Устройство для питания гальванических ванн импульсным током Советский патент 1988 года по МПК C25D21/12 

«

4 CD ГС

мого выпрямителя 1, соединенного с гальванической ванной 15 через одно- фаз ньм тиристорный мост, в диагональ которого последовательно включен коммутируемые конденсаторы 9 и индуктивная катушка 8, причем ритки индуктивной катушки охватывают межэлек- тродньш объем электролита гальванической ванны, а магнитная ее ось совпадает с направлением поляризующего тока в электролизере. Параметры индуктивной катушки выбираются из условия резонансного режима ее работы с коммутируемыми конденсаторами согласно формуле tij 2 n CDw w(l/D +

1

+ О,,44)О, IkJ, где t - длительность поляризующего импульса тока, с; С - емкость, коммутируемых конденсаторов, мкФ D - диаметр индуктивной катушки, MJ 1 - длина намотки катушки, м; W - число витков индуктивной катушки; k - эмпирический коэффициент, зависящий от шага намотки. Введение в устройство катушки индуктивности позволяет повысить коэффициент мощности устройства (cos Cf ) , который стал равным 1,0 вместе 0,93 без катушки, и улучшает вторичное распределение металла на катоде: 78 против 50% соответственно. 3 ил.

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для питания гальванических ванн импульсным током. Целью изобретения является интенсификация гальванического процесса, повышение равномерности покрытия и сокращение энергозатрат путем ведения процесса в однородном импульсном магнитном поле. Устройство состоит иэ регулируе

1

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для питания гальванических ванн (ГВ импульсным током.

Цель изобретения - интенсификаци гальванического процесса, повышение равномерности покрытия и сокращение энергозатрат путем ведения процесса в импульсном однородном магнитном поле.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства j на фиг.2 - временные диаграммы токов и напряжений, поясняющие работу устройстваJ на фиг.З - конструкция ванны с катушкой.

Устройство содержит источник переменного тока, регулируемьй вьшря- митель 1, генератор 2 отпирающих импульсов, коммутатор 3, однофазньм тиристорньй мост (тиристоры 4-7), в диагональ которого включены последовательно индуктивная катушка 8 и коммутируемые конденсаторы 9, ко- роткозамыкающий тиристор-10, Три идентичных согласующих элемента 11- 13, выходы которых подключены соответственно А, - на тиристоры 6 и 7 А - на тиристоры 4и5, Ад-на ко роткозамыкающий тиристор 10. Выходы согласующих элементов 11-13 подключены к. коммутатору 3, причем согласующий элемент 13 подключён через блок 14 регулируемой задержки.

0

5

0

5

0

5

Включенная в диагональ тиристор- ного моста индуктивная катушка 8 охватывает междуэлектродньш объем электролита (между катодом и анодом) а магнитная ее ось сонаправлена с поляризующим током электролизера.

. Устройство работает следующим образом.

От внешней промышленной сети переменного тока однофазное либо трехфазное напряжение поступает на регулируемый выпрямитель 1, вьшрямленное и сглаженное напряжение U - на гальваническую ванну 15 через однофазньй тиристорньй мост.

Генератор 2 генерирует отпираю- mjie импульсы а с плавной регулировкой, частоты в широком диапазоне. Эти импульсы поступают на коммутатор 3, которьй выделяет четные Б и нечетные S последовательности отпирающих импульсов, распределяя их соответственно, на согласующие элементы 11 и 12. По поступлению отпирающего четного импульса открываются тиристоры 6 и 7, образуя цепь перезаряда конденсаторов 9 через гальваническую ванну 15 и индуктивную катушку 8. При этом группа конденсаторов 9 перезаряжается от напряжения +Uj. до -Uc (диаграмма д) равного удвоенному выпрямленному напряжению U регулируемого выпрямителя 1 (резонансньй режим работы L - С). Ток перезаряда протекает через гальваническую ванну

15, формируя поляризующий импульс тока (диаграмма е). Длительность импульса определяется частотой свободных колебаний f LC-контура. Аналогично (диаграмма е) изменяется и маг нитный поток индуктивной катушки 8, формируя импульсное однородное электромагнитное поле в электролите между катодом и анодом только во время протекания поляризующего тока. По окончании переходного процесса ток становится равным нулю, и тиристоры 6 и 7 закрываются.

Обратньй перезаряд невозможен пока не откроются тиристоры 4 и 5. При поступлении четного отпирающего импульса (диаграмма в) на тиристоры 4 и 5 они открываются, образуя цепь обратного перезаряда конденсаторов 9 через гальваническую ванну 15 и катушку 8 индуктивности. При этом конденсатор 9 перезаряжаются от -Uj до +Uc (диаграмма д), причем ток перезаряда проходит через ванну в том же направлении, что и при работе тиристоров 6 и 7 - диаграмма е

Через время, определяемое блоком 14 регулируемой задержки, отпирающий сигнал (диаграмма г) поступает на короткозамыкающий тиристор 40, который шунтирует гальваническую ванну 15, пропуская через себя ток заряда конденсаторов 9, и формирует задний фронт поляризующего импульса

тока, t

Таким образом, в предлагаемом устройстве поляризующий ток протекает через индуктивную катушку 8, формируя однородное электромагнитное поле в электролите между катодом и анодом. Это поле выравнивает истинное распределение плотностей тока и металла по поверхности катода, что позволяет получать более равномерные по толщине покрытия при повьш1енных средних значениях рабочих токов,т.е. поднять качество и интенсифицировать процесс злектроосаждения металлов.

Напряженность магнитного поля катушки пропорциональна величине поляризующего тока (этот же ток протекает и по катушке), т.е. устройство автоматически поддерживает эффективные режимы нанесения покрытий при любых электрических параметрах его работы.

Устройство может быть выгодно (энергосбережение) использовано,для

г1446201

реализации известных способов нанесения гальванопокрытий с наложением внешних электромагнитных полей.Внешнее поле необходимо только на время

протекания тока через ванну, а во время паузы (при импульсном электролизе) энергетические затраты идущие .на его (поля) создание, представляются неоправданными. Так как предлагаемое устройство формирует однородное электромагнитное поле только во время протекания тока через ванну (последовательное включение индуктивной катушки 8 и ванны), то его использование может сэкономить энергию, идущую на поддержание электромагнитного поля электролизера в паузе.

Параметры индуктивной катушки 8 выбираются из условия резонансного режима ее работы с коммутируемыми конденсаторами 9 при заданной час- тоте свободных колебаний.

Частота свободных колебаний f, выбирается из условия

fo 0 где Т

0

5

0

5

1/Т, 2 t.

t,, 5

период свободных колебаний LC-KOHTypaJ длительность поляризующих импульсов тока, с.

Ввиду того, что поляризующий импульс тока формируется перезарядом резонансной цепи L - С - R, где R - омическое сопротивление гальванической ванны, для поддержания апериодического протекания переходньк процессов необходимо выполнять условие

К Эг

Производя совместные преобразования выражений относительно t, получают уравнение, показывающее взаимосвязь основных параметров устройства, соблюдение которой обеспечивает максимальную эффективность в его работе:

t,(,44)-0,1k.

При этом реактивная мощность устройства равна нулю, а его коэффициент мощности - единице. Это приводит к компенсации реактивной мощности базового устройства и соответствующему повьш;ению коэффициента мощности (в идеале до единицы).

Введение в устройство катушки индуктивности повышает коэффициент мощности устройства (coscf) , которьй становится равным 1,0 вместо 0,93 без катушки, и улучшает вторичное распределение металла на катоде: 78 против 50% соответственно.

Увеличение числа витков катушки

жащее источник переменного тока, регулируемый выпрямитель, генератор отпирающих импульсов, коммутатор, согласующие элементы, блок регулируемой задеря ки, короткозамыкающий тиристор и однофазный тиристорный мост, в диагональ которого включены коммутируемые конденсаторы, при этом

(одновременно и индуктивности) приво- ю входы двух согласующих элементов поддит к еще лучшему распределению металла покрытия на катоде, однако при этом ухудшается коэффициент мощности устройства -i 1. Это объясняется, очевидно, увеличением магнитодвижущей силы индуктивной катушки с одной стороны и уходом от режима резонанса с другой стороны. Введение катушки индуктивности в устройство одновременно улучшает вторичное распределение тока по поверхности катода, что создает возможность повысить средние рабочие плотности поляризующего тока почти в два раза, т.е. предлагаемое устройство позволяет интенсифицировать процесс, нанесения гальванических покрытий.

Формула изобретения

Устройство для питания гальванических ванн импульсным током, содерключены к выходу коммутатора, выходы каждого из них соединены с управляющими электродами соответствующей пары тиристоров однофазного моста, а

15 третий согласующий элемент включен между управляющим электродом коротко- замыкающего тиристора и блоком регулируемой задержки, вход которого соединен с коммутатором, отличаю20 Щ е е с я тем, что, с целью интенсификации гальванического процесса, повышения равномерности покрытия и сокращения энергозатрат путем ведения процесса в импульсном однород25 ном магнитном поле, оно снабжено катушкой индуктивности, включенной в диагональ тиристорного моста последовательно с коммутируемыми конденсаторами, причем катушка смонтирована в

30 межзлектродном пространстве соосно с продольной осью ванны.

жащее источник переменного тока, регулируемый выпрямитель, генератор отпирающих импульсов, коммутатор, согласующие элементы, блок регулируемой задеря ки, короткозамыкающий тиристор и однофазный тиристорный мост, в диагональ которого включены коммутируемые конденсаторы, при этом

ключены к выходу коммутатора, выходы каждого из них соединены с управляющими электродами соответствующей пары тиристоров однофазного моста, а

третий согласующий элемент включен между управляющим электродом коротко- замыкающего тиристора и блоком регулируемой задержки, вход которого соединен с коммутатором, отличаюЩ е е с я тем, что, с целью интенсификации гальванического процесса, повышения равномерности покрытия и сокращения энергозатрат путем ведения процесса в импульсном однородном магнитном поле, оно снабжено катушкой индуктивности, включенной в диагональ тиристорного моста последовательно с коммутируемыми конденсаторами, причем катушка смонтирована в

межзлектродном пространстве соосно с продольной осью ванны.

Фиг. 2