close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2032

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2032
(13)
C1
6
(51) C 25D 21/12
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ГАЛЬВАНОТЕХНОЛОГИИ
(21) Номер заявки: 191
(22) 19.03.1993
(46) 30.03.1998
(71) Заявитель: Завод полупроводниковых приборов им. Ф.Э.Дзержинского НПО "Интеграл" (BY)
(72) Авторы: Крупень П.Н., Куценко В.М., Хмыль А.А.,
Саковец С.И., Емельянов В.А. (BY)
(73) Патентообладатель: Завод
полупроводниковых
приборов им.Ф.Э. Дзержинского НПО "Интеграл"
(BY)
(57)
Электропреобразователь для гальванотехнологии, содержащий два транзисторных ключа, подключенных силовой цепью параллельно к дросселю изменяемой индуктивности, блок управления, первый и второй
выходы которого соединены с базами соответствующих ключей, а первый и второй входы подключены к
входным электродам соответствующих транзисторных ключей, нагрузку, двуполярный источник питания,
подсоединенный нулевым выводом к аноду нагрузки, отличающийся тем, что двуполярный источник питания выполнен в виде сетевого выпрямителя, а в электропреобразователь дополнительно введены первый и
второй тиристоры, включенные встречно параллельно между выходными электродами ключей и общим
проводом, управляющие электроды которых подключены соответственно к третьему и четвертому выходам
блока управления, резистор, соединенный первым выводом с дросселем, а вторым выводом - с катодом нагрузки, измерительный усилитель, входы которого подключены к выводам резистора, аналого-цифровой
преобразователь (АЦП), измеритель напряжения, выход которого соединен с входом АЦП, а вход - с третьим входом блока управления, регистр, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого подключен к четвертому входу блока
Фиг. 1
BY 2032 C1
управления, а вход - к выходу регистра, первый, второй и третий таймеры, выходы первых двух из которых
соединены соответственно с пятым и шестым входами блока управления, управляющая ЭВМ, системная
шина которой соединена с выходом АЦП, входом регистра, входами и выходами таймеров, третий и четвертый тиристоры, первый, второй и третий конденсаторы, блок управления тиристорами и коммутатор,
причем один вывод первого конденсатора подключен к общему проводу, а другой соединен с выводом
дросселя и 1-ым выводом резистора, первый вход коммутатора подключен к выходу измерительного усилителя, второй вход - ко второму выводу резистора и катоду нагрузки, выход соединен с входом измерителя
напряжения, а управляющий вход - со вторым выходом регистра, вход сетевого выпрямителя подключен к
промышленной сети, его первый выход соединен с первым входом блока управления тиристорами и анодом
третьего тиристора, катод которого подключен к выводу второго конденсатора и первому входу блока
управления, второй выход сетевого выпрямителя соединен с катодом четвертого тиристора, анод которого
подключен к выводу третьего конденсатора и второму входу блока управления, другие выводы второго и
третьего конденсаторов объединены с нулевым выводом сетевого выпрямителя и подключены к общему проводу, 1-й и 2-ой выходы блока управления тиристорами подключены к управляющим электродам третьего и
четвертого тиристоров соответственно, второй вход блока управления тиристорами соединен с выходом ЦАП,
третий вход - с выходом первого таймера, а четвертый вход - с выходом второго таймера.
(56)
1. А.с. СССР 1341253 МКИ - С25D 21/12, 1987.
Изобретение относится к гальванотехнике и может быть применено для питания гальванических ванн
при нанесении гальванических покрытий, для электрохимического обезжиривания и травления, а также для
электрохимического анодирования.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и выполняемым функциям
является электропреобразователь для гальванотехнологии, содержащий приборы контроля тока, двуполярный источник питания, нагрузку, два встречно-параллельно включенных транзисторных ключа, дроссель и
блок управления [1].
Недостатком данного устройства является отсутствие стабилизации тока и напряжения в нагрузке, малая
экономичность при необходимости изменения выходного напряжения в широких пределах, а также невозможность программного управления технологическим процессом.
