THIẾT kế NGUỒN mạ một CHIỀU có đảo CHIỀU DÒNG điện

Có thể là các nguồn khác nhau nh : pin , ăc quy, máy phát điện một chiều, có thể dùng nguồn điện hoá học…để cung cấp dòng điện mộtchiều cho bể mạ,bể điện phân…Các nguồn điện trên có công

§å ¸N M¤N HäC §IÖN Tö C¤NG SUÊT

§Ò TµI :

THIÕT KÕ NGUåN M¹ MéT CHIÒU Cã §¶O CHIÒU DßNG §IÖN

Gi¸o viªn híng dÉn : ph¹m quèc h¶I

Lời nói đầu ………3

Chơng 1 Công nghệ mạ 1 chiều ………5

Chơng 2 Lựa chọn sơ đồ chỉnh lu ……… 13

Chơng 3 Tính chọn van mạch lực ……….20

Chơng 4 Tính toán máy biến áp chỉnh lu ………22

Chơng 5 Các thiết bị bảo vệ ……… 33

Chong 6 Tính toán thiết kế bộ lọc………35

Chơng 7 Tính toán các thông số của mạch điều khiển ……… 39

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 nớc trên thế giới, phục vụ một cách đắc lực cho mọi ngành khoa học kỹ thuật sản xuất và đời sống văn minh 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 dụng cụ máy móc và đồ trang sức

Ngày nay không riêng gì ở nớc phát triển mà ngay trong nớc ta kỹthuật mạ đã có nhng bớc phát triển nhảy vọt, thoả mãn yêu cầu kỹ thuậttrong sản xuất cung nh trong kinh doanh

Kỹ thuật mạ đòi hỏi phải không ngừng phát triển nghiên cứu cảitiến 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 lợngmạ và hạ giá thành sản phẩm, chống ô nhiễm môi trờng

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

Đối với sinh viên tự động hóa, môn học điện tử công suất là mộtmôn rất quan trọng Với sự giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô trongkhoa em đã tng bớc tiếp cận môn học Để có thể lắm vững lý thuyết để

áp dụng vào thực tế, ở học kỳ này em đợc các thầy giao cho đồ án mônhọc với đề tài : Thiết kế nguồn mạ một chiều Đây là một đề tài có quymô và ứng dụng thực tế

Với sự cố gắng của bản thân cùng với sự chỉ bảo của thầy PhạmQuốc Hải đã giúp em hoàn thành đồ án này

Do lần đầu làm đồ án điện tử công suất kinh nghiệm cha có lên emkhông tránh khỏi những sai sót mong các thầy giúp đỡ Cuối cùng emxin chân thành cảm ơn !

3

sứ hoặc composit Lớp mạ cũng vậy ,ngoài kim loại và hợp kim ra nócòn 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 vànăng lực công nghệ ,vào tính chất cần có ở lớp mạ và vào giá thành Xuhớng chung là dùng vật liệu nền rẻ ,sẵn có còn vật liệu mạ đắt , quí hiếmhơn nhng chỉ là lớp mỏng bên ngoài.

Nh vậy : Mạ điện là một quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nềnmột lớp phủ có những tính chất cơ,lý ,hoá đáp ứng đợc nhu cầu mongmuốn

2.Điều kiện tạo thành lớp mạ

Mạ điện là quá trình điện phân Quá trình điện phân xảy ra trên haicực nh sau:

-Trên anốt xảy ra quá trình hoà tan kim loại

M - ne → Mn+ (1)

-Trên katôt cation nhận điện tử tạo thành nguyên tử kim loại mạ

Mn+ + ne → M (2) Với các điều kiện điện phân thích hợp thì quá trình (1) và quá trình

không đổi , điều này có ảnh hởng lớn đến chất lợng lớp mạ.Trong một

số trờng hợp ngời ta dùng điện cực trơ khi đó dung dịch sẽ đóng vai trò

chất nhờng điện tử ,vì vậy phải liên tục bổ sung vào dung dịch dới dạngmuối Lúc đó phản ứng chính trên anốt chỉ là quá trình giải phóng ôxi Quá trình trên xảy ra trong bộ mạ điện có sơ đồ nh sau:

a.Điện cực anốt:

