Установка для питания гальванических ванн асимметричным током

 

УСТАНОВКА ДЛЯ ПИТАНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ, включающая общий и дополнительный . регуляторы напряжения, соединенные параллельно между собой, основные и дополнительные силовые трансформаторы , соединенные последовательно вторичными обмотками, вьшрямиТельные элементы в виде тиристоров, соединенных последовательно, трансформатор для управления тиристорами, о тличающаяся тем, что, с целью повышения качества обработки путем точной и линейной регулировки параметра асимметрии, первичная обмотка дополнительного силового трансформатора вьшолнена с отводами, соединенными с переключателем, а вторичные обмотки основного и дополнительного силовых трансфор1маторов соединены согласованно, причем начало вторичной обмотки дополнительного трансформатора соединено с катодом, а конец т с анодом последовательно соединенных тиристоров, средняя точка (Л тиристоров соединена с одним концом нагрузки, а конец вторичной обмотки основного трансформатора - с другим ее концом.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

229) (222

Зц21 С 25 2 21/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3618902/22-02 (22) 11.07.83 (46) 23.11.84. Бюл. У 43 (72) Pah.Ñ. Курамшин, Рав.С. Курам-шин, P.Н. Салахиев и В.А. Ильин (71) Казанский ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт им. С.M.Êèðîâà (53) 621.357.77(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 685729, кл. С 25 D 17/00, 1979, 2. Авторское свидетельство СССР

Ф 910866, кл. С 25 Э 21/12, 1980. (54)(57) УСТАНОВКА ДПЯ ПИТАНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН АСИММЕТРИЧНЫМ ТОКОМ, включающая общий и дополнительный регуляторы напряжения, соединенные параллельно между собой, основные и дополнительные силовые трансформаторы, соединенные последовательно вторичными обмотками, выпрямительные злементн в виде тиристоров, соединенных последовательно, трансформатор для управления тиристорами, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения качестьа обработки путем точной и линейной регулировки параметра асимметрии, первичная обмотка дополнительного силового трансформатора выполнена с отводами, соединенными с переключателем, а вторичные обмотки основного и дополнительного силовых трансформаторов соединены согласованно, причем начало вторичной обмотки дополнительного трансформатора соединено с катодом, а конец — с анодом последовательно сое- I диненных тиристоров, средняя точка тиристоров соединена с одним концом нагрузки, а конец вторичной обмотки основного трансформатора — с другим ее концом.

11253

Изобретение относится к гальвано- технике и может быть использовано для питания гальванических ванн асимметричным током.

Известна установка для электро- 5 химической обработки изделий асимметричным током, содержащая источник переменного тока, регулятор напряжения, силовой трансформатор, управЛяемые выпрямительные элементы (1$ .

Однако эта установка не позволяет точно и линейно регулировать параметр асимметрии при малых его значениях.

Поэтому она не позволяет получать качественные, равномерные, без шерохо- .15 ватостей покрытия и увеличить прочность сцепления покрытия с основой, повысить качество анодной обработки легкопассивирующихся металлов (железо, титан, никель и их сплавы) 20 в тех процессах, где необходимо изменять параметр асимметрии Р точно и линейно при его малых значениях (например, от 1 до 3).

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является установка для литания гальванических ванн асимметричным током, включающая общий и дополнительный регуляторы напря- 30 жения, соединенные параллельно между собой, основные и дополнительные силовые трансформаторы, соединенные последовательно вторичными обмотками, выпрямительные элементы в виде тиристоров, соединенных последовательна, трансформатор для управления тиристорами (2) .

Недостатком известной установки является то, что имеются два диапа- 40. зона регулирования /, когда

1 < P с 2 и P > 2. При этом в каждом диапазоне Р может устанавливаться плавно. Изменение Р происходит в общем случае по закону p = f (-. ), 45

12 У т.1. по параболе. Шкала выставления р не линейная, а точность выставления Р при плавном регулировании уменьшается от начала шкалы к концу и градуировка шкалы затруднительна

50 и нелинейна.

