Устройство для питания гальванических ванн импульсным током

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25 D 21/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4896838/26 (22) 26.12.90 (46) 23.01.93. Бюл. N 3 (71) Московский вечерний металлургический институт (72) М.М.Фотиев и А.Н.Симин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 990891, кл. С 25 D 21/12, 1981, Авторское свидетельство СССР № 1446201, кл. С 25 Г) 21/12, 1987, (54) ЧСТРОЙСТВО,ЛЯ ПИТАНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ BAHH ИМПЧЛЬСНЫМ ТОКОМ

„„. Ы „„1789576 А1 (57) Использование: гальванотехника, в частности питание гальванических ванн импульсным током. Сущность изобретения: устройство содержит катушку индуктивности 9 в виде разомкнутого тороида, магнитная ось которого направлена под углом 45 к направлению поляризующего тока в гальванической ванне 16, Кроме того устройство содержит три декадных предыскателя 4 с градуировкой шкалы в миллисекундах. На регулируемый выпрямитель 1 от сети переменного тока поступает однофазное либо трехфазное напряжение. 3 ил.

1789576

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

Известно устройство для питания гальванических ванн, содержащее источник переменного тока, регулируемый выпрямитель, генератор импульсов, коммутатор, согласующие элементы, тиристорный мост с включенными в диагональ коммутирующими конденсаторами, когда с целью более стабильной работы и улучшения физико-механических свойств покрытий входы двух согласующих элементов подключены к выходу коммутатора, выходы каждого из них соединены с управляющими электродами соответствующей пары тиристоров однофазно го моста (1). Существен н ы ми недостатками данного устройства являются повышенные энергозатраты и значительная неравномерность покрытия. Наиболее близким по технической сущности является выбранное в качестве прототипа устройство, содержащее источник переменного тока, регулируемый выпрямитель, генератор отпирающих импульсов, коммутатор, согласующие элементы, блок регулируемой задержки, короткозамыкающий тиристор и однофазный тиристорный мост, в диагональ которого включены коммутирующие конденсаторы. Входы двух согласующих элементов подключены к выходу коммутатора, выходы каждого из них соединены с управляющими электродами соответствующей пары тиристоров однофазного моста, а третий согласующий элемент включен между управляющим электродом короткозамыкающего тиристора и блоком регулируемой задержки, вход которого соединен с коммутатором. С целью интенсификации гальванического процесса, повышения равномерности покрытия и сокращения энергозатрат путем ведения процесса в импульсном однородном магнитном поле, устройство снабжено катушкой индуктиености, включенной в диагональ тиристорного моста последовательно с коммутируемыми конденсаторами, причем катушка смонтирована в межэлектродном пространстве соосно с продольной осью ванны.

Область применения данного устройства весьма ограничена, поскольку заметного повышения равномерности гальванического покрытия можно добиться в случае обработки простых, непрофилесложных деталей, так как, практически не удается существенно повлиять на явление краевого эффекта.

Целью изобретения является интенсификация гальванического процесса, сокращение энергозатрат, повышение равномерности покрытия для деталей, имеющих сложную геометрию поверхности, путем ведения электролиза в асимметричном импульсном магнитном поле, Поставленная цель достигается тем, что катушка индуктивности, включенная в диагональ тиристорного моста выполнена в виде разомкнутого тороида, причем магнитная ось его направлена под углом 45 к направлению поляризующего тока в гальванической ванне. Кроме того устройство содержит три декадных предыскателя с градуировкой шкалы в миллисекундах, На фиг, 1 представлена блок-схема устройства; на фиг, 2 — временные диаграммы работы; на фиг. 3 — изометрия устройства.

Устройство содержит источник переменного тока, регулируемый выпрямитель 1, генератор 2 отпирающих импульсов, коммутатор 3, три декадных предыскателя 4, однофазный тиристорный мост (тиристоры 5 — 8), в диагональ которого включены последовательно индуктивная катушка 9, коммутирующие конденсаторы 10, короткозамыкающий тиристор 11, три идентичных согласующих элемента 12-14, выходы которых подключены к коммутатору 3; причем согласующий элемент 14 подключен через блок 15 регулируемой задержки. Включенная в диагональ тиристорного моста тороидальная катушка индуктивности охватывает междуэлектродный обьем электролита (между анодом и катодом), а магнитная ее ось направлена под углом 45 к направлению поляризующего тока в гальванической ванне.

Устройство работает следующим образом (см. фиг, 2). От сети переменного тока однофазное либо трехфазное напряжение поступает на регулируемый выпрямитель 1, выпрямленное и сглаженное напряжение— через однофазный тиристорный мост на гальваническую ванну 16, Генератор 2 генерирует отпирающие импульсы а) с плавной регулировкой частоты в широком диапазоне, Эти импульсы поступают на коммутатор

3, который выделяет четные в) и нечетные б) пачки импульсов. Три временных периода (Тк, Тд, Тд) могут регулироваться индивидуально в диапазоне от 0 до 999 мс с помощью трех декадных предыскателей 4 с градуировкой шкалы в мс и масштабного коэффициента (1; 0,1; 0,01; 0,001). Подобная система синхронизации позволяет выбирать следующие режимы работы: катодный ток и его время Т», анодный ток и его время

Тз, импульсы тока положительной полярности (время прохождения T ), чередующиеся

1789576

R >2v/L. С катодные и анодные импульсы с отключением тока между катодными импульсами.

