Установка для питания гальванических ванн асимметричным током Советский патент 1984 года по МПК C25D21/12 

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для питания гальванических ванн асим метричным током. Известна установка для электрохимической обработки изделий асимметричным током, содержащая источник переменного тока, регулятор напряжения, силовой трансформатор, управляемые вьтрямительш 1е элементы Щ . Однако эта установка не позволяет точно и линейно регулировать парамет асимметрии при малых его значениях. Поэтому она не позволяет получать ка чественные, равномерные, без шероховатостей покрытия и увеличить прочность сцепления покрытия с основой, повысить качество анодной обработки легкопассивирзпощихся металлов (железо, титан, никель и их сплавы) в тех процессах, где необходимо изменять параметр асимметрии /3 точно и линейно при его малых значениях (например, от 1 до 3)о Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результа;ту является установка для питания гальванических ванн асим метричным током, гключающая общий и дополнительньй регуляторы напряжения, соединенные параллельно между собой, основные и дополнительные силовые трансформаторы, соединенные последовательно вторичными обмотками, вьшрямительные элементы в виде тиристоров, соединенных последовательно, трансформатор для управления тиристорами 2 „ Недостатком известной установки является то, что имеются два диапазона регулирования jb , когда . При этом в каждом диапазоне 3 может устанавливаться плавно. Изменение /3 происходит в общем случае по закону fl f (т- ), т.е. по параболе. Шкала выставления р не линейная, а точность выставления при плавном регулировании уменьшается от начала шкалы к концу н градуировка шкалы затруднительна и нелинейна. У предлагаемой установки Я в каждом поддиапазоне регулируется по линейному закону за счет определенного подключения трансформаторов и тиристоров. При этом (), т.е регулируется по линейному эйкону„ Точность выставления f) имеет одинаковую погрешность в начале и в конце шкалы каждого поддиапазона. Градуировка шкапы /) простая и линейная. При этом плавно выставляемый параметр И имеет постоянную погрешность, тогда как у известного погрешность увеличивается к концу шкалы, из-за нелинейности шкалы, что при- водит к большему разбросу технологического режима. Цель изобретения - повьш1ение качества, обработки путем точной и линейной регулировки параметра асимметрии. Поставленная цель достигается тем, что в установке для питания гальванических ванн асимметричным током, включающей общий и дополнительньй регуляторы напряжения, соединенные параллельно между собой, основные и дополнительные силовые трансформаторы, соединенные последовательно вторичными обмотками, вьшрямительные элементы в виде тиристоров, соединенных последовательно, трансформатор для управления тиристорами, первичная обмотка дополнительного силового трансформатора вьтолнена с отводами, соединенными с переключателем, а вторичные обмотки основного и дополнительного силовых трансформаторов соединены согласованно, причем начало вторичной обмотки дополнительного трансформатора соединено с катодом, а конец с анодом последовательно соединенных тиристоров. Средняя точка тиристоров соединена с одним концом нагрузки, а конец вторичной обмотки OCHOBHOI O трансформатора - с другим ее концом. Такое исполнение установки дает возможность линейно изменять при различных диапазонах, что приводит к увеличению точности выставления значений / . А значение ft влияет на величину прочности сцепления покрытия с основой, на шероховатость поверх.- ности при анодной обработке. На фиго 1 представлена принципиальная схема установкиf на фиг. 2 временные диаграммы токов за полный период; на фиг,, 3 - изменение от значения in в долях от If (1i -1. для известной 2/ 3{ 4; -2; -3 , -А - для предлагаемой установок). Установка состоит из общего 1 и . дополнительного 2- регуляторов напряжения, основного 3 и дополнительного 4 силовых трансформаторов, тиристоров 5 и 6, нагрузки 7 трансформатора 8 управления тиристорами и переключателя 9 о При этом вход общего регулятора 1 напряжения соединен с первичной обмоткой основного силового трансфор матора 3 и с входом дополнительного регулятора 2 напряжения, выход последнего соединен через переключатель 9 диапазонов регулирования /3 с первичной обмоткой дополнительного трансформатора 4. Вторичные обмотки основного 3 и дополнительного 4 сило вых трансформаторов соединены последовательно и согласованно Запуск тиристоров 5 и 6 синхронизирован с частотой сети трансформатором 8. Тиристоры соединены последовательно и подключены к вторичным обмоткам си ловыми трансформаторами 3 и 4 и к нагрузке (фиг. 1). Установка работает следующим образом. Напряжение сети однофазного тока поступает на регулятор 1 напряжения и на трансформатор 8. Пусть при этом тиристор 5 открыт, а тиристор 6 закрыт, тогда через нагрузку, 7 прохо дит сумма токов от трансформаторов .3 и 4. При переходе питающего напряжения сети через нуль тиристор 5 закрывается и в последзтощий цикл открывается тиристор 6. Тогда через нагрузку 7 проходит ток обратного направления только от трансформатора 3. Изменяя напряжение на трайсформаторе 4 регулятором 2 напряжения можно плавно установить необходимое значение независимо от среднего значения тока ср . Как видно из временной диаграммы (фиг. 2), среднее значение тока равно однополупериодному выпрямленному току, полученному с трансформатора 4,и не зависит от величины /) . Величина среднего значения тока .рассчитывается следующим образом.

