Thiết kế bộ nguồn chỉnh lưu dùng cho mạ điện

hiệm vụ đề tài tốt nghiệp của mình. Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Cao Văn Thành và các thầy cô trong bộ môn, đề tài của em đã được hoàn thành. Do thời gian có hạn và trình độ còn hạn chế nên đề tài của em chắc còn nhiều thiếu xót. Rất mong các thầy cô chỉ bảo trong buổi bảo vệ để em rút ra được những kinh nghiệm cho công việc sau này. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Bách Khoa đã dìu dắt em trong năm năm học vừa qua. Em xin trân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Thiết bị điện - Điện tử đã trực tiếp dạy dỗ và trang bị cho em những kiến thức kỹ năng chuyên nghành bổ ích. Em vô cùng biết ơn thầy Cao Văn Thành là người đã trực tiếp và tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Sẽ trở thành một cán bộ kỹ thuật, em luôn tự nhủ phải không ngừng học tập trau dồi kiến thức và kỹ năng, áp dụng sáng tạo những hiểu biết của mình đã học vào những công việc thực tế, để xứng đáng với danh hiệu kỹ sư tốt nghiệp từ Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. CHƯƠNG I KháI quát về công nghệ mạ xoa I.Tổng quan về mạ xoa Chất lượng bề mặt của chi tiết máy với các đặc tính như khả năng chịu mài mòn, chịu nhiệt, tính trơ hoá học, chống rỉ...có ý nghĩa quyết định đến tuổi thọ , độ tin cậy của chúng. Xu thế nâng cao năng suất và tác động nhanh của thiết bị làm cho điều kiện làm việc của chúng càng thêm khắc nhiệt. Ngoài ra nhu cầu sử dụng thiết bị ngày càng nhiều , trong khi đó giá thành chế tạo cao vì vậy việc phục hồi các chi tiết sau một thời gian làm việc đã hư hỏng mất giá trị sử dụng (như không đủ kích thước, không đủ độ bền, không đảm bảo liên kết lắp ghép...) có ý nghĩa kinh tế vô cùng lớn. Tới thế kỷ 20 bề mặt vật liệu đã được xử lý bằng những công nghệ phủ hoá lý khác nhau.Vật liệu phủ có thể là vật liệu nguyên chất, hợp kim nhiều thành phần polyme gốm silíc, vật liệu quang, từ, với các phương pháp phủ như : phủ điện hoá, hoá học, phun tĩnh điện, phun hồ quang, phun lasma, phun siêu âm, PCD,CDV cấy các ion và đặc biệt là kỹ thuật mạ xoa. Kỹ thuật mạ xoa là sự phát triển mới của kỹ thuật mạ điện, là một nội dung quan trọng của công nghệ bề mặt, ở một số nước trên thế giới, đã được coi hạng mục kinh tế mới cấp quốc gia và là trọng điểm để nghiên cứu và phổ cập ứng dụng . Mạ xoa cũng giống như các phương pháp mạ điện khác, được chấp nhận và rất hữu ích trong việc tái chế lại các chi tiết máy đã bị hư hỏng do sử dụng hoặc gia công sai. Hiện nay các chi tiết như vậy đã được thu hồi và tái sử dụng nhờ công nghệ mạ xoa đặc biệt này, và có khả năng trở về trạng thái mới. Trong nhiều trường hợp các chi tiết này lại có tính chống mòn với tuổi thọ cao hơn chi tiết mới. Do vậy, công nghệ mạ xoa này được ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành công nghiệp và quân sự. Mạ xoa là một công nghệ bề mặt tiến. Nó cho phép vừa phục hồi kích thước cừa tạo được chất lượng bề mặt cao về độ cứng, khả năng chịu mài mòn, độ bền. Do đó nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành kinh tế như đầu máy toa xe, hàng không, tầu thuyền, cơ giới công trình, thiết bị điện tử. II.Quá trình hình thành lớp mạ xoa . II.1.Khái niệm về mạ xoa. Mạ xoa là phương pháp mạ điện khi sử dụng bút xoa. Cơ cấu thiết bị bao gồm: một bộ nguồn điều khiển vô cấp, cấp điện âm(-) cho tiết mạ và điện áp dương (+) cho bút xoa. Khi thực hiện quá trình mạ xoa, phải có sự chuyển động tương đối giữa bút xoa và chi tiết mạ trong khi dung dịch mạ được cung cấp liên tục bằng máy bơm dung dịch. Quá trình mạ chỉ diễn ra ở những nơi bút xoa chi tiết tiếp xúc với chi tiết gia công. Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống thiết bị mạ xoa được thể hiện ở hình 1. Trong dung dịch mạ xoa, chỉ phóng điện hoàn nguyên kết tinh tại nơi tiếp xúc giữa bút mạ xoa và chi tiết. Sự dịch chuyển của bút mạ hạn chế sự lớn lên và sát nhập của các hạt tinh thể, do đó trong lớp mạ tồn tại rất nhiều các hạt tinh thể nhỏ mịn và lệch vị trí, dẫn tới nâng cao củng cố độ cứng của lớp mạ. Dung dịch mạ xoa thông qua bút xoa được cung cấp kịp thời lên bề mặt làm việc, rút ngắn quá trình khuếch tán ion kim loại, khiến cho không nảy sinh hiện tượng thiếu ion. Do đó hàm lượng ion trong kim loại rất cao cho phép sử dụng dòng điện cao hơn để mạ rất nhiều, do đó hình thành lớp mạ cao. Nguyên lý của kỹthuật mạ xoa có thể biểu thị bằng công thức sau: Mn++neịM Trong đó Mn+ : ion kim loại. n : Hoá trị của kim loại. e : Điện tử. m : nguyên tử kim loại. 6 1 2 3 4 5 Hình 1-1. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống thiết bị mạ xoa. 1 - Nguồn điện mạ 2 – Chi tiết mạ. 3- Bút xoa. 4- Lớp bọc anode. 5 – Bơm dung dịch. 6 – Khay đựng dung dịch. II.2. Điều kiện tạo thành lớp mạ. Muốn hoà ta kim loại vào lớp mạ vào trong dung dịch hay làm kết tủa ion kim loại đó trên bề mặt lớp nền thì cần phải tiêu tốn một điện thế để tạo sự cân bằng giữa kim loại điện cực và ion của nó trong dung dịch và điện thế này gọi là điện thế cực. Mặt khác, nồng độ ion M+ ở vùng catốt và bên trong dung dịch có sự sai lệch nên sinh ra một hiệu điện phân cực nồng độ. Việc xuất hiện các nguyên tố xung quanh điện cực mà chủ yếu là hiđrô ở catốt và ion ở anốt đã tạo ra một hiệu điện thế gọi là phân cực hoá học. Ngoài ra cũng cần một năng lượng để giải phóng các nguyên tố đã phóng điện ở trên điện cực được gọi là quá thế. Vì thế để tạo thành lớp mạ điện thì điện thế đặt lên anốt và catốt phải lớn hơn hoặc bằng điện thế điện cực, các thế phân cực và quá thế cộng lại nhưng phải ngược dấu với chúng. II.3. Đặc điểm của lớp mạ kim loại : Lớp mạ mịn không có tạp chất, chịu mài mòn tốt. Độ dày của lớp mạ phục hồi thường là 0,001-2 mm. Khi phục hồi rãnh, độ dày của lớp mạ có thể đạt được 3mm. Độ cứng của lớp mạ phụ thuộc vào vật liệu mạ song thường ở trong khoảng như sau : + Cu: 15á20 HRC + Ni: 48á52 HRC + Cr: 58á65 HRC III.Các thông số công nghệ cơ bản của kỹ thuật mạ xoa. Điện thế và dòng điện mạ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng lớp mạ. Nếu điện thế cao, dòng điện mạ xoa lớn, tốc độ dòng mạ xoa tăng nhanh, dễ hình thành lớp mạ thô xốp. Dòng điện lớn làm phát sinh nhiều nhiệt, tăng nhiệt độ dung dịch mạ xoa, tốc độ mạ xoa càng nhanh , bề mặt lớp mạ càng khô nhanh, làm tốn nhiều dung dịch mạ, dương cực dễ bị cháy khiến cho lớp mạ bị đen và thô rám, thậm chí bong ra do quá nhiệt. Nếu điện thế quá thấp hơn yêu cầu , tốc độ hình thành lớp mạ quá chậm, đồng thời lớp mạ cũng thấp. Muốn cho lớp mạ đảm bảo hiệu sản xuất, cần xác định phạm vi sử dụng của hiện điện thế tuỳ theo dung dịch mạ. IV. Đặc điểm dung dịch mạ xoa. Dung dịch mạ xoa phần lớn là dung dịch của các hợp chất hữu cơ của kim loại hoà tan trong nước và có tính ổn định cao. Dung dịch mạ xoa có hàm lượng ion trong dung dịch cao hơn dung dịch mạ điện thông thường một vài lần cho nên năng suất rất cao. Tốc độ mạ gấp 3 đến 5 lần dung dịch bình thường. Nhìn chung phần lớn các dung dịch mạ xoa không cháy, không độc vì phần lớn dung dịch mạ là trung tính, do đó có thể đảm bảo thao tác thủ công an toàn. Tính ổn địng của dung dịch mạ xoa cho phép có thể sử dụng tuần hoàn trong một thời gian dài, trong một phạm vi nhiệt độ , mật độ dòng tương đối rộng trong quá trình sử dụng mà không cần thiết phải điều chỉnh nồng độ của ion kim loại. Hiện nay đã chế tạo thành công ở thể rắn thành phần của dung dịch mạ xoa khiến cho việc vận chuyển và bảo quản rất thuận tiện. V. Gia công bề mặt kim loại trước khi mạ. Đây là công đoạn quan trọng nhất trước khi tiến hành phương pháp mạ bởi vì nó có tính chất quyết định đến chất lượng