Способ дискретно-интегрального регулирования тока источника питания газоразрядной технологической установки Советский патент 1993 года по МПК G05F1/56 H02M7/48 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для управления источником питания газоразрядной технологической установки, например в установках ионно-плазменного азотирования.

Целью изобретения является повышение устойчивости технологического процесса в условиях изменения вольт-амперной характеристики газового разряда путем уменьшения числа защитных отключений установки и уменьшения вероятности возникновения дугового разряда.

На фиг.1 показана вольт-амперная характеристика газоразрядной установки; на фиг.2 - зависимость компенсационного воздействия АН от рассогласования dUn/dt; на фиг.З - функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.4 - функциональная схема блока задания и регулировки текущего значения тока уставки ly.

Газоразрядная установка, которая является нагрузкой источника питания, обладает высокой динамикой. Ее вольт-амперная характеристика (фиг.1) может изменяться в зависимости от давления, состава и скоро00

о

ю

00 4

ел

ы

сти газовых смесей; температуры окружающей среды. Рабочая точка системы в ходе работы может попадать на различные участки характеристики. Поэтому целесообразно задать граничное значение скорости уменьшения напряжений на нагрузке (-сШн/dtrp), обусловленное процессами в управляемом тлеющем разряде (отсутствие тенденции к контракции). Сущность предлагаемого способа состоит в коррекции и задании такого текущего тока уставки, которое учитывает состояние вольт-амперной характеристики газового разряда, ее динамику и положение на ней рабочей точки.

Задано минимально возможное зна че-. ние напряжение на газовом-разряде Унпор, при котором отключают установку во избежание перехода газового разряда к режиму контракции/задан требуемый технологический ток lyO, задана наибольшая допустимая скорость уменьшения напряжения на нагрузке и нгр (-dlJH/dtrp) и допустимый шаг нарастания тока уставки Д|.

Приведен один возможный способ вычисления приращения тока уставки, который состоит в следующем: сначала текущее значение тока уставки задают равным lyo, измеряют напряжение на нагрузке UHi в момент времени ti, по истечении времени {ta - ti), т.е. в момент ta измеряют значение напряжения на нагрузке 1)н2, вычисляют скорость.изменения напряжения на нагрузке как отношение (1)н1 - UH2)/(t2 - ti) UK и сравнивают UH и О нгр. Если Он Унгр, ток уставки уменьшают скачком на величину, равную АН . Коэффициент пропорциональности К вычисляют по формуле К (UH - Unrp)/(UH - UHrp) max, где (UH - UHrp) max - максимальная разность скорости изменения напряжения на нагрузке, при которой процесс имеет обратимый характер в целях избежания отключения установки при возможном переходе газового разряда в ду: говой.. . ,

Если U H У нгр, и текущий ток уставки меньше заданного тока уставки lyo, то текущий ток уставки увеличивают до достижения тока lyO с шагом АI.

Рассмотрим конкретный пример регулирования тока источника питания лазерной технологической установки по предложенному способу на примере устройства, представленного на фиг.З, 4. Устройство выполнено на базе источника питания с дозированной передачей энергии в цепь газового разряда. Тиристоры 1,3 и 2, 4 соединены по мостовой схеме. В диагональ моста включены дозирующий конденсатор 5 и датчик тока дозирующего

конденсатора 6. Индуктивность 7, обратный диод 8 и нагрузка 9 подключаются последовательно с конденсатором 5. Система управления источником питания состоит из

схемы сравнения 10, интегратора 11, порогового устройства 12, схемы И 13, формирователя импульсов 14, распределителя импульсов 15, усилителей импульсов 16 и 17, датчика тока газового разряда 18, датчика напряжения газового разряда 19, блока задания и регулировки тока уставки 20. Блок 20 состоит из схемы сравнения 21, блока выключения 22, дифференцирующего блока 23, схемы сравнения 24, формирователя приращения тока уставки 25, сумматора 26.