В основу изобретения положена задача создания электропреобразователя для гальванотехнологии, способного осуществлять стабилизацию как тока нагрузки, так и напряжения под управлением ЭВМ по заранее
заданной программе. Предлагаемый электропреобразователь обладает повышенной экономичностью и
обеспечивает изменение выходного напряжения в широких пределах. Это достигается тем, что в электропреобразователе, содержащем два транзисторных ключа, подключенных силовой цепью параллельно к
дросселю изменяемой индуктивности, блок управления, первый и второй выходы которого соединены с базами соответствующих ключей, а первый и второй входы подключены к входным электродам соответствующих транзисторных ключей, нагрузку, двуполярный источник питания, подсоединенный нулевым
выводом к аноду нагрузки, двуполярный источник питания выполнен в виде сетевого выпрямителя и в электропреобразователь дополнительно введены первый и второй и тиристоры, включенные встречно параллельно между выходными электродами ключей и общим проводом, управляющие электроды которых
подключены, соответственно, к третьему и четвертому выходам блока управления, резистор, соединенный
первым выводом с дросселем, а вторым выводом - с катодом нагрузки, измерительный усилитель, входы
которого подключены к выводам резистора, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), измеритель напряжения, выход которого соединен с входом АЦП, а вход - с третьим входом блока управления, регистр, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), выход которого подключен к четвертому входу блока управления, а
вход - к выходу регистра, первый, второй и третий таймеры, выходы первых двух из которых соединены соответственно с пятым и шестым входами блока управления, управляющая ЭВМ, системная шина которой
соединена с выходом АЦП, входом регистра, входами и выходами таймеров, третий и четвертый тиристоры, первый, второй и третий конденсаторы, блок управления тиристорами и коммутатор, причем один вывод первого конденсатора подключен к общему проводу, а другой соединен с выводами дросселя и 1-ым
выводом резистора, первый вход коммутатора подключен к выходу измерительного усилителя, второй вход - к
второму выводу резистора и катоду нагрузки, выход соединен с входом измерителя напряжения, а управляющий
вход - со вторым выходом регистра, вход сетевого выпрямителя подключен к промышленной сети, его первый
выход соединен с первым входом блока управления тиристорами и анодом третьего тиристора, катод которого
подключен к выводу второго конденсатора и первому входу блока управления, второй выход сетевого выпрямителя соединен с катодом четвертого тиристора, анод которого подключен к выводу третьего конденсатора и второму входу блока управления, другие выводы второго и третьего конденсатора объединены с нулевым выводом
сетевого выпрямителя и подключены к общему проводу, 1-й и 2-ой выходы блока управления тиристо2
BY 2032 C1
рами подключены к управляющим электродам третьего и четвертого тиристоров соответственно, второй
вход блока управления тиристорами соединен с выходом ЦАП, третий вход - с выходом первого таймера,
а четвертый вход - с выходом второго таймера.
В предлагаемом электропреобразателе коммутатор напряжения в зависимости от сигнала на его управляющем входе, поступающего с выхода регистра, подает на вход АЦП напряжение с выхода измерительного усилителя или с выхода электропреобразователя. В первом случае код на выходе АЦП пропорционален току в
цепи нагрузки, во втором случае выходному напряжению.
Управляющая ЭВМ, в ходе выполнения программы, может изменять режим работы коммутирующих элементов и, тем самым, осуществлять стабилизацию выходного напряжения или тока.
Для изменения выходного напряжения в широких пределах (от единиц до 400-500 В) при проведении технологических процессов анодирования к входам транзисторных ключей должно быть приложено высокое напряжение,
равное максимальному выходному. Стабилизация малых напряжений при этом связана с включением ключей на
очень короткие промежутки времени. Сравнительно невысокое быстродействие мощных транзисторов приводит к
удлинению фронтов и увеличению рассеиваемой мощности в момент их коммутации (закрывания) и, следовательно, снижению экономичности электропреобразователя. Введенная система первичной регулировки напряжения на
входах транзисторных ключей с помощью тиристоров позволяет поддерживать его на минимально необходимом
уровне, достаточном для нормальной работы ключей. В этом случае даже при малой величине выходного напряжения длительность открытого состояния ключей возрастает, переходные процессы коммутации составляют малое
время от всего периода работы, и импульсная мощность, рассеиваемая на ключах, соответственно снижается. Кроме того, за счет снижения рассеиваемой мощности транзисторные ключи работают в облегченном режиме, что увеличивает надежность электропреобразователя и повышает коэффициент стабилизации выходного напряжения.