У предлагаемой установки в каждом поддиапазоне регулируется по линейному закону за счет определен- 55 ного подключения трансформаторов и тиристоров. При этом Р =4 (

Градуировка шкалы Р простая и линейная. При этом плавно выставляемый параметр 3 имеет постоянную погрешность, тогда как у известного погрешность увеличивается к концу шкалы, из-за нелинейности шкалы, что приводит к большему разбросу технологи= ческого режима.

Цель изобретения — повышение качества обработки путем точной и линейной регулировки параметра асимметрии.

Поставленная цель достигается с тем, что в установке для питания гальванических ванн асимметричным током, включающей общий и дополнительный регуляторы напряжения, соециненные параллельно между собой, основные и дополнительные силовые

Э трансформаторы, соединенные последовательно вторичными обмотками, выпрямительные элементы в виде тиристоров, соединенных последовательно, трансформатор для управления тиристорами, первичная обмотка дополнительного силового трансформатора выполнена с отводами, соединенными с переключателем, а вторичные обмотки основного и дополнительного силовых трансформаторов соединены согласованно, причем начало вторичной обмотки дополнительного трансформатора соединено с катодом, а конецс анодом последовательно соединенных тиристоров, средняя точка тиристоров соединена с одним концом нагрузки, а конец вторичной обмотки основно о трансформатора — с другим ее концом.

Такое исполнение установки дает возможность линейно изменять / при различных диапазонах, что приводит к увеличению точности выставления значений Р ; А значение Р влияет на величину прочности сцепления покрытия с основой, на шероховатость поверх— ности при анодной обработке °

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки на фиг. 2— временные диаграммы токов за полный период на фиг. 3 — изменение,Л от е о (! значениЯ 12 В долЯх оТ 1 (1 1 для известной, . 2, 3, 4; -2, -3

-4 — для предлагаемой установок}.

Установка состоит из общего 1 и дополнительного 2 регуляторов напря(и — 1 )<» <= > +=п

50

3 1125 жения, основного 3 и дополнительного

4 силовых трансформаторов, тиристоров 5 и 6, нагрузки 7, трансформатора 8 управления тиристорами и переключателя 9. 5

При этом вход общего регулятора напряжения соединен с первичной обмоткой основного силового трансфор-. матора 3 и с входом дополнительного регулятора 2 чапряжения, выход пос- 10 леднего соединен через переключатель

9 диапазонов регулирования Р с первичной обмоткой дополнительного трансформатора 4. Вторичные обмотки основного 3 и дополнительного 4 сило-15 вых трансформаторов соединены последовательно и согласованно. Запуск тиристоров 5 и 6 синхронизирован с частотой сети трансформатором 8. Тиристоры соединены последовательно 20 и подключены к вторичным обмоткам силовыми трансформаторами 3 и 4 и к нагрузке (фиг. 1) .

Установка работает следующим образом. .25

Напряжение сети однофазного тока поступает на регулятор 1 напряжения и на трансформатор 8. Пусть при этом тиристор 5 открыт, а тиристор 6 закрыт, тогда через нагрузку, 7 прохо-30 дит сумма токов от трансформаторов .3 и 4. При переходе питающего напря жения сети через нуль тиристор 5 закрывается и в последующий цикл открывается тиристор 6. Тогда через нагрузку 7 проходит ток обратного направления только от трансАорматора 3. Изменяя напряжение на трансформаторе 4 регулятором 2 напряжения можно плавно установить необхо- 40 димое значение Р независимо от среднего значения тока

Как видно из временной диаграммы (фиг. 2), среднее значение тока равно однополупериодному выпрямленному 45 току, полученному с трансАорматора

4,и не зависит от величины Р

Величина среднего значения тока рассчитывается следующим образом.

303 Ь где tl< — напряжение во вторичной обмотке основного трансформатора

"Z — напряжение во вторичной обмотке дополнительного трансАорматора

"<» — сопротивление нагрузки, — составляющая общего тока на основном трансфдрматоре, — составляющая общего тока

2 на дополнительном трансформаторе>

{с - среднее значение тока за период.