На соответствующие пары тиристоров 1,3 и 2,4 (фиг.З) подаются сигналы от системы управления. Каждый раз в диагонали

моста оказывается включен дозирующий конденсатор 5 и датчик тока дозирующего конденсатора 6. Слежение за током дозирующего конденсатора необходимо с целью повышения коммутационной устойчивости

источника питания. Управляющие сигналы на соответствующие пары тиристоров получаются следующим образом: сигнал с датчика тока газового разряда 18 одновременно подается на вход схемы

сравнения 10 в качестве обратной связи по току системы управления и поступает на один из входов блока задания и регулировки тока уставки 20 (фиг.З), на второй вход которого подается сигнал с датчика напряжения

на газовом разряде 19. В 2.1 происходит

сравнение напряжения на газовом разряде

с заданным порогом Унпор и при UH Онпор

. блок 22 выключает источник питания путем

задания текущего тока уставки ly 0, а при

UH UHHOP в 23 вычисляется производная dUH/dt. В схеме сравнения 24 происходит сравнение U H и UWp и при U H UHrp в 25 формируется сигнал приращения текущего тока уставки А 11 , который поступает

на вход сумматора 26. При U H U nrp ток уставки увеличивают до величины lyO с шагом А I. Новое полученное значение тока уставки подается на второй вход схемы сравнения 10, разность текущего-токауставч

ки и мгновенного значения тока газового разряда с выхода схемы сравнения поступает на вход интегратора 11. После интегрирования сигнал поступает на вход порогового устройства 12. Момент сравнения сигнала

интегратора с порогом фиксируется в схеме И 13 и вместе с сигналом датчика тока дозирующего конденсатора 6 применяется для формирования управляющих импульсов на тиристоры. Формирователь импульсов

14 подает сигнал на вход распределителя импульсов 15, дальше сигнал поступает на входы усилителей импульсов 16, 17 для последующего отпирания соответствующей пары тиристоров.

Таким образом, предлагаемый способ задания и регулирования тока уставки источника питания газоразрядной технологической установки позволяет улучшить качества технологического процесса за счет уменьшения числа защитных отключений вызванных переходом газового разряда в дуговой.

Формула изобретения Способ дискретно-интегрального регулирования тока источника питания газоразрядной технологической установки, заключающийся в том, что в каждом цикле регулирования задают ток уставки lyo, изме- ряют текущее значение тока нагрузки, выделяют сигнал токового рассогласования и

UЯ

компенсационно воздействуют им на источник питания, 6 т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения устойчивости технологического процесса в условиях изменения вольт-амперной характеристики нагрузки, в

каждом цикле регулирования измеряют напряжение UH на нагрузке, сравнивают его с пороговым значением Umiop, заданным из условия минимально возможного напряжения тлеющего разряда, и при UH UHnop

определяют скорость изменения напряжения на нагрузке dUH/dt, сравнивают ее с гранитным значением (dlJH/dt)rp, и при (dUH/dt) - (dUH/dt)rp уменьшают ток уставки за время, не превышающее времени перехода тлеющего разряда в дуговой, до значения, при котором выполнено неравенство (dlVdt) -{dUH/dt)rp, a при (dUH/dt) (dUH/dt)rp увеличивают ток уставки до величины lyo, а при UH UHnop уменьшают регулируемый ток до нуля.

Использование: для управления источниками питания широкого класса газоразрядных технологических установок. Сущность изобретения: при регулировании тока источника питания газоразрядной технологической установки определяют скорость изменения напряжения на нагрузке и сравнивают ее с граничным значением, которое имеет отрицательную величину. В зависимости от результата сравнения уменьшают или увеличивают ток уставки. Способ позволяет корректировать и задавать такое текущее значение тока устаики, которое учитывает состояние вольт-амперной характеристики нагрузки, ее динамику и положение на ней рабочей точки. Использование способа дает возможность уменьшить вероятность возникновения дугового, разряда нагрузки и таким образом позволяет повысить устойчивость технологического процесса. 4 ил. ел С

-А%

Шиг.1

Фиг, 2

фиг.З