Устройство для питания гальванических ванн

 

Использование: питание гальванических ванн периодическим током при осаждении металлов и сплавов. Сущность изобретения: устройство позволяет увеличить частоту импульсов тока в нагрузке, обеспечить получение различных форм импульсов с изменением их амплитуды и длительности в широких пределах как для прямого, так и для обратного токов. Возможность программного задания параметров импульсов позволяет оптимизировать физико-механические свойства покрытий и поддерживать их с высокой точностью. Оно содержит трансформатор 1, выпрямительные элементы 3, 8, 9, тиристоры 10 и 11, преобразователь 4 с выходным трансформатором с обмотками 5, 6, 7, блок управленил 12, резистор 13, компаратор 17, измеритель тока 18, регистр 19, ЦАП 20, интерфейс 21 и ЭВМ 22. 5 ил

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РГСПУБЛИК (я)з С 25 D 21/12

Э !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874432/26

4 (22) 15.10;90 (46) 15,08,92. Бюл. K 30 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством

Минского радиотехнического института (72) В,M,Куценко, А.Л.Хмыль и В.З.Пацевич (56) Авторское свидетельство СССР

N 1350194, кл. С 25 Г> 21/12, 1987.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1414884, кл. С 25 D 21(12, 1988. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН . (57) Использование; питание гальванических ванн периодическим током при осаждении металлов и сплавов. Сущность

„„5U „„17548О5 А1 изобретения, устройство позволяет увеличить частоту импульсов тока в нагрузке, обеспечить получение различных форм импульсов с изменением их амплитуды и длительности в широких пределах как для прямого, так и для обратного токов, Возмо>кность программного задания параметров импульсов позволяет оптимизировать физико-механические свойства покрытий и .поддерживать их с высокой точностью. Оно содер>кит трансформатор 1, выпрямительные злементь1 3, 8, 9, тиристоры 10 и 11, преобразователь 4 с выходным трансфор° матором с обмотками 5, 6, 7, блок управле- ния 12, резистор 13, компаратор 17, измеритель тока 18; регистр 19, ЦАГИ 20, интерфейс 21 и ЭВУ 22. 5 ил, 5 t0

Изобретение относится к оборудованию для питания гальванических ванн периодическим током и может быть использовано при осаждении металлов и сплавов.

Известен преобразователь для питания гальванических ванн периодическим током, содержащий трехфазный понижающий трансформатор, шесть тиристоров прямого тока, шесть тиристоров обратного тока, гальваническую ванну и блоки управления.

Недостатками данного преобразователя являются воэможность получения в гальванической ванне только периодических токов низкой частоты, определяемой частотой промышленной сети, и ограниченность форм выходного тока, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для питания гальванических ванн, содержащее трехфазный трансформатор, два выпрямительных элемента, тиристоры прямого и обратного тока, коммутирующие тиристоры, блок управления, компаратор, генератор пилообразного напряжения и гальваническую ванну.

Недостатками указанного устройства являются низкая частота импульсов тока в нагрузке, определяемая частотой промышленной сети, и ограниченные формы тока нагрузки, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства для питания гальванических ванн за счет увеличения частоты импульсов тока и получения широкой гаммы форм импульсов тока согласно заданной программе, На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого преобразователя; нэ фиг.2— возможные формы выходного тока; на фиг,З .— функциональная схема блока управления, на фиг,4 — структурная схема измерителя тока; на фиг.5 — функциональная схема интерфейса.

Преобразователь (фиг,1) содержит трехфазный трансформатор 1 с вторичной обмоткой 2, первый выпрямительный элемент

3, высокочастотный преобразователь 4 с выходным трансформатором 5, 6 и 7, вторичные обмотки которого подключены к входам второго 8 и третьего 9 выпрямительных элементов, тиристоры прямого 10 и обратного

11 тока, блок 12 управления, резистор 13, электроды 14 и 15. помещенные в гальваническуо ванну 16, компаратор 17, измеритель 18 тока, регистр 19, ЦАП 20, интерфейс

21 и управляющая ЭВМ 22.