Trong mạ điện thờng dùng điện cực anốt tan bằng kim loại làm lớpmạ.Trong quá trình anốt bị tan để cung cấp ion kim loại cho dungdịch,đảm bảo nồng độ ion trong dung dịch là không đổi.Phản ứng trênanốt lúc này là:

M - ne → Mn+ Trong trờng hợp dùng anốt trơ nh : Platin,cacbon…thì quá trình chínhtrên anốt là:

4OH− - 4e → 2H2O + O2 (môi trờngkiềm)

Điện cực catốt là vật cần mạ ,đợc nối với cực âm của nguồn điệnmột chiều.Trên catôt xảy ra quá trình:

Mn+ + ne → M Thực ra quá trình này xảy ra theo nhiều bớc liên tiếp:

catốt

-catốt mất vỏ hyđrat hoá (mH2O) vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catốt -Điện tử (e) từ catốt điền vào điện tử hoá trị của cation biến nó thànhphân tử trung hoà

-Các nguyên tử kim loại hoặc sẽ tham gia vào thành mầm tinh thể mớihoặc tham gia nuôi lớn mầm tinh thể đã sinh ra trớc đó Mầm phát triểnthành.Tinh thể kết thành lớp mạ

c.Dung dịch mạ

-Dung dịch mạ giữ vai trò quyết định về năng lực mạ (tốc độ mạ,chiều dày tối đa ,mặt hàng mạ…)và chất lợng mạ.Dung dịch mạ thờng

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 đợc lớp mạ có chất lợng vàtính chất mong muốn

•Dung dịch muối đơn:Còn gọi là dung dịch axit ,cấu tử chính là các

muối của các axit vô cơ hoà tan nhiều trong nớc phân ly hoàn toàn thànhcác ion tự do.Dung dịch đơn thờng dùng để mạ với tốc độ mạ cao chocác 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 dịchphức thờng dùng trong trờng hợp cần có khả năng phân bố cao để mạcho vật có hình dáng phức tạp

d.Chất phụ gia

•Chất dẫn điện :Đóng vai trò dẫn dòng đi trong dung dịch

•Chất bóng:Chất bóng thờng đợc dùng với liều lợng tơng đối lớn (vài

gam/lit) và có thể bị lẫn vào lớp mạ khá nhiều Chúng cho lớp mạ nhẵnmịn và có thể làm thay đổi quá trình tạo mầm,làm tăng ứng suất nội và

độ dòn

•Chất san bằng: Các chất này cho lớp mạ nhẵn, phẳng trong phạm vi

khá rộng (vĩ mô) Nguyên nhân là chúng hấp phụ lên những điểm cótốc độ mạ lớn và làm giảm tốc độ ở đó xuống Vậy là các phụ gia này đã

u tiên hấp phụ lên các điểm lệch là chỗ có năng lợng tự do lớn hơn vàlên các đỉnh lồi là chỗ có tốc độ khuếch tán lớn các phụ gia đến đó Cácphụ gia hấp phụ này sẽ làm giảm tốc độ chuyển dịch điện tử Trong thực

tế, nhiều phụ gia có cả tác dụng của chất bóng và chất san bằng

•Chất thấm ớt: Trên Catôt thường có phản ứng phụ sinh khí Hydro.

Chất n y thúc à đẩy bọt khí mau tách khỏi bể mạ, l m cho quá trình mà ạnhanh hơn

•Tạp chất : L nhà ữnh chất không mong muốn nhưng khó tránh khỏi.Chúng có thể phóng điện hoặc hấp thụ trên Catot v là ẫn v o là ớp mạ gâynhiều tác hại như : bong, dộp, dũn, gai…

e.Nguồn điện một chiều

Có thể là các nguồn khác nhau nh : pin , ăc quy, máy phát điện một

chiều, có thể dùng nguồn điện hoá học…để cung cấp dòng điện mộtchiều cho bể mạ,bể điện phân…Các nguồn điện trên có công suấtnhỏ,khó tạo ra ,lại không kinh tế Do đó chỉnh lu đợc sử dụng rộng rãitrong các xởng mạ bởi vì nó đạt công suất lớn,dễ sản suất…