Выделенные коммутатором 3 и регулируемые пачки импульсов поступают на согласующие элементы 12 и 13. Четный положительный импульс открывает тиристоры

7 и 8, образуя цепь перезаряда конденсаторов 10 через гальваническую ванну 16 и индуктивную тороидальную катушку 9. При этом группа конденсаторов 10 перезаряжается от напряжения +V с до — V с (диаграмма

q), равного удвоенному выпрямленному напряжению регулируемого выпрямителя 1 (режим резонанса 1=С-контура). Ток перезаряда протекает через гальваническую ванну

16, формируя поляризующий импульс (диаграмма е). Длительность импульса определяется частотой свободных колебаний то

L-С-контура. При изменении магнитного потока индуктивной тороидальной катушки 9 формируется импульсное симметричное электромагнитное поле в объеме электролита межэлектродного пространства во время протекания поляризующего тока. По окончании переходного процесса ток становится равным нулю, и тиристоры 7 и 8 закрываются.

Тиристоры 5 и 6 открываются при поступлении четного отпирающего импульса (диаграмма в). Это способствует обратному переза ряду конденсаторов 10 через гальваническую ванну 16 и тороидальную катушку

9 индуктивности.

При этом конденсаторы 10 перезаряжаются от — Vc до+Ч с (диаграмма), причем ток перезарядки проходит через ванну в том же направлении, что и при работе тиристоров

7 и 8 — диаграмма е.

Через время, определяемое блоком 15 регулируемой задержки, отпирающий импульс (диаграмма г) поступает на короткозамыкающий тиристор 11, который шунтирует гальваническую ванну 16, и формирует задний фронт поляризующего импульса тока.

В предлагаемом устройстве поляризующий ток протекает через индуктивную тороидальную катушку 9, формируя асимметрическое электромагнитное поле межэлектродного пространства. Благодаря этому происходит выравнивание распределения плотностей тока по поверхности катода, исключая явление "краевого эффекта", заключающегося в значительно быстром нарастании осадка на краях и выступах поверхности катода. В конечном итоге удается добиться значительного повышения равномерности покрытий не только для деталей с простой поверхностью (валы, цилиндры), но и для профилесложных поверхностей.

Параметры тороидальной катушки 9 выбирают из условия резонанса L-С-контура при заданной частоте свободных колебаний, Частота свободных колебаний fo выбирается из условия

fo = 1/Т, где Т = 2 t — период свободных колебаний =С-контура;

t — длительность импульсов тока, мс.

Так как поляризующий импульс тока формируется перезарядом резонансной цепи L-С-R, где R — омическое сопротивление ванны, для поддержания апериодического протекания переходных процессов.необходимо выполнять условия

Из условия резонансного режима работы

L — С контура длительность поляризующих импульсов:

tv = 2 7Р С 0 W(W(l/О + 0,44)— — 0,1K| где С вЂ” емкость коммутирующих конденсаторов, мкО;

5 — диаметр индуктивной катушки, м

I — длина намотки катушки, м;

И/ — число витков индуктивной катушки, К вЂ” эмпирический коэффициент, зависящий от шага намотки.

Введение в устройство тороидальной катушки индуктивности позволяет реально повысить коэффициент мощности устройстВа (cas p) до 0,99, и улучшает вторичное распределение металла на катоде 91 против

78 (,. Реальное повышение коэффициента мощности достигается путем уменьшения реактивной мощности устройства до нуля, Достижение равномерности по профилю поверхности позволяет повысить средние рабочие плотности тока в 2-3 раза, т.е. создается возможность для интенсификации и роцесса.

Направление магнитной оси тороидальной катушки по отношению к направлению поля ризующего тока электролиза определяется из выражения где е — заряд электрона;

 — магнитная индукция;

j — подвижность ионов.

В результате под действием магнитного поля у краев и кромок детали возникает эффект "отбрасывания" поляризующих

1789576 ионов в среднюю часть поверхности, т.е, происходит выравнивание поверхности.

Предлагаемый способ по сравнению с базовым позволяет повысить равномерность покрытия по толщине до 91%, снизить пористость покрытия на 45 — 50%, упростить процесс обработки де алей за счет частичной ликвидации операции шлифования, имеющей место при значительной неравномерности по толщине покрытия, снизить трудоемкость, что позволит использовать предлагаемый способ в различных отраслях народного хозяйства для получения износостойких хромовых гальванопокрытий.

Формула изобретения

Устройство для питания гальванических ванн импульсным током, содержащее источник переменного тока, регулируемый выпрямитель, генератор отпирающих импульсов, коммутатор, согласующие элементы, блок регулируемой задержки, короткозамыкающий тиристор и однофазный тиристорный мост, в диагональ которого включены коммутирующие конденсаторы и последовательно с ними катушка индуктивности, при этом входы двух согласующих элементов подключены к выходу коммутатора, выходы каждого из них со5 единены с управляющими электродами соответствующей пары тиристоров однофазного моста, а третий согласующий элемент включен между управляющим электродом короткозамыкающего тиристо10 ра и блоком регулируемой задержки, вход которого соединен с коммутатором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации гальванического процесса, сокращения энергозатрат и повышения

15 равномерности покрытия на деталях, имеющих сложную геометрию поверхности путем ведения процесса в асимметричном импульсном магнитном поле, оно снабжено тремя декадными предыскателями с градуировкой

20 шкалы в миллисекундах, а катушка индуктивности выполнена в виде разомкнутого тороида, причем магнитная ось его направлена под углом 45 к направлению поляризующего тока в гальванической ванне.

1789576

Составитель А.Симин

Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор О.Стенина

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

Заказ 330 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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