Đồ án Thiết kế bộ nguồn cho mạ điện

LỜI NÓI ĐẦU Mạ điện là một lĩnh vực công nghệ bề mặt quan trọng áp dụng các phương pháp điện hoá và làm thay đổi về cơ, lý, hoá bề mặt kim loại. 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. Các lớp bề mặt mạ có chức năng: Bền hoá học; bền ăn mòn; bền cơ học; tăng độ dẫn điện, điện từ; tăng độ cứng, dẻo; cho kích thước cực nhỏ của kỹ thuật vi điện tử, đến kích thước rất lớn cho các ngành công nghệ chế tạo máy, xây dựng, vô tuyến viễn thông, thiết bị y tế và đồ dùng sinh hoạt. Việc chuyên môn hoá sử dụng các qui trình mạ kỹ thuật tạo mẫu bằng đúc điện đã đưa tới chố sản xuất được những công cụ và sản phẩm mà phương pháp chế tạo “cổ truyền” nhiều khi không làm được một cách tinh tế. Hiện nay, sản phẩm của công nghệ mạ điện đã và đang thoả mãn dần dần các nhu cầu phát triển của kỹ thuật hiện đại. Các sản phẩm của công nghệ mạ rất khác nhau về ngoại hình, năng suất, chất lượng và giá thành bởi chúng hoàn toàn phụ thuộc vào qui trình của công nghệ mạ riêng biệt. Muốn nâng cao năng suất và chất lượng của sản phẩm, người ta thường tập trung vào những mục tiêu sau: Tăng cường mật độ dòng điện của quá trình mạ. Dùng chất mạ bóng thích hợp. Chọn công nghệ mạ phù hợp. Tạo các lớp mạ đặc biệt. Nâng cao tính tự động hoá trong dây truyền. Ngoài các loại hình mạ Niken, đồng. Crôm, vàng, bạc, kẽm. Còn có các loại hình mạ đặc biệt như: mạ Cadim, mạ thiếc, mạ Chì, mạ sắt và đặc biệt hơn là mạ hợp kim để đáp ứng các nhu cầu ngành công nghiệp đòi hỏi: Độ dẫn địên cao; đặc tính từ đặc biệt; độ chịu mài mòn cao; có độ phản quang hoặc hấp thụ ánh sáng; độ chống mài mòn cao trong điều kiện làm việc khắc nghiệt… Đối với kim loại quí hiếm như: Platin, Titan, Vonfram, Molipelen do chúng có tính chất đặc biệt như bền trong môi trường ăn mòn, hệ số phản xạ lớn (Platin), khó nóng chảy, chịu ma sát ở nhiệt độ cao (iridi, tali. Gali),. Cho nên cần chế tạo các chi tiết đòi hỏi yêu cầu cao của người ta chỉ dùng một lớp mạ các kim loại có tính chất đáp ứng nhu cầu, làm giảm giá thành chi tiết một cách đáng kể. Như vậy, 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. Với các lý do nêu trên đề tài của em “Thiết kế bộ nguồn cho mạ điện” đã phần nào giải quyết yêu cầu đề ra của sản phẩm mạ. Đồ án này gồm 4 phần: Phần I: Tổng quan về các nguồn cho mạ điện. Phần II: Thiết kế mạch động lực. Trong phần này em chọn lựa chọn trong các phương pháp chỉnh lưu có điều khiển, ở đây em chọn phương pháp chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng. Sau đó em đi tính chọn van động lực, thiết kế máy biến áp động lực và các thiết bị bảo vệ. Phần III: Tính chọn mạch điều khiển. Trong phần này em giới thiệu các khâu điều khiển Tiristor, lựa chọn sơ đồ các khâu sao cho việc kích mở các van bán dẫn một cách chắc chắn, làm việc tin cậy, tác động nhanh và diều khiển một cách dễ dàng. Phần IV: Xây dựng bài giảng điện tử “Nguyên lý hoạt động của máy biến áp”. Phần này em đi xây dựng bài giảng dùng phương tiện hiện đại áp dụng vào trong quá trình dạy học. Đồ án này đã được hoàn thành với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong Khoa Sư Phạm Kỹ Thuật - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là thầy Nguyễn Trung Sơn, thầy Nguyễn Xuân Lạc, thầy Lê Huy Tùng và thầy Bùi Ngọc Sơn - giáo viên trực tiếp hướng dẫn em thực hiện đồ án. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới các thầy cô về sự giúp đỡ quí báu đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội: 6 - 2005 Sinh viên: Đỗ Thị Lương PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGUỒN CHO MẠ ĐIỆN Ngày nay mặc dù dòng điện xoay chiều được sử dụng rất rộng rãi, xong nó vẫn không thể thay thế cho dòng điện một chiều trong nền công nghiệp nhiều ngành nghề như: Ngành luyện kim (điện hoá, mạ điện, điện phân,…), giao thông vận tải, hầm mỏ,… Để cung cấp cho tải dùng nguồn điện một chiều nói chung và tải mạ điện nói riêng, chúng ta thường sử dụng máy phát điện một chiều hoặc sử dụng bộ chỉnh lưu biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. + Đối với máy phát điện một chiều ta có: Máy phát điện một chiều tự kích thích. Máy phát điện một chiều kích thích độc lập. + Đối với bộ chỉnh lưu: Nếu phân loại theo đặc tính điều khiển ta có: Chỉnh lưu không điều khiển. Chỉnh lưu có điều khiển. Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, ta có thể chia chỉnh lưu thành một pha hay ba pha. Theo dạng của sơ đồ chỉnh lưu, chúng ta có thể phân loại chỉnh lưu thành; chỉnh lưu một lửa chu kỳ; chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ; chỉnh lưu cầu một pha; chỉnh lưu tia ba pha; chỉnh lưu cầu ba pha; chỉnh lưu tia sáu pha. MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU. Hầu hết các quá trình mạ đều dùng nguồn điện một chiều có công suất khác nhau nhưng điện thế chỉ từ 6 -12 V hay 24 V. Để cấp điện cho tải một chiều người ta dùng máy phát điện một chiều: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống máy phát cung cấp điện cho bể mạ: a b c CD FK MF ĐCK ikt KT + anốt - catốt Chuyển dịch ion Bể mạ Dung dịch mạ Lớp mạ U1c ne ne H.1.1- Sơ đồ nguyên lý máy phát cung cấp điện một chiều Trong sơ đồ gồm có các phần tử sau: - MF: là máy phát điện một chiều kích từ độc lập cung cấp điện 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 sơ cấp) để 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 chiều cho động cơ sơ cấp (ĐCK). Khi động cơ sơ cấp (ĐCK) làm việc nó cung cấp năng lượng làm quay phần ứng của máy phát điện một chiều kích từ độc lập (MF) và may phát điện tự kích (FK). Lúc này máy phát điện tự kích thích hoạt động sinh ra dòng điện một chiều cung cấp dòng điện kích từ cho máy phát điện 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 hệ thống máy phát điện một chiều 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 hơn so với chỉnh lưu. 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. Cổ góp mau hỏng. Thiết bị cồng kềnh, khi làm việc có tiếng ồn lớn. Do sự tiếp xúc giữa cổ góp và chổi than sinh ra tia lửa điện nên rất nguy hiểm khi vận hành. Hiệu suất thấp, tổn thất lớn. Tốn diện tích đặt máy, dễ bị ăn mòn (bị ôxy hoá) do dung dịch mạ, hơi muối, chất phụ gia, chất xúc tác. Khó điều chỉnh điện áp cho từng bể mạ vì loại động 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 bể mạ dài, tiết diện lớn, dẫn đến tổn hao trên đường dây lớn, không kinh tế BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂU Ngày nay, do sự phát triển của kĩ thuật bán dẫn công suất lớn đã đưa ra nhiều ứng dụng của nó trong mạ điện, đó là chế tạo ra bộ nguồn chỉnh lưu biến đổi năng lượng điện xoay thành dòng điện một chiều dùng cho tải mạ, với những ưu điểm sau: Bộ nguồn chỉnh lưu có kích thước nhỏ, gọn, không tốn diện tích lắp đặt, không có phần quay, làm việc với hiệu suất cao, tác động nhanh, dễ tự động hoá, dễ điều khiển và ổn định dòng, áp. Thường trang bị một chỉnh lưu cho riêng một bể mạ, bố trí gần các bể mạ mà không sợ bị ăn mòn nhờ vậy nên dây dẫn ngắn, điều chỉnh dòng và thế dễ dàng hơn cho từng bể mạ mà không làm ảnh hưởng tới bể khác. Điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu: Sơ đồ nguyên lý: H1.2 - Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bằng điều chỉnh biến áp tự ngẫu . . . . . . . . . . . Zt MBA tự ngẫu MBA chỉnh lưu chỉnh lưu Diode - Nguyên lí 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 cấp điện áp cho bộ chỉnh lưu. Do đó việc điều chỉnh điện áp ra trên tải được thực hiện thông qua máy biến áp tự ngẫu bằng cách dùng động cơ kéo con trượt 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 biến áp (một biến 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 hệ số công suất cao, nhưng ta phải dùng hệ thống chổi than - con trượt để lấy điện áp ra, do đó có tính trễ, khó khăn khi muốn điều chỉnh tinh, bộ chỉnh lưu diode dùng ít thuận tiện Điều khiển bằng điều áp xoay chiều: Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.3. Điều chỉnh điện áp bằng bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều. Zt A B C . . . . . . . Bộ điều áp xoay chiều MBA chỉnh lưu chỉnh lưu Diode 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 thứ cấp được đưa vào một bộ chỉnh lưu 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, nhưng lại dùng quá nhiều van bán dẫn, thành phần hài bậc cao lớn, điều khiển các Tiritor khó khăn, chất lượng điện áp một chiều không cao. Do đó sơ đồ này không được sử dụng phổ biến. Điều khiển bằng Tiristor: Sơ đồ nguyên lý của bộ chỉnh lưu: Zt A B C . . . . . . . MBA chỉnh lưu chỉnh lưu Diode H1.4.Điều chỉnh điện áp bằng bộ chỉnh lưu có điều khiển. 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 u1 vào máy biến áp (MBA) thì ở đầu ra của MBA ta thu được một điện áp xoay chiều u2, 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 ta chỉ cần 1kg ¸ 2kg thiết bị. Nhược điểm của bộ chỉnh lưu: 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, thiết bị và các hộ dùng điện một chiều. Kết luận: Qua phân tích ưu nhược điểm của các thiết bị cung cấp một chiều cho tải là mạ điện thì: Nếu chọn máy phát điện một chiều, để đáp ứng yêu cầu đòi hỏi của công nghệ mạ ta phải sử dụng máy phát điện một chiều có nhiều phần tử, nghiều phiến góp, máy phát phải có công suất lớn để bù tổn hao, dẫn đến một số vấn đề là cổ góp mau hỏng, cồng kềnh, không kinh tế, dễ cháy nổ, không an toàn cho người sử dụng và thiết bị, … nên trong thực tế ít dùng cho tải mạ điện. Như vậy chỉnh lưu có điều khiển với các ưu điểm: Thiết bị gọn nhẹ, tác động nhanh, tự động hoá, dễ điều chỉnh và ổn định dòng áp, … đáp ứng yêu cầu của mạ điện nên được chọn