3.Các giai đoạn của quy trình công nghệ mạ

Quy trình công nghệ mạ bao gồm rất nhiều bớc nhng có thể chia thành

ba giai đoạn sau:

a.Giai đoạn chuẩn bị

Xét đến bản chất vật liệu h ng mà ạ (nền),mức độ nhiễm bẩn v à độnhám bề mặt của chúng Độ nhấp nhô H của bề mặt mạ bảo vệ không

cứng v mà ạ cách điện H < 1,25àm Chọn dung dịch mạ căn cứ v o à đặctính vật cần mạ

b.Giai đoạn mạ

7

Đợc tiến hành trong thời gian đã xác định trớc.Giai đoạn này cần giữ

cho dòng mạ không đổi

c.Giai đoạn hoàn thiện

Là giai đoạn gia công ,làm đẹp ,làm hoàn thiện sản phẩm.Thờng là các

bớc trung hoà ,tẩy sáng , lấp đầy lỗ…

Khối lợng kim loại kết tủa lên diện tích S có thể dựa vào định luậtFaraday:

-H : hiệu suất dòng điện

-C : đơng lợng điện hoá của kim loại mạ (g/∆h)

4.Các yếu tố ảnh h ởng đến chất l ợng mạ

- Chất lợng mạ một chiều đợc qui định bởi các yếu tố sau: độ bóng lớp

mạ , độ dày lớp mạ , độ bám chặt Chế độ dòng điện cũng ảnh hởng rấtlớn đến chất lợng mạ

+Tuỳ theo yêu cầu của sản phẩm :cần độ bền cơ học cao haythấp,tránh bị ôxi hoá mà độ dày lớp mạ có thể dày hay mỏng.Để dạt độdày cần thiết cần phải có thời gian mạ hợp lý

+Độ bám là một chỉ tiêu rất quan trọng ,nó quyết định độ bền của sảnphẩm ,nếu lớp mạ sau khi mạ lại có độ bám kém thì nó rất dễ bị bung rakhi đó bề mặt vật cần mạ bị lộ ra rất dễ bị ôxi hoá có thể dẫn đếnhỏng,vật mạ xấu …không đáp ứng đợc yêu cầu của mạ

+ Độ bóng của bề mặt lớp mạ cũng là một thông số quan trọng,nótăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm đặc biệt là đồ trang sức ,độ bóng caocũng tạo cho sản phẩm tăng độ bền cơ học hơn.Để tăng độ bóng thì tadùng mạ đảo chiều vì khi mạ thì lớp mạ phủ trên bề mặt không đều cóchỗ dày có chỗ mỏng nên cần phải có đảo chiều để cào bớt những chỗdày hơn đi

- Kỹ thuật mạ chỉ quan tâm đến hai trạng thái bề mặt nền là độ sạch và

độ nhẵn:

+ Độ sạch của nền đảm bảo cho các nguyên tử kim loại mạ liên kếttrực tiếp vào mạng tinh thể kim loại nền, đạt đợc độ gắn bám cao nhất + Độ nhẵn của nền ảnh hởng rất lớn đến độ nhẵn bóng và vẻ đẹp củalớp mạ Nếu bề mặt nền nhám, xớc quá thì phân bố điện thế và mật độdòng điện sẽ không đều, chỗ lõm, rãnh sâu

-Bản chất của kim loại nền cũng ảnh hởng đến chất lợng mạ

-Thành phần dung dịch mạ

-ảnh hởng của các yếu tố điện: Mật độ dòng điện là đại lợng gây ra sựphân cực điện cực Lúc đang mạ, mật độ dòng điện là yếu tố quan trọngnhất có ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm mạ

+Yêu cầu kỹ thuật của nguồn mạ là phải giữ dòng mạ không đổi trongsuốt quá trình mạ.Để lớp mạ đợc phủ đều lên bề mặt thì dòng điện phảigiữ không đổi Cờng độ dòng điện I tính toán xuất phát từ mật độ dòng

điện D0và phụ tải y trong bể:

I = D0.y (A)Trong đó:

D0 : mật độ dòng catôt

y : phụ tải của bể mạ

Mật độ dòng điện cao sẽ thu được lớp mạ có tinh thể nhỏ, mịn, sít

chỉ tại các điểm lồi (điểm có lợi thế) m cà ả trên các mặt phẳng (ít lợi

loại mạ ngốn đi nhanh chóng trong lớp dung dịch catot, do đó phân cực

sẽ tăng lên tạo điều kiện sinh ra lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn

Trong quá trình mạ thì điện trở của bể mạ là luôn thay đổi do có cáciôn kim loại bám vào vật mạ nên nồng độ dung dịch thay đổi

Công thức tính điện trở dung dịch nh sau:

R = l.(100 .χ.y) (Ω)

l : khoảng cách giữa các điện cực (cm)

9

χ : độ dẫn điện riêng của dung dịch (Ω-1.cm-1)

y : phụ tải của bể mạ (dm2)

Do đó muốn cho dòng điện không đổi thì ta phải điều chỉnh điện áp

sao cho tỉ số giữa điện áp và điện trở dung dịch là không thay đổi

5.Mạ có đảo chiều dòng mạ

Do yêu cầu công nghệ mạ mà bắt buộc phải có bộ nguồn một chiều.

Thông thờng để thực hiện mạ ta dùng dòng điện không đảo chiều cấpvào anôt và catôt.Nhng trong một số trờng hợp mạ đặc biệt , mạ đồ trangsức bằng các kim loại quí nh:vàng ,bạch kim…hay các sản phẩm yêu cầuchất lợng cao,nền mạ khó bám…thì ngời ta dùng dòng mạ có đảo chiều Nguyên tắc mạ đảo chiều nh sau:

Trong thời gian tc vật mạ chịu phân cực catôt nên đợc mạ vào với cờng

độ dòng thuận Ic, sau đó dòng điện đổi chiều và trong thời gian ta vật mạchịu phân cực anôt nên sẽ tan ra một phần.Sau đó lại bắt đầu một chu kìmới Thời gian mỗi chu kỳ bằng T= tc +ta .Nếu Ic .tc > Ia .ta thì vật vẫn đ-

ợc mạ Khi lớp mạ bị hòa tan bởi điện lợng Ia ta , thì chính những đỉnhnhọn, gai, khuyết tật là những chỗ hoạt động anôt nhất nên tan mạnhnhất, kết quả là thu đợc lớp mạ nhẵn, hoàn hảo hơn Tuỳ từng dung dịch

m chà ọn tỷ lệ tc : ta thường từ ( 5:1) đến (10:1) Với yêu cầu cụ thể ở đâythì tỉ số tc : ta luôn không đổi là 10 lần

Phơng pháp này có thể dùng đợc mật độ dòng điện lớn hơn khi dùngdòng điện một chiều thông thờng

CHƯƠNG 2 : Lựa chọn sơ đồ chỉnh l u

Để mạ điện thì ta dùng nguồn điện một chiều.Nguồn một chiều

có nhiều phơng pháp để tạo ra :có thể dùng máy phát điện một

chiều , dùng các sơ đồ chỉnh lu từ các nguồn điện ba pha và

nguồn điện một pha ,dùng pin ,ăcquy

1.Dùng máy phát điện một chiều và động cơ điện không đồng bộ

Động cơ điện không đồng bộ biến điện năng của lới điện xoay

chiều ba pha thành dạng cơ năng của roto,cơ năng này đợc truyền

sang trục của máy phát điện một chiều Máy phát điện một chiều

có nhiệm vụ biến đổi cơ năng thành điện năng ở dạng một chiều

cung cấp cho bể mạ

Thay đổi nguồn mạ trong dãy rộng ,rất linh hoạt nhờ biến trở

kích từ ,thao tác nhẹ nhàng ,sai số nhỏ ,độ tinh điều chỉnh cao

Hệ thống cồng kềnh ,năng lợng truyền nối tiếp từ lới điện đến

tải qua máy động cơ,máy phát nên công suất toàn hệ lớn hơn

công suất tải yêu cầu rất nhiều Đặc biệt là với máy phát một

chiều do có bộ phận cổ góp ,chổi than nên dễ gây ra tia lửa điện

rất nguy hiểm cho hệ thống và ngời điều hành

11

thể không chọn đợc van bán dẫn) Nếu tải có điện áp cao và dòng điệnnhỏ, thì việc chọn sơ đồ cầu chỉnh lu một pha hợp lý hơn, bởi vì hệ số