sản phẩm mạ. Nhiệm vụ của công đoạn này là làm sạch hết các lớp rỉ, các màng ôxit, màng dầu mỡ, tạp chất và làm sạch bề mặt chi tiết kim loại mạ, giúp cho các nguyên tử kim loại mạ dễ dàng gắn trên bề mặt chi tiết kim loại mạ tạo lớp mạ bền và mịn. Quá trình gia công bề mặt kim loại mạ gồm hai bước : Gia công cơ học Trước tiên chi tiết được mài và đánh bóng, công đoạn này nhằm làm sạch hết rỉ, các màng oxit, tạp chất... để bề mặt chi tiết được đồng đều và nhẵn hơn. Sau đó tiến hành đánh bóng dùng cát mịn và chất đánh bóng để bề mặt chi tiết được nhẵn thêm và bóng sáng hơn. Gia công cơ học gồm có : Đối với những vật bé, nhỏ người ta dùng phương pháp quay để làm sạch bề mặt cho vật đó khỏi các tạp chất và màng ôxit đồng thời tạo độ bóng cho vật đó. Đối với các vật có nhiều khe kẽ răng rãng... có thể sử dụng bàn chải quay bằng dây thép đồng thau hoặc bằng rễ cây và thường chải ướt bằng dung dịch xà phòng. Đối với các vật mạ có kích thước to và khó di chuyển thì dùng tia cát hoặc tia nước có áp suất cao phun lên bề mặt gia công làm bong hết chất bẩn dầu mỡ và màng ôxit. Làm sạch bề mặt vật mạ. Sau quá trình gia công cơ học trên bề mặt vật thể còn bám lại các chất dầu mỡ và chất đánh bóng.Do đó phải tẩy sạch vật thể rồi mới đem đi mạ , quá trình gồm các bước sau. Tẩy bằng dung môi hữu cơ . Làm sạch các loại dầu , mỡ khoáng, thuốc đánh bóng, dầu mỡ bảo quản... sau khi tẩy trong dung môi hữu cở trên bề mặt vật thể vẫn còn một lớp dầu mỡ mỏng nhưng vẫn đủ làm giảm độ gắn bám của lớp mạ đối với kim loại nền. Để loại bỏ hoàn toàn lớp mỏng dầu mỡ này ta phải tẩy tiếp bằng phương pháp hoá học và điện hoá. Dầu mỡ bám trên bề mặt vật nền có hai loại : Là loại có nguồn gốc thực vật như este phức tạp của glixerin và những axit béo bậc cao như stear palmitic... và các loại có nguồn gốc khoáng vật là các hỗn hợp của hydrocácbon như paraphin dầu máy mỡ kỹ thuật. Nhiệm vụ của dầu máy mỡ kỹ thuật là làm sạch cả hai loại này khỏi bề mặt vật nền. Loại nguồn gốc thực vật có thể tác dụng với xút tạo thành xà phòng nên tan trong nước. Loại có nguồn gốc khoáng không có khả năng xà phòng hoá nên ta có thể tẩy chúng bằng chất tẩy rửa đặc biệt. Khi tẩy dầu mỡ hoá học thí cả hai quá trình trên đều xảy ra. Vì vậy dung dịch tẩy dầu mỡ hoá học có chất lượng cao phải thấm ướt tốt bề mặt cần tẩy và ngấm sâu vào chất bẩn cần tẩy hoà tan,xà phòng hoá được dầu mỡ động thực vật và dễ rửa sạch sau khi tẩy. Trong công nghiệp dung dịch tẩy có các thành phần như xút, phốt phát thuỷ tinh lỏng, xà phòng, chất tẩy rửa tổng hợp. Ngoài ra còn dùng thêm chất hoạt đông bề mặt để làm tăng hiệu quả tẩy rửa, thường lừ các chất tạo bọt hoặc các sản phẩm khác dùng trong tẩy rửa. Tẩy dầu mỡ điện hoá. Được thực hiện với một thời gian ngắn trong khâu làm sạch lần cuối để lấy đi màng dầu mỡ còn sót lại sau lần tẩy trước. Dung dịch tẩy điện hoá có thành phần giống như dung dịch bằng các bọt hyđro trên catốt hoặc bọt ôxi trên anốt : Khi nhúng kim loại dính dầu mỡ vào dung dịch kiềm, do tác dụng của sức căng bề mặt nên màng dầu mỡ bị nứt vỡ và co lại thành giọt. Dưới tác dụng của phân cực, độ bám của màng dầu mỡ trên kim loại yếu đi, các giọt dầu co lại mạnh hơn đồng thời tính thấm nước của kim loại tăng lên. Các bọt khí nhỏ tách khỏi bề mặt kim loại sẽ bám lên các giọt dầu cạnh đó. Dần dần bọt khí lớn lên ôm lấy giọt dầu và cùng tách khỏi bề mặt kim loại. Nhược điểm của tẩy dầu mỡ điện hoá là khó tẩy sạch các khe, chỗ khuất, lỗ và cho các vật có hình thù phân tán thì khả năng phân bố của dung dịch thấp. TT Tên nguyên công Mục đích nội dung sử dụng Chú thích 1 Chuẩn bị bề mặt Khử dầu, mài sửa bề mặt che chắn, bề mặt không mạ 2 Làm sạch bằng điện hoá Khử dầu bằng điện hoá Nối ngược cực 3 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiếp xúc bề mặt khử