Способ регулирования выходного напряжения источника питания установки тлеющего разряда

 

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ УСТАНОВКИ ТЛЕОДЕГО РАЗРЯДА, содержащего источник постоянного тока, к выходу которого подключен резонансный мостовой инвертор на управляемых вентилях с установленными с его диагонали переменного тока после ±- 2 « довательно соединенными конденсаторами , к одному из которых подключена диагональ переменного тока обратного диодного моста, диагональ постоянного тока которого служит выходом источника питания, при котором периодически поочередно подают управляющие импульсы на пары перекрестных вентилей инвертора, измеряют выходное напряжение источника, сравнивают с псфоговым и при превышении порогового значения осуществляют сброс избыточной реактивной энергии , отличающийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности источника путем снижения перекачки реактивной мощноети , сброс избыточной энергии осуществляют задержкой подачи управляющих импульсов на очередную пару вентилей инвертора до момента достижения выходным напряжением порогового значения. 00 to Од 3 4№jK . J.W

СО1ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5ц4 Н 05 В 7/16

/

- /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В CBTOPCMOMV ВВИВВТВЛЬВТВУ

ГОСУДАРСТВЕНйЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3727883/24-07. (22) 13.04.84 (46) 30.09.85. Бюл. В 36 (72) Л.И.Фаерман, С.В.Житов и Б.Н.Гузанов (71) Центральный научно-исследовательский институт материалов и технологии тяжелого и транспортного машиностроения (53) 621.365.91(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 663064, кл. Н 02 Р 13/ 16, 1972.

Авторское свидетельство СССР

В 1069199, кл. Н 05 В 7/16, 1982. (54)(57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОД-

НОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

УСТАНОВКИ ТЛЕМЩЕГО РАЗРЯДА, содержащего источник постоянного тока, к выходу которого подключен резонансный мостовой инвертор на управляемых вентилях с установленными с его .диагонали переменного тока после„„Я0„„1182690 довательно соединенными конденсаторами, к одному из которых подключена диагональ переменного тока обратного диодного моста, диагональ постоянного тока которого служит выходом источника питания, при котором периодически поочередно подают управляющие импульсы на пары перекрестных вентилей инвертора, измеряют выходное напряжение источника, сравнивают с пороговым и при превышении порогового значения осуществляют сброс избыточной реактивной энергии, отличающийся тем, что, с целью уменьшения установленной мощности источника путем снижения перекачки реактивной мощности, сброс избыточной энергии осуществляют задержкой подачи управляющих импульсов на очередную пару вентилей инвертора до момента достижения выходным напряжением порогового значения.

1182690

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в установках тлеющего разряда для хи-. мико-термической обработки.

Цель изобретения — уменьшение S установленной мощности источника путем снижения перекачки реактивной мощности.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 — временные диаграммы.

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит источник

1 постоянного тока, тиристорный 1S мост резонансного инвертора, собранный на тиристорах 2-5, у которого диагональ постоянного тока подключена через коммутирующий дроссель 6 к выходным зажимам источни- 20 ка 1 постоянного тока, а в диагонали переменного тока включены последовательно соединенные конденсаторы

7 и 8, из которых конденсатор 8 подсоединяется к диагонали перемен- 25 ного тока обратного диодного моста, собранного на диодах 9-12, у которого диагональ постоянного тока подключена к нагрузке 13 — межэлектродному промежутку камеры тлеющего 30 разряда (МЭП KTP),- компаратор 14, один из входов -которого подсоединяется к МЭП KTP 13 через делитель 15, 16 напряжения а другой — к источни) ку 17 порогового напряжения, при этом выход компаратора 14 подсоединяется к управляющему входу генератора тактовых импульсов системы 18 управления тиристорного моста инвертора, содержащей задающий генератор 40

19 тактовых импульсов, формирующий последовательность импульсов заданной частоты, причем начало первого из них совпадает с фронтом появления на его входе управляющего сигнала, отсутствие которого блокирует работу генератора 19; пересчетно-распределительное устройство 20, распределяющее импульсы, поступающие от генератора 19 по двум каналам с относительным смещением их на 180 ; поо канальные выходные усилители 21, формирующие мощные импульсы управления, поступающие на управляющие переходы силовых тиристоров 2-5 инвертора.