điện áp ngợc của van trong sơ đồ cầu nhỏ hơn, do đó chúng ta dễ chọnvan hơn

Khi sử dụng sơ đồ chỉnh lu cầu một pha, đối với những loại tảikhông cần làm việc ở chế độ nghịch lu hoàn trả năng lợng về lới, nênchọn sơ đồ chỉnh lu cầu điều khiển không đối xứng Vì trong sơ đồ nàytại mỗi thời điểm phát xung điều khiển chúng ta chỉ cần cấp một xung(ở chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng chúng ta phải cấp hai xung

điều khiển cho hai Tiristo đồng thời), sơ đồ mạch điều khiển đơn giảnhơn

Chỉnh lu cầu một pha điều khiển đối xứng đợc dùng nhiều đối vớicác loại tải có làm việc ở chế độ nghịch lu hoàn trả năng lợng về lới, nh

động cơ điện một chiều chẳng hạn

Đối với các loại tải có điện cảm lớn (ví dụ nh cuộn dây kích từ củamáy điện), để lợi dụng năng lợng của cuộn dây xả ra và bảo vệ van khimất điện đột ngột, ngời ta hay chọn phơng án mắc thêm một điôt ngợcsong song với tải

Các sơ đồ chỉnh lu ba pha thờng đợc chọn, khi nguồn cấp là lới bapha công nghiệp và khi tải có yều cầu cao về chất lợng điện áp mộtchiều

Chỉnh lu tia ba pha thờng đợc lựa chọn, khi công suất tải khôngquá lớn so với biến áp nguồn cấp (để tránh gây mất đối xứng cho nguồnlới), 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 bapha có u điểm hơn tất cả Bởi vì theo sơ đồ này, khi chỉnh lu trực tiếp từlới chúng ta có điện áp một chiều là 220V.1,17 =257,4V Để có điện áp220V không nhất thiết phải chế tạo biến áp, mà chỉ cần chế tạo ba cuộnkháng anod của van là đủ

Chỉnh lu cầu ba pha nên chọn, khi cần chất lợng điện áp một chiềutốt, vì đây là sơ đồ có chất lợng điện áp ra tốt nhất, trong các sơ đồchỉnh 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 hợpngời ta hay chọn phơng án cầu ba pha điều khiẻn không đối xứng Ví dụlàm nguồn cho máy hàn một chiều, điều khiển kích từ máy phát xoaychiều công suất nhỏ, các bộ nguồn cho các thiết bị điện hoá nh mạ điện,

điện phân

Sơ đồ chỉnh lu cầu ba pha điều khiển đối xứng đợc dùng nhiềutrong các trờng hợp tải có yêu cầu về việc hoàn trả năng lợng về lới, ví

dụ nh điều khiển động cơ điện một chiều

Để giảm tiết diện dây quấn thứ cấp biến áp, các cuộn dây thứ cấpbiến áp có thể đấu tam giác (∆)

Sơ đồ tia sáu pha, với việc chế tạo biến áp phức tạp và phải làmthêm cuộn kháng cân bằng, nên thờng đợc lựa chọn khi tải có dòng điệnquá lớn mà theo sơ đồ cầu ba pha chúng ta không chọn đợc van theodòng điện

Cùng một trị số điện áp và dòng điện tải nh nhau, sử dụng sơ

đồ càng nhiều pha dòng điện làm việc của van bán dẫn càng nhỏ

Các sơ đồ cầu bao giờ cũng có điện áp làm việc của van nhỏ hơn

so với sơ đồ tia cùng loại

Kết luận : Theo yêu cầu công nghệ : điện áp ra tải thấp , công

suất nhỏ , dòng điện lớn => nên chọn chỉnh lu tia 2 pha làm

nguồn mạ một chiều

3.Chỉnh l u đảo chiều :

Nhiều loại tải có yêu cầu đảo chiều dòng điện:nh mạ điện đảo

chiều ,động cơ điện một chiều …Có nhiều cách để đảo chiều

dòng điện nhng ở đây ta dùng bộ chỉnh lu đảo chiều.Hệ thống

cấp bởi một nguồn xoay chiều nh hình vẽ:

Lcb

13

CL1 CL2

Zt

Lcb

Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi có đảo chiều theo phơng

pháp điều khiển chung

CL1 CL2

Zt

Sơ đồ cấu trúc bộ biến đổi có đảo chiều theo phơng pháp điều

khiển riêng

Phơng pháp điều khiển bộ biến đổi có đảo chiều gồm phơng pháp

điều khiển chung và phơng pháp điều khiển riêng

a.Điều khiển chung

Trong cấu trúc điều khiển chung CL1 và CL2 làm việc song song

ở mọi thời điểm Do có sự chênh lệch về giá trị tức thời trên đầu

hạn chế dòng điện quẩn giữa hai bộ biến đổi Về nguyên tắc để

dòng điện quẩn có giá trị nhỏ ,giá trị trung bình của điện áp ở đầu

ra của hai bộ biến đổi phải bằng nhau Điều này dẫn đến khi một

bộ đang làm việc ở chế độ chỉnh lu thì bộ kia phải làm việc ở chế

độ nghịch lu phụ thuộc

Nếu α1,α2là góc điều khiển của CL1 ,CL2 thì điều kiện trên

sẽ đợc thực hiện khi :

α +α2= Π Cấu trúc điều khiển chung có u điểm là tốc độ tác động

nhanh rất tốt , không hề có độ trễ khi đảo cực tính điện áp ra

tải.Tuy nhiên nhợc điểm của cấu trúc này là yêu cầu có cuộn

kháng cân bằng làm tăng công suất lắp đặt của hệ thống Cuộn

kháng cân bằng cũng làm chậm quá trình điện từ diễn ra trên

mạch tải ,điều này làm giảm tác động nhanh của hệ thống trong

một số trờng hợp

b.Điều khiển riêng

Trong thực tế các bộ biến đổi có đảo chiều hiện đại đợc thực

hiện theo cấu trúc điều khiển riêng Theo cấu trúc này các bộ đợc

điều khiển riêng biệt,ở mỗi một thời điểm chỉ có một bộ biến đổi

làm việc ,nhờ đó sẽ không cần đến cuộn kháng cân bằng Nh vậy

công suất lắp đặt đợc giảm đến mức tối thiểu ,gọn nhẹ ,hiệu suất

cao

Vấn đề chính trong thực hiện cấu trúc điều khiển riêng là điều

khiển quá trình đảo chiều sao cho thời gian trễ là ngắn nhất mà

vẫn đảm bảo an toàn cho thiết bị ,không để xảy ra ngắn mạch Vì

vậy cần phải có bộ logic đảo chiều thật chặt chẽ ,chính xác

Nói chung cấu trúc điều khiển riêng yêu cầu mạch điều khiển

phức tạp hơn nhng với công nghệ tiên tiến hiện nay thì có thể thực

hiện đợc

Kêt luận : Do thời gian mạ thuận và nghịch rất lớn so với 1 chu kì

mạ nên ta dùng cấu trúc điều khiển riêng

2

R

C

T3T

4

Tải

Mạch lực có 2 bộ chỉnh lu : bộ bên trái là bộ thuận ( chạy trong

thời gian thuận ) , bộ bên phải là bộ nghịch ( chạy trong thời gian

nghịch ) Hai bộ này sẽ thay nhau chạy kế tiếp và xen giữa là thời

gian nghỉ bằng một chu kì mạ

Ch

ơng 3 : Tính chọn van mạch lực.

Van động lực đợc chọn dựa vào các yếu tố cơ bản : dòng tải , sơ

đồ đã chọn ,điều kiện tản nhiệt ,điện áp làm việc Các thông số

cơ bản của van động lực đợc xác định nh sau:

a.Điện áp ng ợc của van :