cặn cácbon Nối ngược cực 4 Hoạt hoá bề mặt Dùng điện phân tiếp xúc bề mặt khử cặn cácbon Nối ngược cực 5 Mạ lớp lót Mạ tốt lớp lót, nâng cao độ bám dính bề mặt Nối thuận cực 6 Mạ lớp kích thước Phục hồi nhanh kích thước của chi tiết Nối thuận cực 7 Lớp mạ làm việc Đạt độ chính xác về kích thước, đáp ứng yêu cầu về tính năng của bề mặt Nối thuận cực 8 Xử lý sau khi mạ Thổi khô, sấy khô, bôi dầu ram thấp, mài, đánh bóng Lựa chọn theo nhu cầu Chương II Tổng quan về các sơ đồ chỉnh lưu thyristor và nghịch lưu Trong nền kinh tế quốc dân nhiều nghành sản suất như mạ điện, luyện kim, hoá chất,giao thông vận tải…đòi hỏi phải dùng nguồn một chiều,và ngày nay vẫn không thể thay thế được dòng điện một chiều,mặc dù việc dùng dòng điện xoay chiều là phổ biến. Với mạ điện là một khâu rất quan trọng để tạo ra sản phẩm có chất lượng, thẩm mỹ cao.Để tạo được lớp mạ tốt cần có những công nghệ hiện đại,trong đó nguồn một chiều cung cấp cho tải mạ điện là một khâu rất quan trọng để tạo được lớp mạ tốt. Lựa chọn nguồn cung cấp cho tải mạ điện không phải là đơn giản,để lựa chọn nguồn cung cấp cho tải mạ điện được tối ưu thì ta cần phải xem xét các nguồn một chiều,để từ đó lựa chọn được sơ đồ phù hợp. Ta xét các nguồn một chiều. I.Các nguồn điện một chiều dùng cho mạ điện I.1.Máy phát điện một chiều. I.1.1Cấu tạo máy phát điện một chiều. Những phần chính của máy phát điện một chiều gồm stato với cực từ,rôto với dây quấn và cổ góp với chổi điện. Stato: Stato còn gọi là phần cảm,gồm lõi thép bằng thép đúc vừa là mạch từ vừa là vỏ máy,các cực từ chính có dây quấn kích từ. Roto: Roto của máy điện một chiều được gọi là phần ứng gồm:lõi thép và dây quấn phần ứng.Lõi thép hình trụ,làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm,phủ sơn các điện ghép lại.Các lá thép đực dập có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Cổ góp và chổi điện: Cổ góp gồm các phiếm góp bằng đồng được ghép cách điện,có dạng hình trụ gắn ở đầu cực roto.Chổi điện làm bằng than graphít, các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá đỡ chổi điện gắn trên nắp máy. I.1.2Nguyên lý làm việc và phương trình điện áp máy phát điện một chiều. Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng,các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ,cảm ứng sức điện động.Chiều sức điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải.Từ trường hướng tù cực N đến chiều quay phần ứng ngược chiều kim đồng hồ, ở thanh dẫn phía trên sức điện động có chiều từ b sang a,ở thanh dẫn phía dưới chiều sức điện động từ d sang c.Sức điện động của phần ứng bằng hai lần sức điện động của thanh dẫn,nếu nối hai chổi điện A và B với tải trên tải sẽ có dòng điện chiều từ A sang B. Điện áp của máy phát điện có cực dương ở chổi A và âm ở chổi B. Khi phần ứng quay được nửa vòng vị trí của phần tử thay đổi thanh ab ở cực S ,thanh dc ở cực N.Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều.Nhờ có chổi điện đứng yên, chổi điện A vẫn nối với phiếm góp phía trên, chổi điện B Nối với phiếm góp ở phía dưới, nên chiều dòng điện ở mạch ngoài không đổi. Ta có máy phát điện một chiều với cực (+) ở chổi A,cực (-) ở chổi B. Hình 1-2: Nguyên lý cấu tạo máy phát điện một chiều ở chế độ máy phát,dòng điện phần ứng Iư cùng chiều với sức điện động phần ứng Eư, . Phương trình điện áp là: U=Eư - Iư.Rư Trong đó Rư.Iư là điện áp rơi trong dây quấn, Rư là điện trở của day quấn phần ứng, U là điện áp đầu cực máy,Eư là sức điện động phần ứng. Nhược điểm của máy điện một chiều: Khi máy điện một chiều làm việc quá trình đổi chiều thường gây ra tia lửa giữa chổi điện và cổ góp .Tia lửa lớn có cồng kềnh, làm việc có tiếng ồn lớn, đắt tiền và kém tin cậy, nguy hiểm trong môi trường dễ nổ.có thể gây lên vành lửa xung quanh cổ góp phá hỏng chổi điện và cổ góp ,gây tổn hao năng