Подставляя в формулу (1) значения

1 % \ I и {» получаем { = {„+ {

dP — »„= {2 (4). Отсюда видно, что величина тока от основного трансформатора не влияет на среднее значение тока и однозначно зависит от положения дополнительного регулятора напряжения. Например, U2 = О, это соответствует случаю, когда с регулятора 2 напряжения не снимается налря\ ,-жение, тогда {2 = О и согласно уравнению (4) »с = О. В этом случае

»{<, т.е. ток симметричен, Величина Р рассчитывается следующим образом:

При 0 = О, » = 0 и = 1 +

{г

+ =1.

".1

При значениях напряжений Ug

0,5Ц,, Ц„, 2 0 „, ..., <1Ц < сохраняется равенство» = 0,5»„, \

° ° °

2{ ° .. I»1<» если сопротивление агрузки 3<, c0Yl56 а коэффициен,ы 0,5," 1, 2, ..., <1 зависят от положения переключателя диапазона ре»гулирования Р тогда соответственно

P= 1+ . — 1,5

0,5», <»

P=.1+ . =2

{»

1 t

Пусть {up = к {»{

О»+Uò U

1 = — - — » — =1+{ к p g g < 2).

Н Н, Н

UÄ

=1 ,а

Изменяя напряжение на дополнительном трансАорматоре регулятором

2 напряжения, можно плавно и линейно

55 установить необходимое значение /3 в пределах от 1 до выбранного значения диапазона. Большая точность ставления значений Р достигается

1125303

Таблица 1 45

Катодный выход по току, % ость ения, а

Известная 2

Предлагаемая 1

2540

2670

2670

1,01 за счет плавного изменения напряжения Ug 0 до 0 0 йд с регулятором 2 напряжения и переключателем

9. Например, если регулятор 2 напряжения имеет шкалу регулирования со 5

100 делениями, то это означает, что можно выставить 100 различных значе.ний напряжения. При 02 = Ll коэффициент диапазона равен 1„ тогда можно получить 100 значений (в пределах от 1 до 2 (1, 1,04, 1,02, 1,03, ° ° ., 1,99й 2).

При этом сохраняется линейность изменения P . Для этого рассмотрим зависимость Р от <2 для известной и предлагаемой установок.

У известной установки 6 вычисляет\

1 ся по формуле (3 = . При опреде г

\ ленном значении 1 получаем с

Ф

= Сопй при 01, = ConSt, тогда P =

- f (—, ), т. е. Р является линейной

"2 фУНКЦИЕй От 1 4 е

У предлагаемой установки, вычисляется по формуле 1= 1 + . При

11

8> = const величина, тоже постояв- 30 ляется линейной функцией.

Таким образом, линейное изменение приводит к повышению точности выставления значения его, тем самым улучшая прочность сцепления покрытия с основой и уменьшая шероховатость поверхности при анодной обраббтке.

Проведены испытания установки с импользованием ее как для электроосаждения, так и для анодной обра40 ботки.

Рабочие параметры установки:

Напряжение сети однофазное, Р 220

Предел регулировки 1- г1

Выходное напряжение, Ц 0-12 .

Ток нагрузки, А 0-30

Пример 1 практического использования установки для электроосаждения железа. При осаждении на симметричном переменном токе выход по току металла незначительный, порядка 2-15%. Если дать синусоидальному току небольшую асимметрию порядка — 1,5-2, то выход по току возрастает значительно до 30% от общего тока и повышается прочность сцепления покрытия с основой и уменьшается шероховатость поверхности. Представляет интерес то, что при этом получаются покрытия более совершенной кристаллической структуры, ввиду чего они обладают новыми физикохимическими свойствами, которых не удается получить при электроосаждении на постоянном токе.

Прочность сцепления покрытия с основой определяют в соответствии с известной методикой. Расчет выхода по току металла производят весовым методом.