U1v = knv.U2Với U2 = Ud /ku

- Dòng điện định mức của van Iđmv=80 A,

- Điện áp ngợc cực đại của van Unv = 200 V,

- Độ sụt áp trên van ∆U = 1,8 V,

- Dòng điện dò Ir =6,5mA,

- Điện áp điều khiển Uđk = 3 V,

- Dòng điện điều khiển Iđk = 0,11A

- Dòng điện đỉnh cực đại Ipik =1200A

- Nhiệt độ làm việc cực đại Tmax=125oC

17

ơng 4 :Tính toán máy biến áp chỉnh l u

Mạch điện phần ứng la mạch chỉnh lu hình tia 1 pha hai nửa chu kì ,nên

ta cần chọn máy biến áp có mạch từ hình chữ E ( có 1 trụ ) đợc làm mát bằng các lá tản nhiệt

∆Udn ≈0 là sụt áp trên dây nối

∆Uba = ∆Ur + ∆Ux là sụt áp trên điện trở và điện kháng máy biến áp Chọn sơ bộ :

-§iÖn ¸p pha thø cÊp pha m¸y biÕn ¸p :

kQ lµ hÖ sè phô thuéc ph¬ng thøc lµm m¸t ,lÊy kQ = 6

m lµ sè trô cña m¸y biÕn ¸p ,m=1

f lµ tÇn sè xoay chiÒu , ë ®©y f = 50 (Hz)

Víi : n= c

a =0,5 => c=0,5.a=2,95(cm)

19

*)Tính toán dây quấn

- Số vòng dây mỗi pha sơ cấp máy biến áp

W1=

T

Fe B Q f

U

- Chọn sơ bộ mật độ dòng điện trong máy biến áp :

Với dây dẫn bằng đồng ,máy biến áp khô ,chọn J1= J2= 2,75 (A/mm2)

- Tiết diện dây dẫn sơ cấp máy biến áp

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S1=2,2(mm2)

- Tiết diện dây dẫn thứ cấp của máy biến áp

Chuẩn hoá tiết diện theo tiêu chuẩn : S2= 10,3(mm2)

Kích thớc dây dẫn có kể cách điện : S2cđ = a2.b2 = 2,83.3,8(mm2)

- Tính lại mật độ dòng điện trong cuộn thứ cấp

với: Qcs1 =klđ.W1.SCu1 ; Qcs2 =klđ.W2.SCu2

Trong đó: Qcs,- diện tích cửa sổ [mm2];

Qcs1,Qcs2 - phần do cuộn sơ cấp và thứ cấp chiếm chỗ [mm2];

*)Kết cấu dây dẫn sơ cấp : -

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

- Tính sơ bộ số vòng dây trên một lớp của cuộn sơ cấp

W11=

2. g

n

h h b

− kc=14,75 2.0,5

0, 263

Trong đó :

kc= 0,95 - hệ số ép chặt

h =14,75cm - chiều cao trụ

hg =0,5cm - khoảng cách từ gông đến cuộn dây sơ cấp

- Tính sơ bộ số lớp dây ở cuộn sơ cấp :

-.Chän sè líp sld =5 líp Nh vËy cã 238 vßng chia thµnh 5 líp ,Chän 4 líp ®Çu vµo cã 48 vßng ,líp thø 5 cã 238 - 4.48 =46 (vßng)

- ChiÒu cao thùc tÕ cña cuén s¬ cÊp :

- Kho¶ng c¸ch tõ trô tíi cuén d©y s¬ cÊp cd01 = 1,0 cm

- Chän bÒ dÇy gi÷a hai líp d©y ë cuén s¬ cÊp : cd11= 0,1 mm

- BÒ dÇy cuén s¬ cÊp

*) KÕt cÊu d©y quÊn thø cÊp

- Chän s¬ bé chiÒu cao cuén thø cÊp

- TÝnh s¬ bé sè líp d©y quÊn thø cÊp

- Chän c¸ch ®iÖn gi÷a cuén s¬ cÊp vµ cuén thø cÊp : cd12=1 cm

- Chän bÒ dÇy gi÷a hai líp d©y ë cuén thø cÊp : cd22= 0,1 mm

- BÒ dÇy cuén thø cÊp

- C¸ch ®iÖn d©y quÊn thø cÊp víi cöa sæ : cd20=1,0cm

- BÒ réng trung b×nh c¸c cuén d©y :

-Ta chän g«ng cã tiÕt diÖn h×nh ch÷ nhËt cã c¸c kÝch thíc sau :

