gắn thêm tấm đồng rỗng cho nớc chảy qua Đây là biện pháp làm mát rất hiệu quả hiệu suất làm việc của van đạt đến 90%, nhng hệ thống làm mát phức tạp chỉ phù hợp với yêu cầu công suất lớn

và có nguồn nớc tại vị trí lắp đặt thiết bị

Qua phân tích trên ta chọn biện pháp làm mát bằng thông gió có quạt ỡng bức thổi qua cánh tản nhiệt để đẩy nhanh quá trình truyền vào không khí

c-đạt hiệu suất làm việc của van là 70%

- Dòng trung bình qua van là : 600 200( )

d v

I

* Các biện pháp bảo vệ van:

Thyristor làm việc với điện áp quá cao dòng quá lớn so với định mức

sẽ bị phá hỏng

Nguyên nhân gây ra đợc chia làm hai loại :

Nguyên nhân nội tại :

- Do làm việc quá dòng , quá áp định mức

- Khoá thyristor bằng điện áp ngợc các điện tích đổi ngợc hành trình tạo ra dòng điện ngợc trong khoảng thời gian rất ngắn

- Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện gây ra một suất điện

động cảm ứng trong các điện cảm luôn luôn có của đờng dây nguồn dẫn đến các thyristor Vì vậy giữa anốt và katốt xuất hiện quá điện áp

- Xung điện áp do cắt đột ngột biến áp non tải

Nguyên nhân bên ngoài : Những nguyên nhân này thờng xảy ra ngẫu nhiên nh khi có sét đánh, khi đóng cắt máy biến áp nguồn Cắt máy biến áp nguồn tức là cắt dòng điện từ hóa máy biến áp, bấy giờ năg lợng từ trờng tích luỹ trong lõi sắt từ chuyển thành năng lợng điện chứa trong các tụ kí sinh, rất nhỏ giữ các dây cuốn sơ cấp và thứ cấp máy biến áp Điện áp này có thể lớn gấp 5 lần điện áp làm việc

Sơ đồ bảo vệ mạch lực:

L R

Bảo vệ quá nhiệt độ cho các van bán dẫn

Chọn phơng pháp làm mát van bằng quạt thông gió cỡng bức đẩy luồng không khí qua khe cánh tản nhiệt giảm nhanh nhiệt độ của van ra môi trờng xung quanh

Các thông số cần có:

∆p tổn hao công suất

τ độ chênh nhiệt độ so với môi trờng

Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristor Tcp =1250C

Nhiệt đọ trên cánh tản nhiệt Tlv = 800C

τ = Tlv- Tmt = 400C

Km Hệ số toả nhiệt, Km = 8 w/m2 0C

Tổn thất công suất trên 1 Tiristor ∆p = ∆U.Ilv = 2,5.346,5 = 886,25 (kw)

Diện tích bề mặt toả nhiệt: STN = ∆p/Km.τ = 866,25/ 8.40 = 2,7m2

Kích thớc mỗi cánh Stn = (25cmx25cm)x2 mặt = 3,1m2

Bảo vệ quá dòng điện cho van

A B C

Bảo vệ ngắn mạch và quá tải về dòng điện : dùng cầu chì ,automat, rơle dòng

điện nhiệt hoặc bảo vệ bằng rơle điện tử

dm dm

=

=

Bảo vệ quá điện áp cho van

- Mắc nối tiếp van

Dựa vào các thông số làm việc của van, trờng hợp không chọn đợc van có điện

áp cao phải tiến hành mắc nối tiếp các van

Khi mắc nối tiếp các van, cần chọn các van có đặc tính giống nhau nhằm đảm bảo sự phân bố điện áp nh nhau trên các van Do đặc tính của van không hoàn toan giống nhau cần phân bố lại điện áp

U k

.

.

=+ Xác định các thông số trung gian : ( ), ( ), * ( )

min

* max

+ Tính các thông số trung gian

im U

Q C

R Q

LU

2 2

* max

*

Trong đó L là điện cảm của mạch RLC

Cuối cùng ta chọn