Таким образом, предложенная схема электропреобразователя обладает более широкими функциональными возможностями, имеет более высокую экономичность и надежность по сравнению с прототипом [1].
На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя, на фиг.2 - функциональная схема блока
управления, на фиг.3 - функциональная схема модуля управления тиристорами, а на фиг.4, 5, 6 - временные
диаграммы работы преобразователя.
Преобразователь (фиг.1) содержит управляющую ЭВМ 1 с системной шиной 2, регистр 3, первый 4, второй 5 и третий 6 таймеры, ЦАП 7, блок управления 8, блок управления тиристорами 9, коммутатор 10, измеритель 11 напряжения, выпрямитель 12, первый 13, второй 14, третий 15 и четвертый 16 тиристоры,
первый 17, второй 18 и третий 19 конденсаторы, первый 20 и второй 21 транзисторные ключи, индуктивность (дроссель) 22, резистор 23, электроды 24 и 25 гальванической ванны 26, АЦП 27, измерительный усилитель 28 и выходы 29 первого, 30 второго и 31 третьего таймеров, подключенные к системной шине.
Блок управления 8 (фиг.2) содержит первый 32 и второй 33 компараторы, первый 34 и второй 35 элементы "И", первый 36 и второй 37 усилители, первый 38 и второй 39 ждущие мультивибраторы, первый 40 и
второй 41 формирователи импульсов запуска тиристоров, причем первый вход первого 32 компаратора соединен с вторым входом второго компаратора 33, а второй вход первого 32 компаратора - с первым входом второго компаратора 33. Выход первого 32 компаратора соединен с входом первого элемента "И" 34, а выход второго
компаратора 33 - с входом второго элемента "И" 35. Выходы элементов 34 и 35 подключены соответственно к первым входам усилителей 36 и 37 и входам ждущих мультивибраторов 38 и 39, выходы которых, в свою очередь, соединены с входами формирователей 40 и 41 соответственно. Второй вход усилителя 36 является первым входом,
второй вход усилителя 37 вторым входом, а выходы усилителей 36 и 37 соответственно первым и вторым выходами блока 8. Объединенные входы компараторов 32 и 33 являются третьим и четвертым входами, другие входы элементов 34 и 35 соответственно пятым и шестым входами, а выходы формирователей 40 и 41 третьим и
четвертым выходами блока 8 соответственно.
Блок управления тиристорами 9 (фиг.3) состоит из инвертирующего масштабного усилителя 42, генератора
43 пилообразного напряжения, компаратора 44, двухвходовых элементов "И" 45 и 46, ждущих мультивибраторов 47 и 48 и формирователей импульсов запуска тиристоров 49 и 50, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами блока 9. Выход усилителя 42 и генератора 43 соединены с входами
компаратора 44, выход которого подключен к объединенным входам элементов 45 и 46, выходы которых соединены соответственно с входами ждущих мультивибраторов 47 и 48, выходы которых, в свою очередь, подключены к входам формирователей импульсов 49 и 50 соответственно. Вход генератора 43 является первым,
вход усилителя 42 - вторым, другие входы элементов 45 и 46 соответственно третьим и четвертым входами
блока 9.
Электропреобразователь (фиг. 1) работает следующим образом. ЭВМ 1 через системную магистраль 2 записывает в регистр 3 код, соответствующий величине заданного тока или напряжения, и дополнительный бит,
определяющий какой из параметров (ток или напряжение) должен стабилизироваться в данном цикле. В первый таймер 4 записывается код, соответствующий длительности положительной полярности выходного тока
или напряжения, во второй таймер 5 -код, соответствующий длительности отрицательной полярности, а в третий таймер 6 -код, соответствующий длительности паузы.
3
BY 2032 C1
Код с первого выхода регистра 3 подается на вход ЦАП 7 , на выходе которого устанавливается напряжение, пропорциональное входному коду, и подается на четвертый вход блока 8 и второй вход блока 9.
