Установка для питания гальванических ванн периодическим током Советский патент 1982 года по МПК C25D21/12 

Изобретение относится к гальвано технике, в частности к устройствам для питания гальванических ванн то-ком с обратным импульсом, применяемым, например, при нестационарном .электролизе.

Наиболее близким к изобретению .по технической сущности является Устройство для питания гальванических ванн периодическим током, содержащее стабилизирующий преобразователь напряжения, один из входов которого соединен с генератором тактовых импульсов, коммутатор, подключенный к силовому реверсир5гющему блоку, и блок задания времени протекания прямого и обратного тока 1 .

Недостатком известного устройства является отсутствие гальванического .разделения входа от выхода, что не позволяет работать с высокими напряжениями на входе устройства.

Данная схема не позволяет также изменять и стабилизировать частоту и скважность выходного напряжения. Однако исследоваиия в области мест ащионарного электролиза показали, что режимы осаждения (частота, скважность,амплитуда питакняего напряжения) однозначно определяются физико-химической природой осаждаемого металла, т.е.. для каждого вида осаждаемого металла существует свой оптимальный режим. Следовательно, для получения наилучших по качеству покрытий при электроосаждении различных металлов источники питания для гальванических ванн должны

10 обеспечивать изменение в ширюком диапазоне частоты, скважности и амплитуды питающего напряжения с одновременной, их стабилизацией Е процессе осаждения.

15

Кроме того, В известней устройстве отрицательная обратная срязь по напряжению осуществляется не с клемм гальванической ванны, а со

20 входа переключающего устройства с помощью делителя напряжения, что снижает коэффициент стабилизации выходного напряжения всего устройства .

25

Целью изобретения является повышение качества гальванопокрытия путем раздельного регулирования и стабилизации параметров выходного напряжения: частоты, скважности и