lượng ảnh hưởng xấu đến môi trường và gây nhiễu đến sự làm việc của các thiết bị điện tử. Sự phát sinh tia lửa trên cổ góp do các nguyên nhân cơ khí và điện tử làm cho cổ góp mau hỏng. Ưu điểm: Công suất của máy điện một chiều có thể lớn, làm nguồn điện một chiều kích thích từ trong máy điện đồng bộ, được dùng làm nguồn điện cho các động cơ điện một chiều. Máy phát điện một chiều có nhiều nhược điểm như vậy, do vậy mà hiện nay hầu như không được dùng trong thực tế. Để khắc phục những nhược điểm thì chỉnh lưu với các ưu điểm: Thiết bị gọn nhẹ,tác động nhanh, dễ tự động hoá, dễ điều khiển cà ổn định dòng…vì vậy chỉnh lưu được dùng nhiều để làm nguồn cấp cho tải mạ điện. I.2. Các sơ đồ chỉnh lưu. Người ta chia các phần tử chỉnh lưu ra làm 3 loại : chỉnh lưu không điều khiển dùng toàn điốt, chỉnh lưu có điều khiển dùng toà tiristor và chỉnh lưu bán điều khiển dùng cả điốt và tiristor. I.2.1 Chỉnh lưu nửa chu kì. Sơ đồ: Nguyên lý hoạt động: ở nửa chu kỳ đầu điện áp ở A dương Tiristor phân cực thuận, nếu có xung điều khiển thì T sẽ dẫn cho đến khi điện áp ở A đổi dấu.Nửa chu kỳ tiếp theo điện áp ở A âm ( UAB 0) và đồng thời có xung điều khiển nó. Đồ thị điện áp tải và dòng điện tải: a p 2p 3p Hình1-5 Đánh giá chung về loại chỉnh lưu này: Chúng ta có thể nhận thấy đây là loại chỉnh lưu cơ bản, sơ đồ nguyên lý mạch đơn giản.Tuy vậy các chất lượng kỹ thuật như: chất lượng điện áp,dòng điện một chiều ,hiệu suất sử dụng biến áp xấu…Do đó thường không được sử dụng. I.2.2 Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp trung tính. Sơ đồ: Nguyên lý hoạt động: Với chỉnh lưu cả chu kỳ thì biến áp có hai cuộn dây thứ cấp với thông số giống hệt nhau, ở mỗi nửa chu kỳ có một van dẫn cho dòng điện chạy qua,do đó mà ở cả hai hai nửa chu kì sóng điện áp tải trùng với điện áp ở cuộn dây có van dẫn. Trong trường hợp này điện áp tải đập mạch trong cả hai nửa chu kỳ với tần số đập mạch bằng hai lần tần số điện áp xoay chiều. Trong sơ đồ chỉnh lưu thì loại sơ đồ này có điện áp ngược của van phải chịu là lớn nhất: Trị số hiệu dụng dòng điện chạy qua van: Ihd = 0,71.Id Đồ thị điện áp tải và dòng điện tải: Hình1-7 Ưu điểm: So với chỉnh lưu nửa chu kỳ thì loại chỉnh lưu này có chất lượng điện áp tốt hơn. Dòng điện chạy qua van không quá lớn, tổng điện áp rơi trên van nhỏ, với việc điều khiển tương đối đơn giản. Nhược điểm: Việc chế tạo biến áp có hai cuộn dây thứ cấo giống nhau, mà mỗi cuộn dây chỉ làm việc có nửa chu kỳ làm cho việc chế tạo biến áp phức tạp hơn và hiệu suất sử dụng biến áp xấu hơn,mặt khác điện áp của các van bán dẫn phải chịu có trị số lớn nhất. I.2.3 Chỉnh lưu cầu 1 pha. I.2.3.1. Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng. Sơ đồ : Đồ thị điện áp, dòng điện tải với L=0 : Hình1-9 Nguyên lý hoạt động sơ đồ: Trong nửa chu kỳ điện áp anốt của T1 dương catốt của T2 âm nếu có dòng điều khiển cho cả hai van T1 và T2 đồng thời thì cả hai van này được mở thông có dòng điện trên tải.Hai tiristor tự khoá khi điện áp trên van đảo dấu. Đến nửa chu kỳ sau, điện áp anốt đổi dấu, anốt của T3 dương catốt của T4 âm, nếu có xung điều khiển đồng thời cả hai T này thì các van sẽ được mở thông có dòng trên tải. Hình dạng của dòng điện và diện áp như trên hình 1-9. Với tải có Lạ0 : Hoạt động của sơ đồ cũng tương tự như trên khi điện áp anốt của T1 dương catốt của T2 âm nếu có dòng điều khiển cho cả hai van T1 và T2 đồng thời thì cả hai van này được mở thông có dòng điện trên tải. Khi điện áp đổi dấu năng lượng cuộn dây xả năng lượng về lưới do đó hai tiristor vẫn tiếp tục dẫn cho đến khi mở hai tiristor tiếp theo (với điện cảm lớn).Dòng điện ở đây là một đường thẳng.