На выходе первого таймера 4, если формируемое в нагрузке напряжение должно иметь положительную
полярность, устанавливается высокий единичный уровень. Для отрицательной полярности выходного напряжения высокий уровень устанавливается на выходе таймера 5.
Рассмотрим работу преобразователя в режиме стабилизации напряжения положительной полярности. В
этом случае на управляющий вход коммутатора 10 с дополнительного выхода регистра 3 подается логическая единица. Коммутатор 10 переключается таким образом, что на вход измерителя 11 поступает выходное
напряжение электропреобразователя.
Выходное напряжение ЦАП 7, поступающее на второй вход блока 9 (фиг.4а), где усиливается и инвертируется усилителем 42 таким образом (фиг.4б), что при максимальном выходном напряжении ЦАП на выходе усилителя 42 напряжение близко к нулю, а при его уменьшении- возрастает. С выхода усилителя 42 напряжение
поступает на второй (инвертирующий) вход компаратора 44.
Выпрямленное (пульсирующее) напряжение сети положительной полярности (фиг.4в) с первого выхода
выпрямителя 12 поступает на первый вход блока 9 и периодически запускает генератор 43, на выходе которого напряжения нарастает в течение полупериода сети (фиг.4г). Это напряжение поступает на первый вход
компаратора 44.
Пока напряжение на первом входе компаратора 44 меньше, чем на втором, на выходе компаратора 44
поддерживается низкий уровень. При совпадении напряжений компаратор 44 переключается, на его выходе
появляется высокий уровень, поступающий на входы элементов "И" 45 и 46. На другой вход элемента 45,
соединенного с третьим входом блока 9, поступает логическая единица с выхода первого таймера 4, поэтому элемент 45 открывается и на его выходе появляется единичный уровень. Этот уровнь запускает ждущий
мультивибратор 47, формирующий одиночный импульс, по которому формирователь 49 открывает тиристор
15 (фиг. 4д).
Тиристор 15 удерживается в открытом состоянии до конца полупериода сетевого напряжения (фиг.4е). В течение этого времени конденсатор 18 заряжается, напряжение на нем устанавливается пропорционально выходному
напряжению ЦАП (фиг.4ж). Например, если напряжение ЦАП 7 возрастает, то на выходе усилителя 42 напряжение
уменьшается, компаратор 44 срабатывает раньше, тиристор 15 открыт большую часть полупериода и напряжение
на конденсаторе 18 также возрастает.
В блоке управления 8 напряжение с выхода ЦАП 7 поступает на второй (неинвертирующий) вход компаратора 32. Поскольку выходное напряжение преобразователя равно нулю, нулевой уровень через коммутатор поступает на третий вход блока 8 и далее на первый вход компаратора 32, в результате чего на его выходе
устанавливается высокий уровень. Элемент "И" 34 открыт единичным уровнем с выхода первого таймера 4, поэтому с его выхода высокий уровень через усилитель 36 подается на базу ключа 20 и открывает его. В индуктивности 22 начинает возрастать ток, а на конденсаторе 17 - напряжение (фиг.5а), которое через коммутатор 10
подается на первый вход компаратора 32. При совпадении напряжений на его входах, на выходе компаратора
32 появляется низкий уровень, элемент 34 закрывается и закрывает ключ 20 (фиг.5б). Одновременно срабатывает ждущий мультивибратор 38 (фиг.5в), его входной импульс через формирователь 40 включает первый тиристор 13 (фиг.5г), который замыкает цепь тока. Ток начинает протекать через индуктивность 22, резистор 23,
электроды 24 и 25 гальванической ванны 26 и тиристор 13. Энергия, накопленная в дросселе 22, уменьшается, в
результате чего уменьшается напряжение на конденсаторе 17 и, соответственно, на первом входе компаратора
32. Когда оно станет меньшим напряжения с ЦАП, компаратор 32 сработает снова, на его выходе появится высокий уровень, ключ 20 откроется, а тиристор 13 закроется за счет появления положительного напряжения на
его катоде с выхода ключа 20. Процесс поддержания заданного напряжения на нагрузке будет повторяться.