Трансформатор 1 используется промышленный с требуемым коэффициентом трансформации, выпрямительный элемент — также промышленного типа, Высокочастотный преобразователь 4 может быть построен по схеме управляемого преобразователя, преобразующего постоянное напряжение в синусоидальное: напряжение высокой частоты. Вторичные обмотки 6 и 7 выходного трансформатора 5 должны иметь отводы в середине, Дополнительная обмотка должна обеспечивать выходное напряжение, достаточное для срабатывания компаратора.

Выпрямительные элементы 8 и 9 — двухполупериодные выпрями ели со средней точкой, тиристоры 10 и 11 — высокочастотные.

Блок 12 управления (фиг,3) содержит регистр 23, счетный триггер 24, счетчики 25-27 длительности импульсов, пауз и цикла соответственно, задатчик 28 формы, инверторы

29 и 30, элементы И 31 и 32, ждущие мультивибраторы 33 и 34, усилители 35 и 36, импульсные трансформаторы 37 и 38 и контроллер 39 прерываний, причем информационные входы регистра 23, счетчиков 25-27 и контроллера 39 подключены к второму входу блока 12, а тактовые входы счетчиков

25-27 и триггера 24 соединены с первым входом блока 12, выход счетчика 25 подклю- . чен к входу разрешения счета счетчика 26 и входу инвертора 29, выход которого соединен с объединенными входами элементов И

31 и 32, другие входы которых так>ке объединены и подключены к выходу инвертора

30, вход которого соединен с выходом счетчика 27 и вторым входом контроллера 39, первый вход которого подключен к выходу счетчика 26; третий выход элемента И 31 соединен с первым выходом, а третий выход элемента И 32 — с вторым выходом задэтчика 28, первый вход которого соединен с выходом регистра 23, а второй — с выходом триггера 24, выход элемента И 31 соединен с входом ждущего мультивибратора 33, выход которого подключен к усилителю 35, выход которого в свою очередь соединен с выводом первичной обмотки импульсного трансформатора 37, другой вывод-которой соединен с общим проводом, Выход элемента И 32 подключен к входу ждущего мультивибратора 34, выход которого соединен с входом усилителя 36, выход которого соединен с выводом первичной обмотки импульсного трансформатора 38, другой вывод которой подключен к общему проводу.

Выводы вторичных обмоток трансформаторов 37 и 38 являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока 12, а выход контроллера 39 — выходом запроса прерывания блока 12.

1754805

20

40

50

В качестве регистра 23 можно использовать микросхему КР58ОИР82, счетчики 2527 — каналы программируемого таймера

КР580ВИ53, эадатчик 28 — программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) К556 серии. Элементы 24, 29-34 могут быть микросхемами К155 или К555 серий. В качестве усилителей 35 и 36 целесообразно использовать микросхемы

К140 серии. Импульсные трансформаторы

37 и 38 — промышленные типа МИТ. Контроллер 39 — микросхема КР580В Н59.

Резистор 13 — измерительный шунт, например, типа 75ШСМ, компаратор 17 — любой двухпозиционный (сдвоенный), т,е. формирующий импульсы при переходе синусоиды высокочастотного напряжения через нуль, например К597СА3.

Измеритель 18 тока (фиг.4) содержит дифференциальный усилитель 40, выход которого соединен с входом измерителя 41 среднего значения напряжения, выход которого в свою очередь подключен к входу

АЦП 42, информаци6нный выход последнего является соответствующим выходом, а выход конца преобразования — выходом запроса прерывания измерителя 18. Входы усилителя 40 являются входами измерителя

18.

В качестве усилителя 40 можно использовать любой серии К140. измеритель 41 может быть построен по известной схеме измерения среднего значения напряжения, а АЦП 42 используется К572ПВ1.