Đường cong dòng điện và điện áp như hình vẽ 1-10 : U U d q a 1 a 2 a 3 q i Id Hình 1-10.Dạng đường cong điện áp và dòng điện Ưu điểm: -Chỉnh lưu cầu một pha có chất lượng điện áp giống như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. -Điện áp ngược của van phải chịu nhỏ hơn điện áp ngược của van ở chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp có trung tính. Nhược điểm: Điều khiển đồng thời mở hai van bán dẫn là rất khó khăn, nhất là khi công suất xung không đủ lớn. I.2.3.2.Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng - Sơ đồ cùng cực tính: Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ: Khi điện áp anốt T1 dương và catốt D1 âm nếu có xung điều khiển T1 thì có dòng điện chạy qua T1,D1 khi điện áp đổi dấu thì anốt T1 âm nên T1 sẽ khoá, khi đó điện áp anốt T2 dương và catốt của D2 âm nếu có xung điều khiển T2 thì sẽ có dòng chạy qua T2,D2. Hình1-12 Ta có đồ thị điện áp tải, dòng điện tải: - Trường hợp mắc không cùng cực tính Sơ đồ: Đồ thị điện áp,dòng điện tải: Hình1-14. Nguyên lý hoạt động: Trong nửa chu kỳ đầu điện áp anốt T1 dương và điện áp catốt của D1 âm nếu có xung điều khiển T1 thì có dòng điện chạy qua T1,D1 .Đến nửa chu kỳ tiếp theo điện áp đổi dấu làm T1 khoá đồng thời anốt của D2 (+) và catốt của T2 (-) nếu có xung điều khiển T2 thì có dòng điện chạy qua D2,T2. Ưu điểm chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển: Với hai sơ đồ trên thì trong mỗi nửa chu kỳ chỉ cần điều khiển một van làm cho việc điều khiển đọc dễ dàng hơn. Điện áp trên tải tốt hơn điện áp trên tải ở chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển. Nhược điểm chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển: Dòng điện, điện áp tải gián đoạn tức là chất lượng chưa cao. Biên độ đập mạch điện áp quá lớn, thành phần sóng hài bậc cao lớn. I.2.4 - Sơ đồ 3 pha hình tia Hình 1-15. Sơ đồ ba pha hình tia Khi biến áp có 3 pha đấu Y, trên mỗi pha A, B, C ta nối một van. Ba catod đấu chung cho điện áp dương của tải, còn trung tính biến áp là điện áp âm. Ba pha A, B, C có điện áp dịch pha nhau một góc 1200. Theo các đường cong điện áp pha, điện áp của một pha dương hơn điện áp hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ ( 1200 ). Vậy tại mỗi thời điểm chỉ có điện áp một pha dương hơn hai pha kia. Nguyên tắc mở thông và điều khiển các van là khi anod của van nào dương hơn, van đó mới được kích mở. Thời điểm hai điện áp của hai pha giao nhau được coi là góc thông tự nhiên của các van bán dẫn. Các tiristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên ( q = 00 sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc 300 ). Nguyên lý hoạt động: Tại lúc mở van T1, pha A có điện áp dương hơn nên van T1 cho dòng tải Id chạy qua tải, về trung tính máy biến áp. Khi điện áp pha B dương hơn nhưng có xung điều khiển T2, pha Avẫn dương hơn trung tính thì T1 vẫn dẫn dòng cho đến khi T2 có xung điều khiển mở mới thôi. Tương tự khi pha C dương hơn. Hình 1-16. Dạng sóng điện áp khi a = 300 Ud = 1,17 . U2f . cosa . I.2.5 - Chỉnh lưu cầu 3 pha đối xứng Hình 1-17. Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng Sơ đồ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển đối xứng có thể coi như hai sơ đồ chỉnh lưu tia 3 pha mắc ngược chiều nhau, ba tiristor T1, T3 , T5 tạo thành một chỉnh lưu tia 3 pha cho điện áp (+) tạo thành nhóm anod, còn T2 , T4 , T6 tạo thành chỉnh lưu tia ba pha cho ta điện áp (-) tạo thành nhóm catod, hai chỉnh lưu này tạo thành cầu 3 pha. Nguyên lý hoạt động: Dòng điện chạy qua tải là dòng chạy từ pha này về pha kia. Tại mỗi thời điểm cần mở tiristor, cần cấp hai xung điều khiển đồng thời (một xung ở nhóm anod, một xung ở nhóm catod). Thứ tự cấp xung điều khiển tuân theo đúng thứ tự pha. Giả sử T4 , T5 đang dẫn dòng điện, tại thời điểm q = phát xung điều khiển mở T1 , T1 mở làm T5 bị khoá vì điện thế pha A dương hơn điện thế pha C. Tại q2 phát xung mở T6 khi đó T4 khoá tự nhiên. T1 , T6 