Способ регулирования выходного напряжения источника питания установки тлеющего разряда Советский патент 1985 года по МПК H05B7/16 

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в установках тлеющего разряда для хит мико-термической обработки.

Цель изобретения - уменьшение установленной мощности источника путем снижения перекачки реактивной мощности.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - временные диаграммы.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит источник 1 постоянного тока, тиристорный мост резонансного инвертора, собранный на тиристорах 2-5, у которог диагональ постоянного тока подключена через коммутирующий дроссель 6 к выходным зажимам источника 1 постоянного тока, а в диагонали переменного тока включены последовательно соединенные конденсаторы 7 и 8, из которых конденсатор 8 подсоединяется к диагонали переменного тока обратного диодного моста, собранного на диодах 9-12, у которого диагональ постоянного тока подключена к нагрузке 13 - межэлектродному промежутку камеры тлеющего разряда (МЭП КТР) компаратор 14, один из входов -которого подсоединяется к МЭП КТР 13 через делитель 15 16 напряжения, а другой - к источнику 17 порогового напряжения, при этом выход компаратора 14 подсоединяется к управляющему входу генератора тактовых импульсов системы 18 управления тиристорного моста инвертора, содержащей задающий генератор 19 тактовых импульсов, формирующий последовательность импульсов заданной частоты, причем начало первого из них совпадает с фронтом появлени на его входе управляющего сигнала, отсутствие которого блокирует работу генератора 19; пересчетно-распределительное устройство 20, распределяющее импульсы, поступакнцие от генератора 19 по двум каналам с относительным смещением их на поканальные выходные усилители 21, формирующие мощные импульсы управления, поступающие на управляющие переходы силовых тиристоров 2-5 инвертора.

Способ, заключакяцийся в отводе избыточной реактивной энергии с

резонансного инвертора непосредственно в нагрузку при превышении выходным напряжением порогового уровня путем задержки импульсов 5 управления, подаваемых на очередную пару перекрестных тиристоров инвертора до момента времени пока выходное напряжение превьпиает пороговое, осуществляется указанным устройсто вом, работающим следующим образом.

Допустим, что в момент времени t , когда выходное напряжение и. равно пороговому U , включаются перекрестные тиристоры 2 и 3. При 5 этом через коммутирующий дроссель 6 и конденсаторы 7 и 8 по цепи (+) 1-6-2-7-8-3-(-)1 протекает импульс высокочастотного колебательного тока 12j перезаряжающий конденсаторы 0 7 и 8, напряжение на которых и, и U. Режим колебательного тока обеспечивается выбором параметров элементов .6-8 с учетом необходимости ограничения энергии одного импуль5 са, поступающего в нагрузку 13, на уровне, не приводящим к повреждению обрабатьшаемьгх деталей при переходе тлеющего разряда в дуговой, для чего длительность импульсов тока O рекомендуется выбирать около 100 мкс.

В процессе перезаряда конденсатора 8 к МЭП КТР 13 прикладьшается однополярное напряжение Ug, , выпрямленное поочередным отпиранием пере5 крестных диодов 9, 10 и 1 I, 12 в

соответствии с полярностью напряжения на конденсаторе 8 Ugx Вначале на интервале отпираются диоды 11 и 12, а затем на интервале

0 диоды 9 и Ю. При больших сопротивлениях PU (десятки, тысячи Ом)нагрузки 13 МЭП КТР, имеющих место в различных технологических режимах, например, катодного распыления, не5 полной загрузки камеры тлеющего разряда в процессе пуска и т.п., в нагрузку 13 ответвляется малая часть тока, т.е. потребление энергии нагрузкой мало. Поэтому к концу интер0 вала проводимости тиристоров

2 и 3 большая (избыточная)часть энергии накапливается на конденсаторах 7 и 8, а напряжение на конденсаторах 7 и 8и,,ии.и соответствен5 но иj m превышает начальное, которое быпо равно пороговому Urtop При этом, если в момент Д (естественного выключения тиристоров 2 и 3) в соответствии с заданной частотой следования тактовых импульсов генератор 19 на тиристоры 4 и 5 подаются отпирающие их импульсы управления iy4F то в результате последующего перезаряда конденсаторов 7 и 8 происходит дальнейшее накапливание избыточной энергии и рост напряжения на них и, соответственно, на нагрузке 13. Таким образом, при работе резонансного инвертора данного источника питания в граничном режиме напряжение на кон денсаторах 7 и 8 и на выходе источни ка питания стремится возрасти до некоторого установившегося значения, зависящего от сопротивления нагрузки Вц . При этом, чем больше сопротивление нагрузки, тем вьше уровень установившегося напряжения. В пределе при R -. ел - и . Однако в . данном устройстве, реализующем предлагаемый способ, такого неограниченного роста напряжения не происходит, так как в момент времени i , когда выходное напряжение, поступающее через делитель 15, 16 на первый вход компаратора 14, становится выше порогового напряжения 17, с выхода ком паратора 14, становится выше порогового напряжения 17, с вькода компаратора 14 исчезает управляющий сигнал, что приводит к блокированию работы генератора 19. При этом исключается подача последующих импульсов управления системы 18 управления на управляющие переходы тиристоров 4 и 5 в момент t, соответствующий заданной частоте следования тактовых импульсов расторможенного генератора 19. На интервале происходит разряд конденсатора- 8 через открытые диоды 9 и 10 на нагрузку 13 до порогового напряжения, т.е. происходит .сброс части избыточной энергии, накопленной на конденсаторе 8, непосредственно в нагрузку 13. В момент tj когда напряжение на конден саторе 8, и соответственно, на выходе источника питания становится меньше порогового уровня, на входе генератора 19 появляется растормаживающий его сигнал, а на его выходе тактовый импульс. При этом практичес ки в этот же момент tj после пересчета и усиления в устройствах 20 и 21 на управляющих переходах тиристоров 4 и 5 появляются отпирающие их импульсы i V4,S-Через отпертые тиристоры 4 и 5 на интервале if-i-,iio цепи (+)1-6-4-8-7-5-(-)1 происходит; очередной перезаряд конденсаторов 7 и 8. На интервале вновь осуществляется разряд конденсатора 8 до порогового напряжения, а в момент Ьл (аналогично описанному вьш1е) включаются тиристоры 2 и 3. Далее процесс повторяется. Таким образом, предлагаемым устройством при условии превьш1ения выходным напряжением U.j,.порогового уровня Uf,op обеспечивается задержка импульсов управления, подаваемых на очередную пару перекрестных тирис -ов, например 4 и 5, относительно момента t4 - естественного запирания предыдущей пары перекрестных тиристоров 2 и 3, до момента времени ij- , пока выходное напряжение превышает пороговое. При этом время задержки tj изменяется в зависимости от постоянной времени iTeSuCg разряд конденсатора 8 на нагрузку 13 и от величины порогового напряжения Опер Очевидно, что, чем больше сопротивление R нагрузки и меньше величина порогового напряжения, тем больше зя Вместе с тем, величина сбрасываемой в нагрузку энергии на интерва- . лах задержки ( -; ) и, соответственно, установившееся значение максимального выходного напряжения Uj определяются уровнем выходного напряженияи„др.ПриЦ,0,сброс энергии макс имальный, а напряженней соответственно, минимальное. Эти обстоятельства позволяют при изменении нагрузки в широких пределах ограничивать вьЕходное напряжение источника питания на требуемом уровне, который можно регулировать изменением порогового напряжения L/nop устанавливаемого источником 17. В случае, когда пороговое напряжение выше выходного напряжения виx конце интервала проводимости предыдущей пары перекрестных тиристоров резонансного инвертора, подача очередных управляющих импульсов на последующую пару перекрестных тиристоров производится в соответствии с заданной частотой следования тактовых импульсов генератора 19 системы 18 управления, которую рекомендуется выбирать близкой к собственной частоте колебательного

контура. Для получения требуемого высокого напряжения на выходе источника питания при больших сопротивлениях нагрузки 13 без существенной раскачки напряжения на элементах инвертора необходимо выбирать емкость конденсатора 8 в 2-3 раза ниже емкости конденсатора 7.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования (стабилизации на заданном уровне) выходного напряжения источника питания установки тлеющего разряда и устройство для его реализации позволяет осуществлять сброс избыточной реактивной энергии непосредственно в нагрузку, за счет чего снизить перекачку реактивной энергии, что в конечном счете в 1,2-1,5 раза уменьшает установленную мощность силового оборудования.

В предлагаемом устройстве в 3-4 раза снижена емкость дозирующего конденсатора 7 npji той же выходной мощности, что стало возможным благодаря улучшеиньм условиям работы

тиристоров в резонансном инверторе и, соответственно, увеличению его рабочей частоты.Уменьшение емкости дозирующего конденсатора позволяет исключить шунтирование МЭП КТР короткозамыкающим тиристором, что, в свою очередь, повышает надежность работы инвертора и надежность защ;иты

обрабатьшаемых изделий от повреждения при срыве тлеющего разряда в дуговой. Кроме того в изобретении 6oiлее высокое отношение среднего напряжения на нагрузке к его амплитуде при больших сопротивлениях МЭП КТР, так как форма напряжения здесь носит трапецеидальный характер, а в базовом образце - экспоненциально-спадающий, что позволяет понизить длительность технологического процесса обработки изделий. Наряду с этим, условия пуска установки в процессе возбуждения тлекядего разряда в изобретении более благоприятные, так как в нем токи через тиристоры моста не ограничиваются больпшм сопротивлением МЭП КТР, как в базовом образце.

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ УСТАНОВКИ ТЛЕОДЕГО РАЗРЯДА, содержащего источник постоянного тока, к выходу которого подключен резонансный мостовой инвертор на управляемых вентилях с установленными с его диагонали переменного тока после ±- 2 « довательно соединенными конденсаторами, к одному из которых подключена диагональ переменного тока обратного диодного моста, диагональ постоянного тока которого служит выходом источника питания, при котором периодически поочередно подают управляющие импульсы на пары перекрестных вентилей инвертора, измеряют выходное напряжение источника, сравнивают с псфоговым и при превышении порогового значения осуществляют сброс избыточной реактивной энергии, отличающийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности источника путем снижения перекачки реактивной мощноети, сброс избыточной энергии осуществляют задержкой подачи управляющих импульсов на очередную пару вентилей инвертора до момента достижения выходным напряжением порогового значения. 00 to Од 3 4№jK . J.W