Регистр 19 построен на микросхеме

КР580ИР82, ЦАП 20 — серии К572, Интерфейс 21 (фиг.5) содержит буферные элементы 43-45 и модуль 46 логики, выходы которого подключены к управляющим входам буферов 43-45 соответственно, а вход — к двунаправленной магистрали, соединенной также с входом буфера 44 M выходами буферов 43 и 45. Вход буфера 43 является информационным входом, выход буфера 44 — информационным выходом, а входы буфера 45 -- входами запроса прерывания интерфейса 21.

Буферные элементы 43-45 могут быть построены на микросхемах КР580ВА86, а модуль 46 логики — на микросхемах К155 или

К555 серий в соответствии с требуемым протоколом обмена между управляющей 3ВМ

22 и другими блоками. Управляющую ЭВМ

22 целесообразно использовать на базе микропроцессора КР580ВМ80А.

Преобразователь работает следующим образом.

Сетевое переменное напряжение понижается трансформатором 1 и с его вторичной обмотки 2 подается на вход первого выпрямительного элемента 3, на выходе которого появляется пос оянное напряжение.

Это постоянное напряжение запитывает высокочастотный преобразователь 4, на выходе которого формируется переменное синусоидальное напряжение высокой частоты (например, 20 кГц). Управляющая ЭВМ 22 в соответствии с заданной программой нанесения покрытия на деталь 15 (второй злектрод), помещенную в гальваническую ванну

16, передает по магистрали через интерфейс 21 код необходимой величины тока (прямого и обратного), его формы и длительности импульсов тока, Величина тока определяется напряжением на электродах 14 и

15 ванны 16. Код, определяющий величину напряжения, записывается в регистр 19, и с его выхода управляет напряжением ЦАП

20, которое подается на управляющий вход (модулятор) преобразователя 4.

Коды, определяющие форму выходного тока, длительность импульса тока, длительность паузы, а также длительность цикла работы преобразователя, поступают в блок

12 управления, в котором записываются в регистр 23, счетчики 25-27 соответственно.

Преобразователь 4 вырабатывает высокочастотное напряжение, величина которого определяется уровнем напряжения на выходе ЦАП 20. Это напряжение с вторичных обмоток 6 и 7 выходного трансформатора 5 выпрямляется элементами 8 и 9 и подается на коммутирующие тиристоры 10 и 11, Одновременно с дополнительной обмотки выходного трансформатора 5 переменное напряжение поступает на вход двухпозиционного компаратора 17, вырабатывающего синхроймпульсы, которые подаются на вход блока 12 управления. В блоке

12 управления синхроимпульсы поступают на вход счетчика 25 и уменьшают код, записанный в нем. Кроме того, зти импульсы перекл|очают триггер 24, управляющий задатчиком 28 формы.

Пусть на выходе необходим импульс тока положительной полярности. В этом случае на втором выходе эадатчика 28 появляется импульс, который через открытый элемент И 32 (так как на выходах счетчиков 25 и 27 низкие уровни и, соответственно, на входах -элемента 32— высокие) проходит на вход ждущего мультивибратора 34. Ждущий мультивибратор 34 вырабатывает импульс, ксторый усилителем

55 36 доводится до требуемого уровня и подаегся на импульсный трансформатор 38. На вторичной обмотке трансформатора 38 формируется импульс запуска тиристора 10, Открываясь, тиристор 10 пропускает в гальваническую ванну 16 напряжение с вы1754805 хода элемента 9. Вид его приведен на участке I фиг,2б (фиг.2а показывает выходное высокочастотное напряжение). По окончании первого импульса на выходе счетчика 25 устанавливается высокий уровень, который открывает счетчик 26 и закрывает элементы

31 и 32, Тиристор 10 закрывается, ток в нагрузке отсутствует, т.е. отсчитывается длитеlbHocTb паузы, которая может быть равной нулю (участок И, фиг.2б). При установке счетчика 26 в "0" íà его выходе появляется высокий уровень, который обрабатывается контроллером 39, и с его выхода запрос прерывания через буфер 45 интерфейса 21 поступает в управляющую

ЭВМ 22, ЭВМ 22 посылает код, определя|ощий параметры второго импульса. Для протекания обратного тока в нагрузке открывается тиристор 11, и описанный процесс повторяется. Форма напряжения показана на участке Ill фиг.2б, Когда истекает длительность цикла, на выходе счетчика 27 появляется высокий уровень, который закрывает элементы 31» 32 и подается на вход контроллера 39. Контроллер 39 посылает соответствующий запрос прерывания, по которому при нанесении многослойного покрытия в регистр 19 и блок

12 записывается информация второго цикла, Например, форма напряжения может быть такой, как показана на участках! Ч и V фиг.2б.