dẫn dòng tại q3 phát xung mở T3 , T3 dẫn làm T1 đóng lại. Dòng tải chảy qua T3 , T6 trong khoảng q3 q4 , đến q4 tiếp tục cho xung điều khiển mở van T2 và quá trình tiếp tục hoạt động tương tự. Hình 1-18.Dạng sóng điện áp khi a = 300 I.2.6 Chỉnh lưu tia 6 pha A + B + C + C - B - A - ã ã ã ã ã ã R T 4 T 5 T 6 T 3 T 2 T 1 Hình1-19.Sơ đồ chỉnh lưu tia 6 pha Sơ đồ: Nguyên lý hoạt động: Sơ đồ chỉnh lưu tia 6 pha được cấu tạo bởi 6 van bán dẫn nối với biến áp 3 pha với sáu cuộn dây thứ cấp, trên mỗi trụ biến áp có hai cuộn dây giống nhau và ngược pha nhau điện áp các pha dịch pha nhau một góc là 600 .Dạng sống điện áp như của các điện áp pha đập mạch bậc 6. Với dạng sống điện áp như trên ta thấy chất lượng điện áp một chiều được coi là tốt nhất.Mỗi van dẫn thông trong khoảng 1/6 chu kỳ. Đồ thị điện áp tải: Hình1-20.Dạng điện áp tải II.Các sơ đồ nghịch lưu . Để có điện áp với tần số theo yêu cầu ta dùng các bộ biến đổi tần số.Biến đổi tần số là phép biến đổi điện năng một chiều hoặc xoay chiều có tần số cố định thành những dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển được nhờ các khoá điện tử. Nếu tần số được tạo ra bằng cách đòng cắt từng đoạn thích hợp một dòng điện xoay chiều có tần số cao hơn , ta có bộ biến tần trực tiếp. Còn trường hợp dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển được nhờ đóng cắt nguồn một chiều, ta có bộ nghịch lưu. Với yêu cầu của đề tài là tạo được nguồn điện có tần số 1000Hz nên ở đây ta không thể dùng bộ biến tần trực tiếp được, vì với tần số lưới điện của chúng ta là 50 Hz, không thể tạo ra nguồn có tần số lớn hơn. Vì vậy ở đây ta dùng nguồn một chiều được chỉnh lưu từ lưới điện. ở đây ta giới thiệu một số sơ đồ nghịch lưu một pha. II.1.Bộ nghịch lưu một pha có điểm giữa. Sơ đồ gồm 1 máy biến áp có điểm giữa, hai tiristor có anốt nối vào cực dương của nguồn nuôi E thông qua 2 nữa cuộn dây sơ cấp của máy biến áp. Tụ C đảm bảo chuyển mạch cho tiristor. Người ta nối thêm điện cảm Ld để ngăn chặn tụ C phóng điện vào nguồn khi chuyển mạch tiristor, và cũng để hạn chế đỉnh điểm của dòng điện IC khi khởi động. e d a u2 u1 d u1 i2 +E T2 T1 i1 C Ld Hình1-21.Sơ đồ nghịch lưu một pha có biến áp trung tính. O Hoạt động của sơ đồ : Khi cho xung điều khiển mở T1, điểm a được T1 nối với O. Ta có ve- vc=E. Do hiệu ứng máy biến áp tự ngẫu ta có ve- vc=u=E. Tụ C được náp đến điện áp =2E.Bây giờ nếu ta cho xung điều khiển mở T2 ,tiristor này sẽ đặt điện thế điểm e vào catốt của T1, khiến T1 bị khoá lại và tụ C sẽ được nạp ngược lại để sẵn sàng khoá T2 khi ta cho xung điều khiển mở T1 lần sau.Bên phía thứ cấp máy biến áp ta nhận điện áp xoay chiều hình dạng chữ nhật , mà tần số phụ thuộc vào nhịp phát xung điều khiển mở T1,T2. ig2 Ud t ig1 Hình1-22.Dạng đường cong điện áp II.2. Sơ đồ cầu một pha. II.2.1 Sơ đồ nguyên lý: Xét với tải điện cảm. T3 T4 T2 Ut Zt V3 D3 D1 V1 D2 V2 V4 D4 it a b it Cd Ed T1 Hình1-23.Sơ đồ nghịc lưu cầu 3 t2 t1 T1 T3 T2 T4 Hình1-24.Dạng đường cong dòng điện và điện áp. 2. Đồ thị điện áp trên tải và dòng điện chảy trong mạch: Với sơ đò này không trình bày các phần tử chuyển mạch .ở đay ta thừa nhận khi cho xung mở T1 thì T4 khoá và ngược lại. Khi cho xung cho xung mở T2 thì T3 khoá.Các điốt D1 ,D2 ,D3 ,D4 đấu song song ngược với các tiristor tương ứng, khi tải mang tính cảm. Từ nguồn một chiều E sơ đồ cho phép tạo ra trên tải một diện áp có dạng chữ nhật mà tần số tuỳ thuộc vào nhịp phat xugn mở cho các tiristor. Hoạt động của sơ đồ : Giả thiết T2và T4 đang mở cho dòng chảy qua (từ a đến b). Khi t=0 cho xung mở T1và T3 thì T2, T4 khoá lại (do thiết bị chuyển mạch thực hiện). Dòng tải i=-Im không đảo chiều một cách đột ngột nó tiếp tục chảy theo chiều cũ nhưng theo mạch : D1- E - D3- tải – D1. và suy giảm dần. D1và D3 dẫn dòng khiến T1và T3 vừa kịp mở bị khoá lại.