Для электроосаждения берут электролит состава, г/л: FeC1 400, НС1 3.

Опыт проводят в ванне размером

14х10x10 см при 25 С, кислотности электролита рН ня 0,8, плотности тока 15 А/дм без перемешивания.

Коэффициент асимметрии меняется от

1 до 2. Образец изготавливают из ст. 10 размерами 2,5х2х0,1 см, а аноды из железа "Армко". Параметры переменного тока контролируют с помощью осциллографа типа Ci=19. Полученные данные сведены в табл. 1.

1.125303

Пр олжение табл. 1

2650

1,12

15 20

2610

1,21

2600

1,30

2580

1,50

2540

2,00

Таблица 2

Шероховатость (класс точности) Установка

Известная

Предлагаемая

1,12

1,21

1,30

1,50

2,0

Пример 2, При,анодной обра ботке металлов на переменном токе наблюдается малый съем металла. При небольшой асимметрии переменного тока P = 1-2 увеличивается съем метал-20 ра и, что особенно важно, не расивируется поверхность анода. Указанная особенность имеет большое значениепри анодной обработке титана, железа и их сплавов. На постоянном токе

25 практически невозможно осуществлять этот процесс из-за.пассивации поверхности этих металлов.

Определение шероховатости поверхности производят по классам шероховатости. Для анодной обработки берут электролит сбстава, г/л . Н<90 350, ФеЬО 10. Опыт проводят чередованием переменного тока, подаваемого иэ предлагаемой установки при средней плотности йМа 1с, = 15 А/дм и постоянной Чоха плотностью

100 А/дм, подаваемого из селеновой выпрямительной установки

ВСА-630/12 продолжительностью 10 с и 30 с соответственно, в ячейке размерами 14х10х10 см, при 20 С. Обрао зец размерами 2,5х2х0,1 см изготавли вают из ст. 10, катоды — из свинцовых пластин, коэййициент асимметрии

1 меняется от 1 до 2. Параметры переменного тока контролируют осциллографом типа С1-19, а величину постоянного тока - амперметром типа М104 с классом точности 0,5. Полученные данные сведены в табл. 2.

25303

Таблица 3

Анодная обработка

Электроосаждение

Катодный выход по току, 7

Шероховатость

Прочность сцепления, MIla

2600

2600

2540

2540

1,3

2530

1,5

2500

2,0

Иэ табл. 1 и 2,.видно, что.предла« гаемая установка позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с основой выше 130 кгс/см2, повысить . класс обработки :поверхности с 8 до

9 и улучшить внешний вид образца за счет линейного изменения и повышения точности выставления значений Р

В качестве базового объекта взята установка для питания гальванических ванн асимметричным током на основе выпрямителя без отсечки, рабочие

Таким образом, предлагаемая установка за счет линейного изменения позволяет повысить точность выставления значений Р в 2,5-25 раз в начале и в конце диапазона соответ.ственно, увеличить прочность сцепхарактеристики которого приведены

s табл.3,по сравненив с которыми пред1 лагаемая установка позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с основой на 400-700 MIa, повысить класс обработки поверхности с 8 до

9 и улучшить внешний вид образца.

Точность выставления у предлагаемой установки в начале шкалы вьппе

10 в 2,5 раза, в середине - в 10 раэ и в конце — в 25 раз, чем у базового объекта. ления покрытия с основой на 400—

4р 1300 MIa, повысить класс обработки поверхности образца с 8 до 9 и улучшить внешний вид образца как после электроосаждения, так и после анодной обработки.

1125303! 325303!!25303

4Я

Я

0 01 0,2 03 40 05 Об CV 4В 09 1,0

03 02

ФиаЗ

Редактор Н.Бобкова

Заказ 8441/21 Тираж 632 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

,1

Ъ

QQ р2Ф

ФЭ И И

Щ

w>8g

91 09 И О7еб VS ач аююг Ц 0

« !

Составитель С.Пономарев

Техред.О.Ващишина Корректор О.Тигор