- iq ;

ii

а . .

Г 2 J И н

и,

b ,

Изменяя напряжение на дополнительном трансформаторе регулятором 2 напряжения, можно плавно и линейно установить, необходимое з 1ачение в пределах от 1 до выбранного значения диапазона. Большая точность ставления значений ft достигается - напряжение во вторичной обмотке основного трайсформатора( напряжение во вторичной обмотке дополнительного трансформатора сопротивление нагрузки составляющая общего тока на осноэ,ном трансфбрматоре In - составляющая общего тока на дополнительном трансформатореij-.p- среднее значение тока за период. Подставляя в формулу (1) значения 1, и 1 получаем i р Il + 2 i . 2 Отсюда видно, что величина тока от основного трансформатора не влияет на среднее значение тока и однозначно зависит от положения дополнительного регулятора напряжения. Например, 112 О оответствует случаю, когда с регулятора 2 напряжения не снимается напрядение, тогда ij; 0 и.согласно урав, нению (4) t ср 0. В этом случае , т.е. ток симметричен. Величина ( рассчитывается следующим образом: ч 41 При и О, О и /3 1. м При значениях напряжений U 0,5{|,; U, ; 2 U, , ...,ilU, сохраняется равенство « , i ... n 1, , если сопротивление агрузки RH COnets а коэффициенРы 0,5j 1, 2, ..., l зависят от оложения переключателя диапазона ре+улирования р , тогда соответственоза счет плавного изменения напряжения и 2 О до Uj и макб регуля тором 2 напряжения и переключателем 9. Например, если регулятор 2 жения имеет шкалу регулирования со 100 делениями, то это означает, что можно выставить 100 различных значе .HJtit напряжения. При U коэф фициент диапазона равен 1, тогда можно получить 100 значений / в пре делах от 1 до 2 (1; 1,04 1,02; 1,03, ... J 1,99, 2). При этом сохраняется линейность изменения / . Для этого рассмотрим зависимость / от «j ДПя известной и предлагаемой установок. У известной установки вычисляе ся по формуле /3 j- При опреде ленном значении 1 получаем const при RJ, const , тогда (3 f(-r), т.е. /3 является линейной функцией от янна, тогдар i (2) т.е. /3 Ляется линейной функцией. Таким образом,.линейное изменени ( приводит к повышению точности выс тавления значения его, тем Сс1мым улучшая прочность сцепления покрыти с основой и уменьшая шероховатость поверхности при анодной обработке. Проведены испытания установки с импользованием ее как для электроосаждения, так и для анодной обработки. Рабочие параметры установки: Напряжение сети однофазное, /3 220 Предел регулировки И Выходное напряжение, В0-12 . Ток нагрузки, А 0-30 Пример 1 практического использования установки для злектроосаждения железа. При осаждении на симметричном переменном токе выход по току металла незначительный, порядка 2-15%. Если дать синусоидальному току небольшую асимметрию порядка Р 1,5-2, то вьпсод по току возрастает значительно до 30% от общего тока и повьш1ается прочность сцепления покрытия с основой и уменьшается шероховатость поверхности. Представляет интерес то, что при этом получаются покрытия более совершенной кристаллической структуры, ввиду чего они обладают Новыми физикохимическими свойствами, которых не удается получить при электроосаждеНИИ на постоянном токе. Прочность сцепления покрытия с основой определяют в соответствии с известной методикой. Расчёт выхода по току металла производят весовым методом. Для электроосаждения берут электролит состава, г/л: РеС1л 400, НС1 3. Опыт проводят в ванне размером 14x10x10 см при 25 С, кислотности электролита рН 0,8, плотности тока 15 А/дм без перемешивания. Коэффициент асимметрии меняетс,я от 1 до 2. Образец изготавливают из ст. 10 размерами 2,5x2x0,1 см, а аноды из железа Армко. Параметры переменного тока контролируют с помощью осциллографа типа . Полученные данные сведены в табл. 1. Таблица 1

Пр(олжение табл. 1

УСТАНОВКА ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ, включающая общий и дополнительный . регуляторы напряжения, соединенные параллельно между собой, основные и дополнительные силовые трансформаторы, соединенные последовательно вторичными обмотками, вьшрямиТельные элементы в виде тиристоров, соединенных последовательно, трансформатор для управления тиристорами, о тличающаяся тем, что, с целью повышения качества обработки путем точной и линейной регулировки параметра асимметрии, первичная обмотка дополнительного силового трансформатора вьшолнена с отводами, соединенными с переключателем, а вторичные обмотки основного и дополнительного силовых трансфор1маторов соединены согласованно, причем начало вторичной обмотки дополнительного трансформатора соединено с катодом, а конец т с анодом последовательно соединенных тиристоров, средняя точка (Л тиристоров соединена с одним концом нагрузки, а конец вторичной обмотки основного трансформатора - с другим ее концом.

Пример 2. При анодной обработке металлов на переменном токе наблюдается малый съем металла. При небольшой асимметрии переменного тока Я 1-2 увеличивается еъем метал /ia и, что особенно важно, не п сивируется поверхность анода. Указанная особенность имеет большое значение при анодной обработке титана, железа и их сплавов. На постоянном токе практически невозможно осуществлять этот процесс из-за.пассивации поверх ности этих металлов. Определение шероховатости поверхности производят по классам шероховатости. Для анодной обработки берут электролит сбстава, г/л: 350 fe904 10. Опыт проводят чередованием

Известная Предлагаемая

8 7 8 9 9 9 9 8 переменного тока, ,aвaeмoгo из предлагаемой установки при средней плотно и f6«a Icp. 15 А/дм2 «% постояннб1%| отка плотностью i 100 А/дм подаваемогоиз селеновой выпрямительной установки ВСА-630/12 продолжительностью 10 с и 30 с соответственно, в ячейке размерами 14x10x10 см, при 20°С. Образец размерами 2,5x2x0,1 см изготавливают из ст. 10, катоды - из свинцовых пластин, коэффициент асимметрии меняется от 1 до 2. Параметры переменного тока контролируют осциллографом типа С1-19, а величину постоянного тока - амперметром типа Ml04 с классом точности 0,5. Полученные данные сведены в табл. 2. Таблица 2

В качестве базового объекта взята установка для питания гальванических ванн асимметричным током на основе вьтрямителя без отсечки, рабочие

Таким образом, предлагаемая установка за счет линейного изменения позволяет повысить точность выставления значений |3 в 2,5-25 раз в начале и в конце диапазона соответственно, увеличить прочность сцеп2530310

характеристики которого приведены в табл .3 ,по сравнению с которыми предлагаемая установка позволяет увеличить прочность сцепления покрытия 5 с основой на 400-700 МПа, повысить класс обработки поверхности с 8 до 9 и улучшить внешний вид образца.

Точность выставления /3 у предлагаемой установки в начале шкалы вьш1е

10 в 2,5 раза, в середине - в 10 раз ив конце - в 25 раз, чем у базового объекта.

Таблица 3

ления покрытия с основой на 400 1300 МПа, повысить класс обраб.отки поверхности образца с 8 до 9 и улзгчшить внешний вид образца как после электроосаждения, так и после анодной обработки.

Фиг.1 (

1,

.У

,

.У

, Jta

iPtfZ.