Điện áp tải là U=E. Khi t=t1, i=o ,D1 và D3 bị khoá lại. T1và T3 mở lại nếu còn xung điều khiển và dòng tải tăng trưởng chạy theo chiều từ a đến b.Để mở T1và T3 người ta phát xung chùm từ t=0 đến t2. Nữa chu kỳ còn lại mạch hoạt đong tương tự. Với các sơ đồ nghịch lưu dùng tranzitor ta cũng có dạng sóng đầu ra tương tự là dạng chữ nhật . Ta có các sơ đồ : Tr1 Tr2 - E + U2 Hình1-25.Sơ đồ nghịch lưu có biến áp trung tính. Sơ đồ máy biến áp có điểm giữa : Tr2 Ut Zt V3 D3 D1 V1 D2 V2 V4 D4 it a b it Cd Ed Tr3 Tr4 Tr1 Hình1-26.Sơ đồ cầu một pha. Sơ đồ cầu : Hoạt động của hai sơ đồ dùng tranzitor tương tự như hai sơ đồ dùng tiristor đã giới thiệu ở trên.Điện áp ra có dạng giống như ở sơ đồ dung tiristor. ở đây các van tranzitor dẫn khi cấp xung diều khiển vào các cực bazơ và các tranzitor khoá khi ngắt xung điều khiển cấp vào cực bazơ. Chương III Lựa chọn sơ đồ và tính toán các phần tử của sơ đồ I. Lựa chọn các sơ đồ động lực Để cấp nguồn một chiều cho tải mạ ở đây chúng ta thông qua các khâu : Lấy nguồn điện một chiềuđược chỉnh lưu từ lưới , từ khâu chỉnh lưu I cấp cho bộ nghịch lưu, qua bộ nghịch lưu ta có điện áp ra là điện áp xoay chiều với tần số mong muốn, điện áp ra ở bộ nghịch lưu được hạ áp xuống điện áp thấp để cấp nguồn cấp nguồn cho tải mạ thông qua khâu chỉnh lưu II. Lưới Chỉnh lưu I Nghịch lưu 1 pha Cd Tải mạ Chỉnh lưu II Hình3-1.Sơ đồ khối nguồn một chiều cấp cho tải mạ Do công suất của tải không lớn ,để cho thông dụng ta dùng nguồn cấp một pha. ở đây có hai khâu chỉnh lưu một là khâu chỉnh trực tiếp từ lưới cấp nguôn một chiều cho bộ nghịch lưu , một là khâu chỉnh lưu điện áp ra ở máy biến áp để cấp nguồn cho tải. Để điều chỉnh điện áp trên tải chúng ta có thể điều chỉnh trên khâu chỉnh lưu I hoặc II đều được. Vì khâu chỉnh lưu dùng để cấp nguồn cho tải là khâu chỉnh lưu từ nguồn điện xoay chiều có tần số cao nên để thuận tiện trong việc điều chỉnh ta chọn khâu chỉnh lưu I là khâu chỉnh lưu có điều khiển còn khâu chỉnh lưu II là khâu chỉnh lưu không điều khiển. I.1 Lựa chọn khâu chỉnh lưu I.1.1.Lựa chọn khâu chỉnh lưu có điều khiển . Như trong phần giới thiệu ta có các sơ đồ chỉnh lưu từ nguồn cấp 1 pha là : Chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp trung tính . Chỉnh lưu cầu. Với sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến trung tính thì điện áp ngược đặt lên van lớn nhất là Un=2Ud còn với sơ đồ cầu thì Un=Ud .Do đó với sơ đồ cầu điện áp ngược đặt lên van nhỏ hơn , mà với sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với biến trung tính thì việc thiết kế hai cuộn dây sơ cấp giống nhau là khó khăn .Do đó ta chọn sơ đồ cầu là hợp lý. Với sơ đồ chỉnh lưu cầu ta có các sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng,và chỉnh lưu cầu bán điều khiển. Với sơ đồ chỉnh lưu cầu điều khiển đối xứng thì việc phải cấp đồng thời hai xung điều khiển cùng một lúc là khó khăn , do đó ta không chọn sơ đồ này.Để đơn giản trong việc điều khiển ở đây ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu bán điều khiển cùng cực tính. I.1.2.Lựa chọn khâu chỉnh lưu không điều khiển. Tương tự như phân tích trên ta chọn sơ đồ chỉnh lưu cầu thay vì chọn sơ đồ chỉnh lưu có máy biến áp trung tính. I.2.Lựa chọn sơ đồ nghịch lưu. Ta thấy với các sơ đồ nghịch lưu dùng các tirisor có ưu điểm là có điện áp làm việc và dòng điện lớn. Nhưng hạn chế là hệ thống trợ giúp để khoá các tiristor khi chuyển mạch là khó khăn với điều kiện làm việc ở tần số cao. Với các sơ đồ dùng tranztor khắc phục được nhược điểm của sơ đồ trên , khả năng chuyển mạch của tranzitor là nhanh hơn. Do công suất của tải là không lớn do đó ta dùng sơ đồ nghịch lưu bằng tranzitor là tiện lợi hơn cả. Như đã nêu ở trên ta có hai sơ đồ nghịch lưu là sơ đồ nghịch lưu với biến áp trung tính và sơ đồ ng._.