УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В АСИММЕТРИЧНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ Российский патент 1995 года по МПК H02M5/257 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрохимическом производстве для оснащения технологических процессов по нанесению защитных покрытий микроплазменными методами.

Известно устройство для преобразования переменного напряжения в асимметричное переменное [1]. Это устройство содержит основной конденсатор, параллельно соединенный с ним через резистор и тиристор дополнительный конденсатор с включенной параллельно ему разрядной цепью, состоящей из дополнительного тиристора и дополнительного сопротивления, причем катод тиристора соединен с диодом дополнительного тиристора. Силовая цепь подключена последовательно к нагрузке (электролитической ванне). Такое устройство позволяет получать на выходе большую величину катодного тока по сравнению с анодным и реализовать в технологическом процессе анодно-катодный режим с асимметричным переменным напряжением.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2], содержащее основной конденсатор, который подключен одним выходом к одной фазе источника питания, а другим выходом через параллельно соединенные тиристор и диод - к одному из выводов нагрузки. Параллельно основному конденсатору включена дополнительная цепь из конденсатора и тиристора, общая точка их соединения подключена через диод к другой фазе источника питания, к которой подключен другой вывод нагрузки. Это устройство позволяет поочередно подавать на нагрузку то переменное асимметричное, то удвоенное однополупериодное отрицательное напряжение. Однако оно имеет ограниченные возможности, не позволяет реализовывать ряд электрохимических режимов, необходимых для получения качественных защитных покрытий. К тому же при нанесении покрытий меняются электрические параметры цепи, в связи с этим происходят сбои при открывании тиристоров, что приводит к резким токовым ударам в цепи. Удары в цепи вызывают помехи в сети, которые вредны для потребителей с радиоэлектронными устройствами.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно возможности поочередно подавать на нагрузку то асимметричное переменное (анодно-катодный режим), то двухполупериодное отрицательное напряжение (катодирование); осуществлять процесс катодирования, подавая однополупериодные и двухполупериодные импульсы напряжения в новой комбинации.

Задача решается новой схемой устройства, содержащего основной конденсатор, соединенный с цепью нагрузки через параллельно соединенные тиристор и диод, и дополнительный конденсатор, включенный в цепь нагрузки одним выводом через плечо диодного моста и тиристор, подсоединенный к нагрузке катодом, а другим выводом дополнительный конденсатор подключен в цепь нагрузки через вторичную обмотку разделительного трансформатора и противоположное плечо диодного моста, причем к положительному выходу моста анодом подключен третий тиристор, подключенный катодом к отрицательному выходу моста.

Отличиями предлагаемого устройства являются включение дополнительного конденсатора в цепь нагрузки одним выводом через плечо диодного моста и тиристор, другим выводом через вторичную обмотку разделительного трансформатора (380/380) и противоположное плечо диодного моста; включение диодного моста в цепь нагрузки через третий тиристор.

Такое конструктивное решение не является очевидным и обеспечивает работу устройства как по прототипу, так и возможность получения на выходе поочередно то переменного асимметричного напряжения, то двухполупериодного отрицательного, а также осуществлять любые комбинации работы по прототипу и по предлагаемому решению (см. фиг. 1). Введение двухполупериодного отрицательного напряжения в технологический процесс приводит к увеличению рассеивающей способности используемых электролитов и повышению равномерного распределения покрытий по поверхности, а также сокращению времени их формирования в сквозных и/или глухих полостях. Увеличение частоты следования отрицательных импульсов по предлагаемому решению исключает бестоковую паузу (паузу между отрицательными импульсами в однополупериодном режиме), что позволяет дольше поддерживать покрытие в разогретом состоянии и формировать более плотный барьерный слой, т.е. повысить эффективность действия электронного (катодного) тока. Чем выше эффективность катодного тока, тем больше сопротивление наносимого покрытия в анодно-катодный период (во время обработки изделия асимметричным переменным током) процесса. Это связано с изменением соотношений между пробивным напряжением покрытия и подаваемым на изделие при смене одного режима работы устройства другим. Поэтому в следующем за катодной обработкой анодно-катодном процессе микродуговые разряды возникают в тех местах, где покрытие имеет меньшее сопротивление, т.е. меньшую толщину и/или дефекты. Таким образом толщина покрытия выравнивается на всей поверхности, а в имеющихся полостях и каналах ее величина значительно больше. Вместе с этим подача однополупериодных и двухполупериодных отрицательных импульсов напряжения в любой последовательности в период катодной обработки качественно меняет сопротивление покрытия, в связи с чем повышается предельное напряжение его формирования, позволяющее наращивать покрытие большей толщины.

Промышленная применимость подтверждается приведенной на фиг. 2 принципиальной схемой предлагаемого устройства. Устройство содержит аналогичный прототипу блок 1, включающий основной конденсатор 2, последовательно соединенный с ним диод 3, параллельно которому включен управляемый системой 4 тиристор 5. В цепь нагрузки 6 через второй и третий тиристоры 7 и 8, управляемые системой 9, включен диодный мост 10, который одним плечом соединен с вторичной обмоткой Б₁-Б₂ разделительного (380/380) трансформатора 11 через дополнительный конденсатор 12. Дополнительный конденсатор 12 включен в цепь нагрузки 6 одним выводом через плечо диодного моста 10, состоящего из диодов 13, 14,15, 16, и третий тиристор 8, подсоединенный к нагрузке катодом, а другим выводом через вторичную обмотку Б₁-Б₂ разделительного трансформатора 11 и противоположное плечо диодного моста 10, причем к положительному выходу моста анодом подключен третий тиристор 7, подключенный катодом к отрицательному выходу моста 10.