30 величины выходного напряжения,длительности t прямого и обратного тока питающего гальваническую ванну. Поставленная цель достигается тем, что устройство для питания гальванических ванн периодическим -током, содержащее стабилизирующий преобразователь напряжения, один из входов которого соединен с генератором тактовых импульсов, коммутатор, подключенный к сяловсму реверсивному блоку, и блок задания време ни протекания прямого и обратного токов, дополнительно снабжено сяловым трансформатором, блоком задания частоты, блоком задания и сохра нения скважности импульсов, блоком формирования сигнала обратной связи .и декадным делителем частоты, при этом к первичной обмотке силового трансформатора подключен высокочастотный стабилизирующий преобразователь напряжения, а ко вторичной силовой реверсирующий блок, выход генератора тактовых импульсов присо динен к блоку задания частоты, подключенному последовательно,блоку задания и-сохранения скважности и коммутатору, а также - к декадному делителю частоты, последовательно соединенному с блоком задания време «й протекания прямого и обратного тока, выход которого присоединен к ,коммутатору и к блоку формирования сигнала обратной связи, входами под ключенного к клеммам гальванической ванны, а выходом - к стабилизирутащему .преобразователю напряжения. Блок формирования сигнала/обрат, ной связи может быть выполнен в вид схемы запоминания выходного напряже ния ко входам которой присоединены выходы коммутатора обратной связи, Кроме того, с целью,раздельного регулирования частоты и скважноетйг Ьяок задания и сохранения скваж ности выполнен -5 виде формировател импульсного напряжения, первый вход которого соединен с формирователем пилообразногр напряжения и источником опорного напряжения, а второй с блоком задания частоты, выход крторого подключен также к формирователю пилообразного напряжения. На фиг. 1 представлена ф / нкциональная схема устройства для питания гальванических ванн периодичес ким током; на Фиг.-2 и 3- принципи альные схемы выпрямителей и фильтро соответственно для трехфазной и од нофазной сети; на фиг,4 - временные диаграммы импульеов на; выходе блоков предлагаемого устройства; на фиг,5 - четыре из возможных режима питания гальванической ванны; на фиг.§ - функциональная схема блока заданий и сохранения скважности. Устройство для питания гальванических ванн периодическим током содержит стабилизирующий преобразователь 1 напряжения, состоящий из двухтактного силового преобразователя 2 напряжения и схемы 3 управления силовым ореобразо1вателем 2, СИЛОВОЙ: трансформатор 4, силовой , реверсирующий блок 5, генератор б тактовый импульсов, блок 7 задания частоты, блок 8 задания и сохранения скв1ажности, блок 9 задания времени протекания прямого и обратного тока, коммутатор Ю, блок 11 формирования сигнала обратной связи, состоящий из схемы 12 запсминанИя выходного напряжения и коммутатора обратной связи 13, декадный делитель частоты 14, блок защиты 15 г гальваническую ванну 16, резисторные датчики тока 17 и 18 и напряжения 19, амперметры прямого 20 и обратного тока 21, входные 22 к 23. ,. . ; ,,; : . . .-, Стабилизирующий преобразователь 1 служит для стабилизации выходного напряжения устройства в целом и преобразования (инвертирования) пос тоянного напряжения, поданного на вход преобразователя 1, в высокочастотное (свыше 20 кГц), высоковольтное )импульсвое переменное напряжение. Силовой трансформатор 4 осуществляет гальваническое разделение входа устройства от выхода и преобразование высоковольтного импульсного напряжения в низковольтное. Силцвой реверсирующий блок 5 осуществляет реверсирование выходного импульсного напряжения, частота, скважность и длительность пр:ямого и обратного импульса которого задаются и регулируются в широком диапазоне блоками 7, 8 и 9 и делителем частоты. 14. Блок 8 задания и сохранения скважности, кроме того, сохраняет заданнук) скважность при изменёйий частоты входных импуль сов. Декадный делитель частоты 14 позволяет увеличить диапазоны изменения длительностей прямого и обратного тока от 10 до где п О,1,2....к. Схема 12 запоминания выходного напряжения служит для преобразования пульсирующ.его В|ыходного напряжения источника 13 постоянное, запоминания последнего и йодач его на вход схемы 3 управления стабилизирующего преобразователя 1. Коммутатор обратной свя.зи 13 служит для отключения схемы 12 запоминания выходного напряжения от клемм гальваиичвской ванны 16 при изменении полярности электродов гальванической ванны 16 при реверС10 овании тока. При работе устройства без реверса коммутатор обратной связи 13 включен постоянно.

BJJOK защиты 15 осуществляет защиту от перегрузок по току, Ъо вход и по выходу и от повышения выше нормы входного и выходного напряжения устройства в целом.

Блок 8 задания и сохранения скважности состоит из формирователя 24 пилообразного напряжения, частот которого равна частоте импульсов блока 7 задания частоты, формирователя 25 и.мпульсного напряжения и источника 26 опорного напряжения, задающего различные уровни напряжения, соответствующие требуемой скванести выходного напряжения устройства.

Устройство для питания гальванических ванн периодическим током работает следующим образом.

На входные клеммы 22 и 23 устройства поступает постоянное напряжение, представляющее собой либо выпрямленное-выпрямителями и сглаженное фильтрами (фиг. 2 и 3) переменное напряжение трехфазной или однофазной сети, либо напряжение от источника постоянного напряжения.