làm nguồn cấp điện chủ yếu cho công nghệ mạ. TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN. Theo dạng nguồn cấp xoay chiều, chúng ta có thể chia chỉnh lưu thành một pha hay ba pha. Trong đó chỉnh lưu một pha có 3 loại sau: + Chỉnh lưu một nửa chu kì. + Chỉnh lưu cả chu kì với biến áp có trung tính. + Chỉnh lưu cầu một pha: - Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển đối xứng. - Chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng. Ngày nay, thường ít dùng chỉnh một 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 mạch đơn giản 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 đồ án này. Đối với mạch chỉnh lưu có điều khiển thường có hiệu suất cao, ít phụ thuộc vào tải và độ gợn sóng điện áp ra nhỏ. Sau đây chúng ta đi phân tích một số mạch chỉnh lưu: Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển. Chỉnh lưu tia sáu pha có cuộn kháng. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng. Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển không đối xứng. Các thông số quan trọng của các sơ đồ chỉnh lưu là: Dòng điện và điện áp tải, dòng điện chạy trong cuộn dây thứ cấp máy biến áp; số lần đập mạch trong một chu kỳ, quan hệ của tần số sóng hài thấp nhất của điện áp chỉnh lưu với tần số điện áp xoay chiều Chỉnh lưu cầu một pha có điều khiển: Hoạt động của sơ đồ: Trong nửa chu kỳ đầu thế tại điểm A mang dấu “+”, còn thế ở điểm B mang dấu “ - ”. Nếu đồng thời có tín hiệu điều khiển cho cả hai van bán dẫn T1 và T3, thì hai van mở cho dòng chạy qua (đối với tải thuần trở hoặc đối với tải có tính chất điện cảm). Còn đối với tải có chứa sức điện động E thì phải đồng thời có hai điều kiện trên và phải có thế tại A có gía trị lớn hơn sức điện 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 dấu, thế tại A có dấu “ - ”, còn thế tại b có dấu “ + ”. Nếu có xung điều khiển cho cả hai van T2 và T4 thì các van này sẽ mở thông (đối với tải thuần trở hoặc đối với tải có tính chất điện cảm). Nếu trong tải có thành phần sức điện động E thì phải có thêm điều kiện VB ³ E thì hai van bán dẫn T2 và T4 mới cho dòng đi qua, để đặt điện áp lưới lên tải. Với điện áp một chiều trên tải có chiều trùng với nửa bán kỳ trướ. . . . T1 T3 T4 T2 u~ Tải ud 0 Id IT1,3 IT2,4 I2 a1,3 a2,4 0 0 0 0 H.1.5 - Sơ đồ mạch điện và giản đồ đường cong dòng, áp tải khi tải là R + L Minh hoạ đường cong dòng và áp tải khi tải có tính chất điện cảm (R + L), đối với tải cảm lớn, dòng liên tục, giá trị trung bình của điện áp ra tải được tính theo công thức: Khi tải thuần trở dòng điện giãn đoạn nên giá trị trung bình của điện áp được tính theo công thức: Điện áp ngược mỗi van phải chịu là: . . . . 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. Việc điều khiển đồng thời hai van bán dẫn gặp không ít khó khăn, nhất là xung điều khiển không đủ lớn. Để khắc phục nhược điểm này mà chất lượng điện áp vẫn đáp ứng được, người ta dùng chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng. Dùng chỉnh lưu cầu một pha điều khiển không đối xứng, có thể thực hiện bằng hai phương án khác nhau H.1.6 và H.1.7. Tải . . T1 D1 T2 D2 u~ H.1.7a Tải T1 D1 D2 T2 u~ H.1.6a . . Hai phương án này giống nhau ở chỗ: Điều có hai Tiristor và hai Diôt, mỗi lần phát xung điều khiển chỉ cần một xung, điện áp một chiều trên tải và trị số trung bình giống nhau, đường cong điện áp chỉ có phần điện áp dương nên sơ đồ không làm việc với tải có nghịch lưu hoàn trả năng lượng về lưới. Sự khác nhau giữa hai sơ đồ này được thể hiện rõ rệt khi làm việc với tải cảm lớn, lúc này dòng điện qua van điều khiển và không điều khiển có sự khác nhau.. Cụ thể minh hoạ bằng đường cong điện áp với tải có tính chất điện cảm: +) Phương án thứ nhất (H.1.6a) tương ứng với đường cong điện áp hình (H.1.6b). Khi điện áp ở thời điểm a1 xung điều khiển mở T1 trong khoảng thời gian từ a1 ữ p, lúc này điện áp ở Anod T1 dương, điện áp ở Catốt của D1 âm nên ta có dòng chảy qua tải, qua T1 và D1. Đến khi điện áp u2 đổi dấu (điện áp ở Anod T2 dương) mà chưa có tín hiệu điều khiển mở T2, năng lượng của cuộn cảm được xả ra qua D2 và T1. Đến khi điện áp đổi dấu thì D1 bị khoá. Tirisitor T1 sẽ bị khoá khi có xung mở Tiristor T2, kết quả là việc chuyển mạch các van điều khiển được thực hiện bằng cách mở van kế tiếp. Về trị số, thì dòng điện trung bình chạy qua van: . Dòng điện hiệu dụng của van: Ihd = 0,71.Id. Điện áp qua tải: Trong đó: Udo: Điện áp chỉnh lưu khi khômg điều khiển; Udo = 0,9.U2f a : Góc mở của Tiristor. U2f: Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp. +) Với phương án thứ hai (H.1.7a) có đường cong minh hoạ bằng hình H.1.7b. Khi góc q = a1 cho xung điều khiển mở T1, trong khoảng thời gian (a1 ữ p) Tiristor T1 và Diôt D1 cho dòng chảy qua tải. Ki điện áp vào u2 bắt đầu đổi dấu, D2 mở ngay, T1 tự nhiên bị khoá lại, dòng id = Id chuyển từ T1 sang D2 t t t t t 0 0 0 0 0 Ud ID2 a2 a1 ID1 IT2 IT1 Id 0 H.1.6b - Giản đồ đường cong dòng, áp tải của sơ đồ H.1.6a t 0 Id H.1.7b - Giản đồ đường cong dòng, áp tải của sơ đồ H.1.7a IT1 IT2 ID1 a1 a2 ID2 Ud 0 0 0 0 0 t t t t t t Khi điện áp u2 đổi dấu, năng lượng ở cuộn cảm qua các Diốt D1, D2 làm cho các van này đóng vai trò như là Diốt ngược. Chính vì thế mà các Tiristor sẽ tự động khoá lại khi điện áp nguồn u2 đổi dấu. Từ đường cong dòng điện có thể nói rằng dòng qua Tiristor nhỏ hơn dòng qua Diốt. Nhận xét: Nhìn chung các loại sơ đồ cầu một pha có chất lượng điện áp tương đương như chỉnh lưu cả chu kỳ với biến áp trung tính, chất lượng điện áp một chiều như nhau, nên ứng dụng của chúng cũng tương đương nhau. Mặc dù vậy ở chỉnh lưu cầu một pha có ưu điểm hơn thể hiện ở chỗ: Điện áp ngược trên van bé: Unv = U2 Biến áp dễ chế tạo và có hiệu suất sử dụng cao: Sba = 1,23.Pd. Nhưng chỉnh lưu cầu một pha lại có số van nhiều gấp hai lần, nên giá thành cao hơn, sụt áp trên van lớn gấp hai lần, chỉnh lưu cầu đối xứng thì sơ đồ điều khiển phức tạp => Như vậy không kinh tế. Các sơ đồ cầu một pha cho điện áp với chất lượng chưa cao, biên độ đập mạch quá lớn, thành phần đa hài bậc cao lớn, điều này không đáp ứng được cho nhiều loại tải. Muốn có chất lượng điện áp tốt hơn chúng ta phải sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn. Chỉnh lưu tia ba pha có điều khiển: Khi có biến áp nối Y trên mỗi pha a,b,c ta nối một van như hình H.1.8a, các van có thể đấu Catốt chung (hoặc Anôd chung), nếu ba van đấu Catốt chung cho ta điện áp dương qua tải, còn trung tính biến áp sẽ là điện áp âm. Ba pha a,b,c dịch nhau một góc 1200 theo các đường cong điện áp pha, chúng ta có điện áp của pha dương hơn điện áp của hai pha kia trong khoảng thời gian 1/3 chu kỳ. Như vậy tại mỗi thời điểm đang xét bất kỳ luôn có một pha có điện áp dương hơn điện áp hai pha còn lại. Nguyên tắc mở thông van và điều khiển các Tiristor là khi Anôd của van nào dương hơn thì van đó được kích mở. Tại thời điểm điện áp của hai pha giao nhau được gọi là góc thông tự nhiên của hai van bán dẫn (thời gian giao nhau tại: a = (1 +2k)). Các Tiristor chỉ được mở thông với góc mở nhỏ nhất tại thời điểm góc thông tự nhiên (như vậy tromg chỉnh lưu ba pha, góc mở nhỏ nhất a sẽ dịch pha so với điện áp pha một góc là 300) Theo hình H.1.8b,c tại mỗi thời điểm nào đó chỉ có một van dẫn, vậy mỗi van dẫn thông trong 1/3 chu kỳ. Qua cả hai giản đồ đường cong dòng áp, ta thấy khi góc mở a £ 300 cho điện áp và dòng liên tục (H.1.8b), khi góc mở a > 300 đường cong điện áp bị gián đoạn (H.1.8c). H.1.8c - Giản đồ các đường cong dòng, áp khi góc mở a = 600, tải thuần trở H.1.8b - Giản đồ các đường cong dòng, áp khi góc mở a = 300, tải thuần trở Tải T3 T2 b c H.1.8a - Sơ đồ mạch động lựcchỉnh lưu tia ba pha Ud 0 Id T1 a uT1 Ud a b c Id I1 I2 I3 a b c I1 I2 I3 uT1 Tuy nhiên trong cả hai trường hợp dòng trung bình của các van đều bằng 1/3Id. trong khoảng thời gian van dẫn dòng điện của van bằng dòng điện của tải, trong khoảng thời gian van khoá dòng điện qua van bằng không. Điện áp của van phải chịu bằng điện áp dây giữa pha có van khoá với pha có van đang dẫn. Cùng góc mở a nhưng với tải khác nhau sẽ cho các đường cong dòng, áp cũng khác nhau, mô tả như hình H.1.9 so sánh giữa tải thuần trở và tải cảm. ud a b c o ud a) a b c o b) H.1.9 a) - Tải thuần trở b) - Tải thuần cảm + Khi tải thuần trở dòng điện và điện áp tải liên tục hay gián đoạn phụ thuộc vào góc mở của các Tiristor. Nếu góc mở của các Tiristor a £ 300 thì các đường cong Ud, Id liên tục, khi góc mở a > 300 điện áp và dòng điện tải sẽ bị gián đoạn + Khi tải có tính chất điện cảm (nhất là tải cảm lớn) dòng điện và điện áp là các đường cong liên tục do phần tử điện cảm tích luỹ năng lượng, việc tích luỹ năng lượng đủ lớn để duy trì dòng điện khi điện áp đổi dấu. Đường cong nét đậm trên hình H.1.9b mô tả điện áp chỉnh lưu của tải cảm. Trị số trung bình của tải: Nếu điện áp tải liên tục: Ud = Udocosa. Nếu điện áp tải giãn đoạn: Trong đó: Udo = 1,17.U2f điện áp chỉnh lưu tia ba pha khi van là Diôt. U2f: Điện áp pha thứ cấp của máy biến áp. So với chỉnh lưu một pha thì chỉnh lưu tia ba pha có chất lượng điện áp một chiều tốt hơn, biên độ điện áp đập mạch tốt hơn, việc điều khiển các Tiristor tương đối đơn giản. Nhờ có biến áp ba pha ba trụ mà từ thông lõi thép là từ thông xoay chiều không đối xứng làm cho công suất của biến áp phải lớn, nếu ở đây biến áp được chế tạo từ ba biến áp một pha thì công suất các biến áp con lớn hơn nhiều. Khi chế tạo biến áp động lực các cuộn dây thứ cấp phải được đấu Y với dây trung tính phải lớn dây pha vì dây trung tính phải chịu một dòng điện bằng dòng điện qua tải. Chỉnh lưu tia sáu pha có cuộn kháng: Sơ đồ chỉnh lưu ba pha có chất lượng điện áp chưa thật tốt lắm. Khi cần chất lượng điện áp tốt hơn, chúng ta phải sử dụng sơ đồ nhiều pha hơn, một trong sơ đồ đó là chỉnh lưu tia sáu pha. Sơ đồ tia sáu pha gồm: một máy biến áp ba pha, 6 Tiristor, 6 cuộn khámg thứ cấp. Sơ đồ mạch được bố trí như hình H.1.10a Trên mõi trụ của máy biến áp ba pha đặt ba cuộn dây(một cuộn sơ cấp, hai cuộn thứ cấp giống nhau và ngược pha), các cuộn dây thứ cấp giống nhau tạo ra hai hệ thống điện áp ba pha lệch nhau 1800: uA, uB, uC, u’A, u’B’, u’C, điện áp các pha dịch nhau một góc 600. a) La T6 T1 * A T3 T2 B C * * a . Tải b T4 * A’ T5 B’ C’ * * t A B C A* B* C* b) H.1.10 - Chỉnh lưu tia sáu pha a - Sơ đồ mạch điện; b - Giản đồ đường cong điện áp ra Các Tirisitor được mở tuần tự theo thứ tự T1,6,2,4,3,5: sáu Tiristor được chia thành hai nhóm K chung, nhóm một gồm các Tiristor T1,T2,T3 tạo ra điện áp tải Ud1; nhóm hai gồm T4,T5,T6 tạo ra điện áp tải Ud2. Cuộn kháng cân bằng sẽ hấp thụ hiệu điện áp (Ud1 - Ud2). Điện áp đặt lên tải có trị số là: Ud = (Ud1 + Ud2)/2. Tại mỗi thời điểm luôn có hai Tiristor cùng dẫn, một của nhóm thứ nhất, một của nhóm thứ hai. Dạng sóng điện áp tải được mô tả như hình H.1.10b, theo dạng sóng của tải thì ta thấy rằng mỗi van dẫn thông trong thời gian 1/6 chu kỳ. Điện áp tải trung bình: Ud = (Ud1 + Ud2)/2 = . Dòng qua mỗi van: IT = Id/6. Công suất của máy biến áp sử dụng: S = 1,26Pd Với dạng sóng điện áp như trên, ta thấy chất lượng điện áp chỉnh lưu coi như là tốt nhất, dòng bằng phẳng hơn, có ý nghĩa với tải cảm lớn. Trong trường hợp đó ta có thể dùng van mhỏ nhưng vẫn có thể tạo ra bộ nguồn với dòng tải lớn. Nhưng nếu dùng sơ đồ này thì có một vấn đề khó khăn là: việc chế tạo máy biến áp với sáu pha thứ cấp ngược nhau 1800 là hết sức khó khăn, cộng thêm việc chế tạo cuộn kháng cân bằng lên càng tăng thêm tính phức tạp cho công việc chế tạo và bảo quản. a b c Chỉnh lưu cầu ba pha điều khiển đối xứng: . . T1 T4 T2 T3 T6 T5 . Tải H.1.11a - Sơ đồ động lực mạch chỉnh lưu cầu ba pha Sơ đồ cầu chỉnh lưu ba pha gồm 6 Tiristor chia làm hai nhóm: Nhóm Catốt chung gồm ba Tiristor T1,T3, T5 tạo thành một chỉnh lưu tia ba pha cho điện áp dương. Nhóm Anốd 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: l = 2p/3. Giá trị cực đại của ud1 và ud2 lệch nhau góc p/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 thứ cấp của máy biến áp là ua, ub, uc; góc mở a được tính từ lúc giao điểm của các nửa hình sin. Hoạt động của sơ đồ: Giả sử tại thời điểm đang xét có hai Tiristor T4 và T5 đamg dẫn dòng, khi điện áp ở Anôd của Tiristor T5 là điện áp ở pha c, còn điện áp đặt lên Catốt của Tiristor T4 sẽ là điện áp ở pha b (thế ở pha c lớn hơn thế ở pha b: Vc > Vb). Tại thời điểm cho xung điều khiển mở Tiristor T1, lúc này điện áp ở pha a lớn hơn điện áp ở pha c làm Tiristor T5 bị khoá lại; hai Tiristor T4 và T1 mở thông cho dòng qua. Tương tự khi tác động xung điều khiển lệch nhau một góc lần lượt vào các cực điều khiển của các Tiristor tiếp theo, theo thứ tự quay vòng T1, T6, T3, T2,T5,T4. Cụ thể chúng ta xét đường cong điện áp hình H.1.11b, với góc mở a và tải có tính chất điện cảm. Xc T1 T2 T3 T4 T5 T6 Xd T4 T6 T2 T3 T5 T1 q0 q1 q3 q5 q2