Способ, заключающийся в отводе избыточной реактивной энергии с резонансного инвертора непосредственно в нагрузку при превышении выходным напряжением порогового уровня путем задержки импульсов управления, подаваемых на очередную пару перекрестных тиристоров инвертора до момента времени пока выходное напряжение превышает пороговое, осуществляется указанным устройством, работающим следующим образом.

Допустим, что в момент времени t когда выходное напряжение

Ц равно пороговому 0„,, включаются впх перекрестные тиристоры 2 и 3. При этом через коммутирующий дроссель 6 и конденсаторы 7 и 8 по цепи (+)

1-6-2-7-8-3-(-) 1 протекает импульс высокочастотного колебательного тока 1 2 3, перезаряжающий конденсаторы

7 и 8, напряжение на которых Ос и 0 >

Режим колебательного тока обеспечивается выбором параметров элементов ,6 - 8 с учетом необходимости ограничения энергии одного импульса, поступающего в нагрузку 13, на уровне, не приводящим к повреждению обрабатываемых деталей при переходе тлеющего разряда в дуговой, для чего длительность импульсов тока рекомендуется выбирать около 100 мкс.

В процессе перезаряда конденсатора 8 к МЭП KTP 13 прикладывается однополярное напряжение 0 „„, выпрямленное поочередным отпиранием перекрестных диодов 9, 10 и fl, 12 в соответствии с полярностью напряжения на конденсаторе 8 08х . Вначале на интервале 1 - 12 отпираются диоды

f1 и 12, а затем на интервале диоды 9 и 10, При больших сопротивлениях Рн (десятки, тысячи Ом) нагрузки 13 МЭП КТР, имеющих место в различных технологических режимах, например, катодного распыления, неполной загрузки камеры тлеющего разряда в процессе пуска и т.п., в нагрузку 13 ответвляется малая часть тока, т.е. потребление энергии нагрузкой мало. Поэтому к концу интервала 1„-1 проводимости тиристоров

2 и 3 большая (избыточная) часть энергии накапливается на конденсаторах 7 и 8, а напряжение на конденсаторах и 80сми0с8м но 083,„„™превьппает начальное, которое было равно пороговому Од,р . При этом, если в момент,1 (естественного выключения тиристоров 2 и 3) в соответствни с заданной частотой следования тактовых импульсов генератора

19 на тиристоры 4 и 5 подаются отпирающие их импульсы управления то в результате последующего перезаряда конденсаторов 7 и 8 происходит дальнейшее накапливание избыточной энергии и рост напряжения на них и, соответственно, на нагрузке 13. Таким образом, при работе резонансного 10 инвертора данного источник питания в граничном режиме напряжение на конденсаторах 7 и 8 и на выходе источника питания стремится возрасти до некоторого установившегося значения, 15 зависящего от сопротивления нагрузки 8> . При этом, чем больше сопротивление нагрузки, тем выше уровень . установившегося напряжения. В пределе при 1 н -в. оо -USû„ îî.Îäíàêî в, 20 данном устройстве, реализующем предлагаемый способ, такого неограниченного роста напряжения не происходит, так как в момент времени t, когда выходное напряжение, поступающее д5 через делитель 15, 16 на первый вход компаратора 14, становится выше порогового напрякения 17, с выхода компаратора 14, становится выше порогового напряжения 17, с выхода

30 компаратора 14 исчезает управляющий сигнал, что приводит к блокированию работы генератора 19. При этом исключается подача последующих импуль° I сов управления 1>< гс системы 18 управления на управляющие переходы

I 35 тиристоров 4 и 5 в момент t, соответствующий заданной частоте следования тактовых импульсов расторможенного" генератора 19.