В нормальном режиме (при отсутст ВИИ аварий) с выхода генератора 6 тактовых импульсов на входы блока 7 задания частоты, декадного делителя частоты 14 и схемы 3 управления поступают тактовые импульсы. С приходом тактового импульса схема 3 управления вырабатывает широтно-модулиррванные импульсные сигналы переменной полярности U- (фиг.4) ё длительностью импульса Тк крторые поступают на силовой преобразователь 2 с задержкой 1-2 с, необходимой для окончания переходных процессов в фильтрах (фиг. 2 и 3), и осуществляют управление силовым преобразователем 2i Силовой преобразователь 2 преобразует поступающее с клемм 22 и 23 входное постоянное напряжение в высокочастотное импульсное переменное напряжение, которое подается затем на первичную обмотку, силового трансформатора 4. Со вторичной обмотки трансформатора 4 переменное напряжение подается на силовой реверсирующий блок 5. С выхода блока 7 задания частоты, одним из возможных вариантов осуществления которого является преобразователь напряжения в частоту, на вход блока 8 задания я сохранения скважности поступают импульсы UT (фиг. 4) заданной технологически заданием частоты.

С выхода блока 8 задания и сохранения скважности (фиг.6) можно снимать и1«Ь1ульсы одной и той же скважности при различной частоте

или одной и той же частоты с различной скважностью.

Независимость регуд нрования частоты и скважности происходит следую щйм образом,

Запускающие импульсы Uj с блока 7 задания частоты, поступающие на первый вход формирователя 25 импульсного напряжения, формируют передний фронт выходных импульсов

Ug (фиг.4) блока 8 задания и сохранения скважностн. На второй вход, формирователя 25 импульсного напряжения поступает пилообразное напряжение с формирователя 24 пилообразного напряжения и постоянное напряжение от источника 26 опорного напряжения, в момент совпадения амплитуд которых формируется задний фронт импульса Ug. При изменении

частот запускающих импульсов СЦ меняется и момент совпадения опорного напряжения источника 26 и пи лЪобразного напряжения формирователя 24, в который формируется задний

фронт выходного импульса U. Однако при этсм соотношение периода выходного импульса Ug к его длительное- ти, т.е. скважность, сохраняется. С выхода блока 8 з 1дания и сох

ранения скважности импульсы Ug

(фиг.4) заданной частоты и скважности поступают на один из входов коммутатора 10. На другой вход коммутатора 10 поступают импульсы U с блока 9 задания времени протекания прямого и обратного тока, причем длительность импульса и положительной полярности соответствует времени протекания прямого тока через гальваническую ванну 16, а

длительность паузы между импульсами и соответствует времени протекания обратного тока.

Выходные импульсы блока 9 задания времени протекания прямого и обратного тока управляют колдалутатором 10, который осуществляет распределение импульсов, поступающих с- блока 8 задания и сохранения скважности на один из своих выходов V и Ufо.

(фиг. 4). Импульсы и с коммутатора постуПёиот на силовой реверсирующий блок 5 г где они осуществляют подключение соответствующей, реверсирующей Г руппь: силовых ключей

СИЛОВОГО реверсирующего блока 5 к клеммам гальванической ванны 16.

В режиме реверса полярность клемм (электродов) гальванической ванны .16 меняется и для того, чтобы стабилизация осуществлялась как в период прямой полярности, так и обратной, блок 11 формирования сигнала обратной связи содержит ксдамутатор обратной связи 13 и схему 12 запоминания выходного напряжения. В режиме прямой полярности напряжением с блока 9 залания времени протекания прямого и обратного тока включается коммутатор обратной связи 13 и выходное напряжение с клемм гальванической ванны 16 поступает на схему -12 запоминания выходного напряжения , где оно из пульсирующего преобразуется в постоянное, запоминается и в нужной полярности поступает на схему 3 управления,.которая следит за уровнем выходного напряжения, стабилизируя его посредством соответствующего изменения коэффициента заполнения импульсов, управляющих силовыми ключами преобразователя 2,

В режиме обратной полярности коммутатор обратной связи 13 отключает схему 12 : запоминайия выходного напряжения от гальванической ванны Ii6 и в этот период с.табилиэацйя выходного напряжения осуществляете напряжением, запомненным в этой.схеме.