Реализация поочередной подачи на ванну асимметричного переменного напряжения и двухполупериодного отрицательного напряжения осуществляется следующим образом.

При подаче переменного напряжения в силовую цепь в отрицательный полупериод тиристоры 7 и 8 закрываются с помощью системы 9 управления. Во время отрицательного полупериода ток идет через диод 3 на нагрузку 6, а во время положительного - через тиристор 5 и устройство работает в таком режиме 5-30 с, обеспечивая подачу асимметричного переменного напряжения.

Затем устройство переключают для работы в режиме двухполупериодного отрицательного напряжения. С помощью системы 4 управления закрывается тиристор 5 в положительный полупериод напряжения, а тиристор 8 открывается системой управления 9. В отрицательный полупериод ток от первичной обмотки А₁-А₂ трансформируется во вторую обмотку Б₁-Б₂ и идет через дополнительный конденсатор 12, заряжая его, через диод 15, тиристор 8 на нагрузку (ванну) 6 и через диод 16 возвращается на вторичную обмотку (клемма Б₂) трансформатора 11. В положительный полупериод ток от вторичной обмотки Б₁-Б₂ (с клеммы Б₂) идет через диод 13, тиристор 8 опять на нагрузку (ванну) 6 и возвращается через диод 14, дополнительный конденсатор 12, разряжая его, на клемму Б₁ вторичной обмотки Б₁-Б₂ трансформатора 11. В таком режиме устройство работает 0,1-10 с. Затем процесс переключения повторяется.

Для обеспечения устройством попеременной подачи на ванну асимметричного переменного напряжения и однополупериодного удвоенного отрицательного напряжения вначале подают переменное напряжение в силовую цепь. В первый отрицательный полупериод напряжения закрываются тиристоры 7 и 8 системой 9 управления. Во время отрицательного полупериода ток идет через диод 3, а во время положительного - через тиристор 5. В течение 5-30 с на нагрузку (ванну) 6 подается асимметричное переменное напряжение.

Затем с помощью системы 4 управления тиристор 5 закрывается, а с помощью системы 9 управления открывается тиристор 7. В положительный полупериод напряжения ток от трансформатора 11 с вторичной обмотки (клемма Б₂) через диод 13, тиристор 7, диод 14 и дополнительный конденсатор 12 идет на клемму Б₁ вторичной обмотки Б₁-Б₂ трансформатора 11. В это время заряжается дополнительный конденсатор 12. В отрицательный полупериод система 9 управления закрывает тиристор 7, а тиристор 8 открывается и ток от вторичной обмотки (клемма Б₁) трансформатора идет через дополнительный конденсатор 12, диод 15, тиристор 8 на нагрузку (ванну) 6 и через диод 16 вновь возвращается на вторичную обмотку (клемма Б₂) трансформатора, замыкая цепь. В этот полупериод сетевое напряжение складывается с ЭДС дополнительного конденсатора и на ванне обеспечивается удвоенное однополупериодное отрицательное напряжение. В таком режиме устройство работает 0,1-10 с. Затем процесс переключения повторяется.

Таким образом, устройство обеспечивает попеременную подачу на ванну асимметричного переменного напряжения в течение 5-30 с и двухполупериодного отрицательного напряжения в течение 0,1-10 с.

Реализация электрохимических режимов с помощью предлагаемого регулятора позволяет увеличить рассеивающую способность используемых электролитов и повысить равномерность распределения покрытий большей толщины с управляемой пористостью на поверхностях изделий сложной конфигурации, сквозных каналов и/или глухих полостей.

Изобретение может быть использовано в качестве источника питания асимметричным током. Сущность изобретения: с целью расширения функциональных возможностей устройства параллельно нагрузке (ванне) 6 включены управляемый двумя тиристорами 7, 8 диодный мост последовательно соединенный с дополнительным конденсатором 12 и питающийся через вторичную обмотку разделительного трансформатора 11, первичная обмотка которого подсоединена на те же фазы, что и цепь нагрузки, которая подключена к этим фазам через параллельно соединенные диод 3 и тиристор 5, и основной конденсатор 2. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В АСИММЕТРИЧНОЕ ПЕРЕМЕННОЕ, содержащее основной конденсатор, включенный между первым из входных выводов для подключения источника переменного напряжения и через параллельно соединенные первые тиристор и диод первым из выходных выводов для подключения цепи нагрузки, дополнительный конденсатор, второй диод, второй и третий тиристоры, причем вторые входной и выходной выводы объединены в общую точку, отличающееся тем, что дополнительно введены три диода, соединенные с указанным вторым диодом по схеме однофазного выпрямительного моста, и разделительный трансформатор, причем указанный дополнительный конденсатор включен в цепь нагрузки одним выводом через плечо диодного моста и второй тиристор, соединенный с цепью нагрузки катодом, а вторым выводом через вторичную обмотку разделительного трансформатора и противоположное плечо диодного моста, причем к положительному выходу моста анодом подключен третий тиристор, катод которого соединен с отрицательным выходом моста, а первичная обмотка разделительного трансформатора соединена с входными выводами.