На интервале t4.- tg происходит разряд конденсатора 8 через открытые диоды 9 и 1О на нагрузку 13 до порогового напряжения, т.е. происходит .сброс части избыточной энер- 45 гии, накопленной на конденсаторе 8, непосредственно в нагрузку 13. В момент, когда напряжение на конденсаторе 8, и соответственно, на выходе источника питания становится 50 меньше порогового уровня, на входе генератора 19 появляется растормаживающий его сигнал, à íà его выходе— тактовый импульс. При этом практически в этот же момент t после пере- 55 счета и усиления в устройствах 20 и 21 на управляющих переходах тирис-! торов 4 и 5 появляются отпирающие

1182690 4

1 их импульсы у у. Через отпер ые тиристоры 4 и 5 на интервале 4 --4 по

3 цепи (+) 1-6-4-8-7-5-(-) 1 происходит очередной перезаряд конденсаторов

7 и 8. На интервале 6 — 6 вновь осут В ществляется разряд конденсатора 8 до порогового напряжения, а в момент (аналогично описанному выше) включаются тиристоры 2 и 3. Далее процесс повторяется. Таким образом, предлагаемым устройством при условии превышения выходным напряжением (!

8МХ порогового уровня 0д обеспечивается задержка импульсов управления, подаваемых на очередную пару перекрестных тирис ов, например 4 и 5, относительно момента 1< — естественного запирания предыдущей пары перекрестных тиристоров 2 и 3, до момента времени 1, пока выходное напряжение превышает пороговое.

При этом время задержки 1 к изменяЭк4 ется в зависимости от постоянной времени i R C разряд конденсатора 8 на нагрузку 13 и от величины порогового напряжения О„, Очевидно, что, чем больше сопротивление

К нагрузки и меньше величина порогового напряжения, тем больше

Вместе с тем, величина сбрасываемой в нагрузку энергии на интерва- ° лах задержки (.1 1т 19) и соответственно, установившееся зна- чение максимального выходного напряжения0 ы„ определяются уровнем выходного найряженияЦ„, .При Ц„=О,сброс энергии максимальный,а напряжение(! со6М)с м ответственно, минимальное. Эти обстоятельства позволяют при изменении нагрузки в широких пределах ограничивать выходное напряжение источника питания на требуемом уровне, который можно регулировать изменением порогового напряжения 0„ устанавливаемого источником 17. В случае, когда пороговое напряжение выше выходного напряжения Уп > Uscl в кых конце интервала проводимости предыдущей пары перекрестных тиристоров резонансного инвертора, подача очередных управляющих импульсов на последующую пару перекрестных тиристоров производится в соответствии с заданной частотой следования тактовых импульсов генератора 19 системы 18 управления, которую рекомендуется выбирать близкой к собственной частоте колебательного

1 182690

d контура. Для получения требуемого высокого напряжения на выходе источника питания при больших сопро-, тивлениях нагрузки 13 без существенной раскачки напряжения на элементах инвертора необходимо выбирать емкость конденсатора 8 в 2-3 раза ниже емкости конденсатора 7.

Таким образом, предлагаемый способ регулирования (стабилизации на заданном. уровне) выходного напряжения источника питания установки тлеющего разряда и устройство для

его реализации позволяет осуществлять сброс избыточной реактивной энергии непосредственно в нагрузку, за счет чего снизить перекачку реактивной энергии, что в конечном счете в 1,2-1,5 раза уменьшает установленную мощность силового оборудо вания. В предлагаемом устройстве в 3-4

fl tI раза снижена емкость дозирующего конденсатора 7 при той же выходной мощности, что стало возможным благодаря улучшенным условиям работы тиристоров в резонансном инверторе и, соответственно, увеличению его рабочей частоты. Уменьшение емкости

11 tt дозирующего конденсатора позволяет исключить шунтирование МЭП KTP короткозамыкающим тиристором, что, в свою очередь, повышает надежность работы инвертора и надежность защиты

1О обрабатываемых изделий от повреждения при срыве тлеющего разряда в дуговой. Кроме того в изобретении более высокое отношение среднего напряжения на нагрузке к его амплитуде при больших сопротивлениях ИЭП

КТР, так как форма напряжения здесь

1 O носит трапецеидальный характер, а в базовом образце — экспоненциально-спадающий, что позволяет пони2р зить длительность технологического процесса обработки изделий. Наряду с этим, условия пуска установки в процессе возбуждения тлеющего разряда в изобретении более благоприят25 ные, так как в нем токи через тиристоры моста не ограничиваются большим сопротивлением МЭП КТР, как в базовом образце.

1182690 ЖЕ

Составитель О.Турпак

Редактор С.Лисина Техред Ж.Кастелевич Корректор,Г.Решетник.

Заказ 6122/56 Тираж 793 Ноддис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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