° Во время протекания тока в цепи гальванической ванны 16 напряжение, пропорциональное току, выделяется на резисторе

13 и поступает на вход измерителя 18 тока, в котором усиливается усилителем 40, и определяется его среднее значение за определенный промежуток времени. Величина среднего значения напряжения (т.е. средний ток нагрузки) преобразуется в цифровой код АЦП 42, После преобразования выходной импульс "Конец преобр. АЦП 42", являющийся запросом прерывания, поступает через буфер 45 интерфейса 21 в ЗВМ

22, которая через буфер 43 считывает выходной код измерителя 18 тока, Сравнивая этот ток (код) с заданным, ЭМ 22 может производить стабилизацию тока гальванической ванны 16, т.е. поддерживать его заданное значение при изменении сопротивления нагрузки и действии других дестабилизирующих факторов.

Кроме того, изменяя поступающие B блок 12 и регитр 19 коды в соответствии с программой, ЭВМ 22 может обеспечить получение различных законов изменения тока гальванической ванны, например, согласно фиг,2в, 35

45 личных форм этих импульсов, в него дополнительно введены высокочастотный преобразователь, третий выпрямительный элемент, измеритель тока, резистор, ЦАП, интерфейс и управляющая ЭВМ, причем двунаправленная магистраль ЭВМ связана с интерфейсом, информационный выход которого подключен к входу регистра и второму входу блока управления, выход запроса прерывания которого соединен с первым входом интерфейса, второй вход которого подключен к выходу запроса прерывания измерителя тока, информационный выход которого соединен с соответствующим входом интерфейса, выходы первого выпрямительного элемента соединены с входами высокочастотного преобразователя; управляющий вход которого подключен к выходу

ЦАП, выводы вторичных обмоток выходного трансформатора которого подключены к входам второго и третьего выпрямительных элементов, отводы объединены и соединены с вторым электродом гальванической ванны, выход третьего выпрямительного элемента подключен к аноду тиристора прямого тока, катод которого обьединен с анодом тиристора обратного тока и подключен

Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет наносить многослойные покрытия, оптимизировать параметры импульсов тока для получения

5 качественных покрытий и повысить частоту импульсов, что благотворно сказывается на физико-механических свойствах ряда гальванических покрытий.

Формула изобретения

10 Устройство для питания гальванических ванн, содержащее трехфазный понижающий трансформатор с вторичной обмоткой, соединенной в звезду, первый и второй выпрямительные элементы, тиристоры прямо15 го и обратного тока, блок управления тиристорами, резистор, гальваническую ванну с двумя электродами и компаратор, выход которого подключен к входу блока управления, первый выход которого соеди20 нен с катодом тиристора обратного тока и выходом второго выпрямительного элемента, второй выход блока управления подключен к управляющему электроду тиристора обратного тока, третий выход блока управ25 ления соединен с катодом тиристора прямого тока, а четвертый выход — с его управляющим электродом, отводы вторичной обмотки трехфазного трансформатора подключены к входам первого выпрями30 тельного элемента, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения частоты импульсов тока в нагрузке и получения раз1754805

1О к выводу резистора и первому входу измерителя тока, второй вход которого соединен с дру им выводом резистора и первым электродом гальванической ванны, вход компаратора подключен к выводу дополнительной обмотки выходного трансформатора высокочастотного преобразователя, второй вывод дополнительной обмотки соединен с общим проводом.

1754805 фЬГ. 4

Составитель В. Куценко

Редактор А, Маковская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н Гунько

Заказ 2871 Ти рамс Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101