ChiÒu dµy cña g«ng b»ng chiÒu dµy cña trô : bg = b=7,1cm

ChiÒu cao cña g«ng b»ng mét nöa chiÒu réng trô : ag =

U

44,

ChiÒu réng toµn bé m¹ch tõ : C=2.c+2.a=2.17,172+2.5,9=46,144 (cm)

ChiÒu cao m¹ch tõ : H=h+a =14,75+5,9 =20,65(cm)

b

h H

c C

*) TÝnh c¸c th«ng sè cña m¸y biÕn ¸p

- §iÖn trë trong cña cuén s¬ cÊp m¸y biÕn ¸p ë 75 0 C

- §iÖn trë cuén thø cÊp m¸y biÕn ¸p ë 750C

XBA= 8 π2.(W2)2 .( 12 1 2)

qd

r

cd Bd Bd h

u u

Ipik :§Ønh xung max cña Thyristor

- HiÖu suÊt thiÕt bÞ chØnh lu

Chong 5 : Các thiết bị bảo vệ

1.Bảo vệ ngắn mạch, quá tải:

Aptômat AT dùng để đóng cắt mạch lực, bảo vệ khi quá tải và ngắn mạchtiristor, ngắn mạch đầu ra của bộ biến đổi, ngắn mạch thứ cấp máy biến áp

2.Bảo vệ quá áp,tốc độ tăng điện áp cho van

Bảo vệ quá điện áp do quá trình đóng cắt các tiristor đợc thực hiện bằng

cách mắc R – C song song với tiristor Khi có sự chuyển mạch, các điện tích tụtrong các lớp bán dẫn phóng ra ngoài tạo dòng điện ngợc trong khoảng thời gianngắn Sự biến thiên nhanh chóng của dòng điện ngợc gây ra sức điện động cảmứng rất lớn trong các điện cảm làm cho quá điện áp giữa anôt và katôt củatiristor Khi có mạch R – C mắc song song với tiristor nó tạo ra vòng phóng

điện trong quá trình chuyển mạch nên bảo vệ đợc tiristor không bị quá điện áp Nếu tốc độ biến thiên điện áp vợt quá du/dt cho phép của van thì van sẽ dẫn

mà không cần dòng điều khiển.Do đó ta phải mắc thêm R-C song song vớitiristor ,nó sẽ làm giảm tốc độ tăng điện áp trên tiristor.Phải bố trí sao cho T phảinằm sát C.Điện trở R có tác dụng hạn dòng phóng của tụ khi van dẫn

3 Hạn chế tốc độ tăng dòng

Vì với tải là ắc quy không có tính cảm nên tốc độ tăng dòng có thể rất lớn

có thể gây hiện tợng đốt nóng cục bộ trong van vì vậy ta phải có biện pháp hạnchế nó

Biện pháp đơn giản nhất là mắc nối tiếp với tải một cuộn cảm

Tuy nhiên vì ta sử dụng nguồn biến áp cho chỉnh lu nên điện cảm trongcuộn dây máy biến áp cũng đã đủ để đảm bảo điều kiện trên

4.Bảo vệ quá nhiệt cho van

Khi van bán dẫn làm việc, có dòng điện chạy qua, trên van có sụt áp ∆U, do

khác, van bán dẫn chỉ đợc phép làm việc dới nhiệt độ cho phép (Tcp), nếu quánhiệt độ cho phép các van bán dẫn sẽ bị phá hỏng Để van bán dẫn làm việc antoàn, không bị chọc thủng về nhiệt, phải chọn và thiết kế hệ thống toả nhiệt hợp

lí

Tính toán cánh tản nhiệt:

Thông số cần có:

+ Tổn thất công suất trên 1 Tiristor: ∆p = ∆U Ihdv =1,8 402 =124 w

+ Diện tích bề mặt toả nhiệt: STN =∆p/km .τ

Trong đó:

∆p - tổn hao công suất W

τ - độ chênh nhiệt độ so với môi trờng

Chọn nhiệt độ môi trờng Tmt =400 C

Nhiệt độ làm việc cho phép của Tiristor

Tổng diện tích toả nhiệt của cánh STN = 12.2.13.13=4056cm2

Mỗi van ta đều phải gắn cánh tản nhiệt với thông số nh trên