Nguồn xung công suất cho công nghệ mạ

Bài báo này trình bày về việc phân tích, thiết kế và chế tạo bộ nguồn công suất tạo ra xung lưỡng cực phục vụ cho công nghệ mạ mới. Trên cơ sở các thông số kỹ thuật đối với điện áp, dòng điện do công nghệ mạ mới yêu cầu ta tiến hành xây dựng sơ đồ khối bộ nguồn, sơ đồ chi tiết cho từng khối và tính chọn thiết bị.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguồn xung công suất cho công nghệ mạ NGUỒN XUNG CÔNG SUẤT CHO CÔNG NGHỆ MẠ Nguyễn Duy Cương1, Nguyễn Đăng Bình1*, Bùi Chính Minh1, Trương Đức Thiệp2 1 Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên 2 Trường Cao đẳng Cơ khí nông nghiệp - Bộ NN&PTNT TÓM TẮT Bài báo này trình bày về việc phân tích, thiết kế và chế tạo bộ nguồn công suất tạo ra xung lưỡng cực phục vụ cho công nghệ mạ mới. Trên cơ sở các thông số kỹ thuật đối với điện áp, dòng điện do công nghệ mạ mới yêu cầu ta tiến hành xây dựng sơ đồ khối bộ nguồn, sơ đồ chi tiết cho từng khối và tính chọn thiết bị. Mạch lực được xây dựng dựa trên sự phân tích chức năng, ưu nhược điểm của các sơ đồ cũng như các phần tử bán dẫn công suất. Mạch tạo xung điều khiển cho các phần tử bán dẫn công suất trong mạch nghịch lưu được thiết kế dựa trên việc phân tích giản đồ xung từ đó đưa ra các khối chức năng cũng như mối quan hệ giữa chúng. Với sự trợ giúp của vi điều khiển, bộ nguồn được chế tạo với các thông vận hành được cài đặt một cách dễ dàng và có thay đổi trong phạm vi rộng. Kết quả trên thiết bị thực cho thấy bộ nguồn được chế tạo làm việc ổn đình, đáp ứng được yêu cầu của công nghệ mạ. Từ khóa: Mạ dòng xung, chỉnh lưu, nghịch lưu, vi xử lý, kỹ thuật xung GIỚI THIỆU Khái niệm cơ bản về mạ điện Mạ điện là quá trình điện kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có những tính chất cơ, lý, hóa,…đáp ứng được các yêu cầu mong muốn [1]. Do vậy mạ điện đã được sử dụng để phục vụ cho các mục đích khác nhau như phục hồi kích thước, chống ăn mòn, trang sức, thấm dầu, dẫn điện,…Về nguyên tắc, vật liệu nền có thể là kim loại, hợp kim, chất dẻo, gốm sứ, hay composit. Lớp mạ cũng vậy có thể là kim loại, hợp kim, hoặc có thể là composit của kim loại – chất dẻo hay kim loại – gốm, ... Mạ điện bằng dòng một chiều Theo trình tự của lịch sử, đầu tiên máy phát điện một chiều được sử dụng cung cấp nguồn cho bể mạ [1]. Với sự ra đời của điốt bán dẫn bộ nguồn một chiều với cấu trúc là các bộ chỉnh lưu một pha, ba pha, ...dần thay thế các máy phát một chiều. Tiếp theo là sự ra đời của Thyristor, các bộ chỉnh lưu có điều khiển sử dụng Thyristor với các mạch vòng phản hồi theo dòng điện và điện áp thể hiện các ưu việt như dễ dàng tạo ra các giá trị điện áp một chiều theo ý muốn đưa ra tải đồng thời có khả năng ổn định dòng điện mạ trong quá trình làm  Tel: 0913286661 việc. Đây là các bộ nguồn đang được sử dụng cho công nghệ mạ điện thông dụng hiện nay. Mạ điện bằng dòng xung Ý nghĩa của kỹ thuật mạ xung: Trong những năm gần đây các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu và tìm ra công nghệ mạ tiên tiến hơn, đó là công nghệ mạ xung với các ưu điểm nổi bật so với mạ điện truyền thống sử dụng dòng một chiều, cụ thể là: có thể nhận được cấu trúc submicro và nano, tăng độ cứng, tăng độ đồng đều và độ bóng của lớp mạ, cho phép giảm chiều dầy lớp phủ, giảm yêu cầu đối với chất phụ gia...Ngoài ra kỹ thuật mạ xung rất thích hợp cho các vật cần mạ có cấu trúc cũng như hình dáng phức tạp [2]. Mạ bằng dòng xung: Kỹ thuật mạ xung là kỹ thuật tạo ra lớp phủ bằng cách dùng dòng điện xung lưỡng cực. Dạng dòng xung được sử dụng nhiều nhất là dạng xung vuông. Dãy xung vuông tuần hoàn lý tưởng với các thông số kỹ thuật cơ bản như biên độ xung, độ rộng phần xung dương, độ rộng phần xung âm, chu kỳ dãy xung. Tuy nhiên dãy vuông thực tế luôn có sự sai khác với dãy xung lý tưởng, ta phải tính đến các thông số như độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau, độ sụt đỉnh xung. Nội dung bài báo không đề cập sâu đến ảnh hưởng của thông số dãy xung đến chất lượng của lớp mạ, thay vào đó nội dung tập chung Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn | 78 Nguyễn Duy Cương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ vào việc phân tích, thiết kế, chế tạo bộ nguồn tạo ra các dãy xung lưỡng cực đáp ứng được yêu cầu của công nghệ mạ mới yêu cầu. Cấu trúc của bài báo được trình bày như sau: Mục II phân tích và đưa ra sơ đồ nguyên lý mạch lực. Cấu trúc mạch cứng cũng như cách thức tạo xung điều khiển cho các IGBT trong mạch nghịch lưu được đưa ra trong Mục III. Mục IV trình bày các kết quả trên thiết bị thực. Phần kết luận được trình bày tại mục V. THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MẠCH LỰC Cấu trúc chung Có rất nhiều cấu trúc có thể áp dụng để xây dựng bộ nguồn xung lưỡng cực cho mạ điện. Trong thiết kế này với yêu cầu cung cấp công suất, dòng điện mạ lớn, mạch lực được đề xuất gồm 03 khối chính (Hình 2): Chỉnh lưu, lọc và nghịch lưu. Điện áp xoay chiều từ lưới công nghiệp tần số 50 Hz trước hết thông qua máy biến áp lực được chuyển thành điện áp xoay chiều cùng tần số có giá trị thích hợp đưa tới đầu vào bộ chỉnh lưu, bộ lọc giúp cho điện áp một chiều sau chỉnh lưu được bằng phẳng hơn trước khi đưa đến đầu vào bộ nghịch lưu, tại đầu ra bộ nghịch lưu ta nhận được dãy xung theo yêu cầu. Khối chỉnh lưu Khối này được lựa chọn với cấu trúc hình cầu ba pha không điều khiển với ưu điểm nổi bật là dạng điện áp sau chỉnh lưu tương đối bằng phẳng, điều này cho phép giảm nhẹ yêu cầu đối với bộ lọc đồng thời giúp cho dạng xung ra của bộ nghịch lưu có dạng gần như vuông. Ta biết rằng nếu bỏ qua sụt áp của các van trong bộ nghịch lưu, biên độ của xung ra chính bằng biên độ điện áp một chiều sau bộ lọc. Như vậy với kết cấu này biên độ của xung ra phụ thuộc vào điện áp thứ cấp của máy biến áp lực. Ta có thể giới thiệu một số phương án khác làm cơ sở cho việc lựa chọn đó là sử dụng sơ đồ cầu ba pha hoặc tia sáu pha có điều khiển dùng Thyristor. Theo cách này ta có thể dề dàng điều chỉnh giá trị trung bình điện áp sau chỉnh lưu. Tuy nhiên dạng điện áp có độ đập mạch cao, đặc biệt khi góc 72(10): 78 - 83 điều khiển có giá trị lớn. Khi điện áp một chiều đưa đến bộ nghịch lưu không được bằng phẳng, dạng xung ra bị méo nghiêm trọng, ảnh hưởng đến chất lượng của lớp mạ. Tóm lại là không nên sử dụng mạch chỉnh lưu có điều khiển sử dụng Thyristor trong kỹ thuật mạ điện mới này. Khối nghịch lưu Được xây dựng dựa trên cấu trúc sơ đồ cầu một pha sử dụng 04 ph ...