В зависимости от соотношения ч&стоты, скважности, длительности йрямого и обратного токов предпа1аеМое устройство может питать галь ааничёскую ванну различными периодического тока. Четыре из: них, представляющие наибольший интерес для практических целей, представлены на фиг.5. Длительность паузы между импульсами прямой и обратнрй полярности t,- (фиг, 5 в,г) определяется частотными свойствами, силовых ключей блока 5.

Выбор формы питающего тока наиболее удобно производить: по осциллографу, подключенному к клеммам гальванической ванны 16. ; . Таким образом, повышение качества Покрытия впредлагаемом устройстве достигается за счет раздельного регулиройания и стабилизации параметров питающего гальваническую ванну напряжения; величины выходного напря жения - по первичной цепи, а по вторичной .цепи - регулировку и стабилизацию частоты, скважности и. длительности прямого и обратного токов, при . ieM независимое регулирование .частоты и скважности происходит благода ря наличию блока задайия и сохранения скважности. Независимая регулировка параметров.выходнрго напряжения дает возможность с йомощыа рднрго и того же источника создавать наиболее благоприятные p naoAts осаждения для различных осаждаемых металлов ;: что, в свою очередь, приводит к повыртению качества покрытия. Кроме того, высокочастотнре пре образование, осуществляемое высокрчастотньм стабилизирующим преобразователем и силовьин трансформаторр1М, работающими на.частоте свыше 20 кГц,

позволяет также повысить КПД источника за счет повышения КПД силоврго трансформатрра, а также позволяет уменьшить вес и габариты источника. Например, применение регулируемого

высокочастРтного преобразрвателя в цепи первичной обмотки силового трансформатора, питаемрго непосредственно от выпрямленного напряжения сети и работающего на частоте 25, кГц,

позволяет более чем в 3 раза уменьшить габариты и вес предлагаемого устройства; по сравнению с базовым.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения одного устройства

состёшпяет 4,23 тыс.руб.

Формула изобретения

1.Устройство для питания гальванических вайн перирдическим током, сРдержащ е стабилизируюгций преобразователь напряжения, один из входов которого соединен с генератором такс товых импульсов, крммутагор, подключенный к силовому реверсирующему блоку, и блок задания времени протекания прямрго и обратного тока, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьпяенйя качества гальванопокрытия путем раз дельногр регулирования и стабилизации параметров выходногр напряжения, оно дрполнитёльно снабжено сил.овым трансформаторе, блоком задания частрты, блоком задания и сохранения скважности, блоком формирования сигнала обратной связи и декадиы 1 делителем частоты, при этом к первичной силовог о тра«|рф6рМа тора подк люче н 0 стабилизирующий преобразователь напряжения, аkp вторичной - силрвРй реверсирующий блок, выход генератора тактовых импульсов присоединен к последовательно соединене ньот,блоку, задания частоты, блоку задания и созфанеНия скважности и кp Ф«yтaтopy, .а также - к декадному делИтеда частоты, последовательно сбединенному с блоком задания вре-. менй протекания прямого и обратного тока,, выхрд которого присоединен к коммутатору и к блоку формирования сигнала обратной связи, входё1ми подключенному к клеммам гальваническрй ванны, а выходом - к стабй5 лизирующему преобразрвателю напря; женяя,- . . . . . - . . . ... .

2.УстррйотвР по п. 1, о т л ич а ю и; е е с я тем, что блок Формир|рвания сигнала обратной связи выполнен в виде схемы запоминания выходного напряжения, ко входам которой присредийены выходы ксялмутатора обратной связи.

3.Устройство по п. 1, о т л и5 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

раздельного регулирования частоты « сквазкяости, блок задания и сохранения скважности выполнен в виде формирователя импульсного напряжения, первый вход которого соединен с источником опорнЬго напряжения и формирователем пилообразного напряжения, в второй - с блоком задания

частоты, выход которого подключен также к формирователю пилообразного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР 578369, кл., С 25 D 21/12, 1976.

( cemt