При открывании ключа 20 начинается процесс рекуперации энергии, накопленной в конденсаторе 16 в
элементы реактора, образованного дросселем 22 и первым конденсатором 17. Чем больше разность между
выходным напряжением преобразователя и напряжением на конденсаторе 18, тем короче время открытого
состояния ключа 20, но и тем больше величина перерегулирования и удельный вес коммутационных потерь.
Поддерживая напряжение на конденсаторе 18 на минимально необходимом для работы ключа 20 уровне
с помощью регулирования длительности открытого состояния тиристора 15, можно обеспечить достаточно
длительный период открытого состояния ключа 20 (t1, фиг.5). В этом случае переходные процессы протекают за более короткое время и их влияние на стабильность выходного напряжения и экономичность преобразователя снижается.
При работе преобразователя напряжение с выхода коммутатора 10 поступает на вход измерителя среднего значения 11, усредняющего поступающее напряжение за определенный период, а затем подается на
вход АЦП. АЦП 27 преобразует поступившее напряжение в цифровой код и через системную шину 2 посылает в управляющую ЭВМ 1. ЭВМ сравнивает поступивший код с хранящимся в ее памяти заданным и по
результатам сравнения вырабатывает новый код регулирования, который записывает в регистр 3. По этому
коду ЦАП 7 формирует управляющее напряжение, поступающее в блоки 8 и 9.
4
BY 2032 C1
Выходное напряжение электропреобразователя изменяется в соответствии с переданным из ЭВМ кодом.
При этом диапазон изменения выходного напряжения составляет от нескольких вольт до амплитудного напряжения сети и во всем диапазоне поддерживается высокая стабильность выходного напряжения.
Описанный процесс работы преобразователя по стабилизации выходного положительного напряжения
происходит до тех пор, пока на выходе первого таймера 4 поддерживается высокий уровень (фиг.6а). С
окончанием данного периода на выходе таймера 4 устанавливается низкий уровень, блоки 8 и 9 выключаются и выходное напряжение падает до нуля. Одновременно сигнал таймера 4 на выходе 29 через системную шину 2 вызывает прерывание ЭВМ 1, которая выполняет соответствующую подпрограмму. Если после
периода формирования положительного напряжения должна следовать пауза, то включается третий таймер
6 (фиг.6б), сигнал на выходе 31 которого свидетельствует об окончании паузы.
ЭВМ 1 загружает в регистр 3 код величины отрицательного напряжения, а в таймер 5 - длительность периода отрицательного напряжения. На выходе 30 таймера 5 устанавливается высокий уровень (фиг.6в) и
происходит процесс формирования выходного отрицательного напряжения (фиг.6г), в котором участвуют
тиристоры 14 и 16, конденсатор 19, ключ 21 под управлением блоков 8 и 9, в которых включены соответствующие элементы.
Для стабилизации выходного тока в регистр 3 ЭВМ 1 записывает код необходимой величины тока нагрузки и
служебный бит, равный нулю, который переключает коммутатор 10. На выход коммутатора 10 поступает выходное
напряжение усилителя 28, пропорциональное току нагрузки. Общий принцип регулирования выходного тока
электропреобразователя при этом сохраняется (фиг.6д).
Изменяя код в регистре 3 в ходе процесса, можно получить изменение выходного напряжения или тока электропреобразователя по любому сложному закону. В этом случае ЭВМ должна рассчитать аппроксимирующую
кривую, ее дискретизацию и в соответствии с расчетами периодически записывать в регистр 3 новые коды. Поскольку устройство автоматически отслеживает заданную величину тока или напряжения, выходной ток или
напряжение будет изменяться по заданному закону.
Таким образом, введение новых элементов и связей позволяет автоматически изменять величину и форму как напряжения гальванической ванны, так и протекающего через нее тока при действии различных дестабилизирующих факторов, повысить коэффициент стабилизации выходного напряжения при его
изменении в широких пределах и повысить экономичность работы преобразователя во всем диапазоне изменения выходного напряжения.
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
5
BY 2032 C1
Фиг. 6
Cоставитель Е.В. Фёдоров
Редактор В.Н. Позняк
Корректор С.А. Тикач
Заказ 0013
Тираж 20 экз.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
189 Кб
Теги
by2032, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа