Устройство управления процессом электроосаждения металлов и сплавов

(57) Изобрнотехнике я пит при стаци цио нарном ретения озможнос м ва ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельсгКф 960322, кл . С 25 0 21/12Авторское свидетельствоУ 1186711, кл. С 25 Р 21/1 ЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ етение относится к гальваи может быть использовано я гальванических ванн как нарком, так и при нестаэлектролизе. Цель изорасширение технологически ей при нанесении покрытий ирования числа анодных и катодных импульсов н стабилизациисреднего значения выходных параметровУстройство содержит силовой понижающий трансформатор 1, выход которого подключен к блоку 2 тиристорованодного и катодного каналов, соединенньгх встречно-параллельно, блоки3 и 4 - системы импульсно-фазовогоуправления анодного и катодного каналов, выходы которых годключенык соответствующим входам блока тиристоров, блок 5 выбора рода работ,подключенный к входам блока 3 и 4,блок 6 переключения каналов, задатчик 7 эталонных параметров, датчик8 выходных параметров, блок 9 сравнения и стабилизации выходных параметров, формирователь 10 сигналовчисло-импульсного управления, узел11 занесения программы, блоки 12 и13 индикации и набора числа анодных1527330 Щйб и ЯМЕСоставитель С,Пономарев Редактор В,Петраш Техред И,Ходаниц орректор С.Черн одписно ГКНТ СС етениям и открытиям ушская. наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О 1 каз 7487/38НИИПИ Госуда Тираж 605венного комитета ло из113035, Москва, 3-35, Р1527330 25 30 35 40 50 55 и катодных импульсов, блок пуска 14,блок 15 сброса и защиты от перегрузок, генератор 16 синхроимпульсов, Выходы блока 6 связаны с входа 5 ми блоков 3 и 4, а входы последнего соединены с выходами блока 9Э причем входы блока 9 подключены к задатчику 7 и датчику 8, который связан с выходом блока 2. Вхоиы бло ка 6 соединены с выходами блока 14, блока 15 и формирователя 10, а один из выходов формирователя 10 связан с выходом блока 6. Входы формирователя 10 соединены с выходами блоков 12 и 13, с узлом 11, а выход блока 15 соединен с блоком 5. Вход блока 15 связан с генератором 16,Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано для питания гальванических ванн как при стационарном, так и при нестационарном электролизе.Целью изобретения является расширение технологических возможностей при нанесении покрытий путем варьирования числа анодных и катодных импульсов тока и стабилизация среднего значения выходных параметров.На фиг,1 дана блок-схема устройства; на фиг.2 - принципиальная схема блока тиристоров; на фиг.3 принципиальная схема блока переклю - чения каналов; на фиг4 - принципиальная схема формирователя сигналов число-импульсного управления; на фиг.5 - временная диаграмма работы устройства в режиме асимметричного тока; на фиг.6 - то же, в режиме импульсного тока; на фиг,7 то же, в режиме реверсивного тока; на фиг.8 - то же, в режиме постоянного анодного или катодного токов.Устройство содержит (фиг.1) силовой понижающий трансформатор 1, выход которого подключен к блоку 2 тиристоров анодного и катодного каналов, соединенных встречно-параллельно, блок 3 - систему импульсно- фазового управления анодндго канала, блок 4 - систему импульсно-фазового управления катодного канала, выходы которых подключены к соответствующим входам блока 2 тиристопричем выходы блока 16 соединены с входами блоков 5, 14, формирователя 10. Расширение технологических возможностей достигается введением в устройство блока .ереключе .ия каналовв, задатчика эталонных параметров датчика выходных параметров, блока сравнения и стабилизации выходных параметров, 1 ормирователя сигналов число-ипльсного управления, узла завесе.ч;я программы, блоков индикаци,1 и н,.бсра .псла анодных и катодных импульсов, блока пуска, блока сброса и защиты от перегрузок и генератора синхроимпульсов.2 з.п, ф-лы, 8 ил. ров, блок 5 выбора рода работ,подключенный к входам блоков 3 и 4, блок 6 переключения каналов, задатчик (блок) 7 эталонных параметров, датчик 8 выходных параметров, блок 9 сравнения и стабилизации вы-. ходных параметров, форми-, овател., 10 сигналов число-импульсного управления, уз.л 11 зане .ен.;я програмю 1, блоки 12 и 1.3 иникации и набора числа аноных и катодных импульсов, блок 14 пуска, блок 15 сброса и защиты от перегрузок, генератор 16 синхроимпульсов, Причем выходы блока 6 связаны с входами блоков 3 и 4, а входы последнего соединены с выходами блока 9, причем входы блока 9 подключены к задатчику 7 и датчику 8, а датчик 8 связан с выходом блока 2. Кроме того, входы блока 6 соединены с выходами блока 14, блока 15 и формирователя 10, а один из входов формирователя 10 связан с выходом блока 6, кроме этоговходй формирователя 10 соединены с выходами блоков 12 и 13, а также с узлом 14Выход блока 15 соединен с блоком 5, а входы блока 15 связаны с генератором 16 и датчиком 8, причем выходы генератора 16 соединены с входами блоков 5, 10 и 14.Блок 2 (фиг.2) содержит тиристоры 17 анодного канала, тиристоры 18 катодного канала, измерительный шунты, 19 анодного канала, измерительный ш, 20 катодного канала, измерительный шунт 21 среднего значения тока, причем50 Блок 2 тиристоров анодного и катодного каналов, являясь силовой ча- стью установки, предназначен дпя изменения полярности тока в цепи 55 нагрузки ц работы только в режиме анодного цли катсдцого выпрямления в зависимости от блока 5 выбора рода работ. тиристоры 17 и 18 соединены по однофазной мостовой схеме выпрямлецияи включены встречно в параллель,входы мостовых схем подключены к си- .5ловому понижающему трансформатору 1(фиг.1), а цх выходы - через измерительные шунты 19-21 к нагрузке идатчику 8 выходных параметров.1Блок 6 переключения каналов(фиг.З) содержит логические элементы 2 И-НЕ 22-29, логические элементы ЗИ-НЕ 30 и 31, элементы (триггеры) 32-35, логический элемент 2 И-ИЛИ36 . Причем элементы 3 1, 35, 26, 33и 28, соединенные последовательно,образуют линию управления включениемкатодного канала, а элементы 30,34, 24, 32 и 35 соединенные последовательно, образуют линию управления включением анодного канала.Элементы 22, 23, 28 и 36 образуют линию выборки импульса занесенияинформации в формирователь 10Формирователь 10 сигналов числоимпульсного управления (фиг 4) содержит элементы (Р-триггеры) 37 и38, логические элементы 2-2 ИИЛИ-НЕ39 и 40, двоично-десятичный реверсивный счетчик 41 циклов и логический элемент 4 И-ИЛ-НЕ 42. Причем информационные входы элемента 37 соединены с выходом блока 12 индикации и набора числа анодных импульсов, а информационные входы элемента38 соединены с выходом блока 13 индикации и набора числа катодных импульсов. Выходы элементов 37 и 38подключены соответственно на входыэлементов 39 и 40, а выходы элементов 39 и 40 соединены с входами401 э реверсивного счетчика 4 1, Выходсчетчика 41 соединен с элементом42, а выход элемента 42 подключенк блоку 6 переключения каналов.Силовой понижающий трансформатор 451 служит для согласования входногои выходного напряжений силовой сети, причем напряжение вторичной обмотки определяет значение напряженияна нагрузке. Сиг тсзм. цмп зьс цо с 1)с 3. он, Го уг -рпн сепия пред з. с 1 сдля.цлецця по мощотц ; гцапоп управ; ич, гс срцрсванця ппц,ц стпцрающцх цмпульссн .и. т,рцстсров блока 2 ь регул;ронацин угла стс ечкц тцрцстсров.Блок 5 вьбора рода 1 абоз служит для перевода устроцстна в длительный ацсдньп, длительный катодый цли д;цз ельый пестаноарый режимы и ВЬрабатЬШ; с. т ИМПУЛЬСЫ 1 1 аПЗ.ЕИ. дпя олоксв 3 иЕлок 6 переклюцсеццч каналов ппадазцачсц;,ля ьь,работки гц.салон зап,ока блоков 3 и 4 устройства по соэтветствуюшцм ацалам.Задат:цк 7 эталонных параметров служцт для задацця требуемого среднего значения вьсодцых параметров,Датчик Р высслцых параметров служит для контроля заданных средццх зцапеццй тока цлц напряжения на нагрузке ц нырабатывает напряжение для сравце 1 с заданным зцаченцем за - дат.ка 7.Блок 9 сранцецц . ц стабилизации выходцы;: параметров ньрабатывает сигналы для компенсации отклонений вы - ходого параметра ца нагрузке по ка;дому ка)калу от заданных средних значеций.Силовой поццжающцй трацсфсрматор 1 с блохами 2, 3 ц 9, з здатчиком 7 и датчиком Я, соединенными определенным образом, образует встречно-параллепьцо включенные выпрямители аноднсго и катодцого каналов. Прц этом задатчик 7 ц датчик 8,блоки 9 ц 3, тцрцсторы 17, измерительные шунты 19 и 21 ц нагрузка образуют контур отрицательной обратной связи для стабилиэаццц среднего зцачецця выходньх параметров анодого канала, а блоки 9 и 4, задатчцк 7, датчик 8, тирцсторы 18, измерительные шунты 20 и 21 и нагрузка - контур отрицательной обратной связи для стабилцзсцсци среднего значения зьмодцых параметров катодого канала.Изысзрцтельье шунты 19-21 (фиг.2,) сл-:;ат;т;ся индикации токов каждогз канала . среднего с начшя разностных токов катодого ц аа ого каналов ц являются первиьм датчиком 8.Формирователь 10 сцгцалов чцслоимпульсного управцец 1 служит для преобразования сцгцсзла, заданного1527330пирающих импульсов тиристоров блока 2);Ц 7 - напряжение на нагрузке,Для пояснения работы устройстварассмотрим временные диаграммы дляразличных видов рода работ устройства.Род работы - нестационарный, режим - асимметричный.Пусть число импупьсов анодногои катодного каналов 1:1 (фиг.5),При этом имеется н виду, что числоимпульсов равно числу пслупериодовили части полупериода. В данномслучае будет один полупериод (иличасть полупериода) - длительностьанодного периода.Генератор 16 синхроимпульсои вырабатывает сдвинутые по времени импульсы С 1 и С 2. При этом длительность с, равна одному полупериоду, а 7 - время между импульсамиС 1 и С 2, необходимое для задержкиначала пачки отпираюших импульсовзапуска тиристоров блока 2 относительно момента начала полупериодасетевого напряжения. Известно, чтопри включении тиристора с моментаперехода через нуль его аноцногонапряжения ток чс; з тиристор достигает знач:ния 1 не сразу, а чеРыклрез время, равное 50-100 мкс для наи.более распр устраненных силовых тиристоров,55 рения;П 6 - импульсы с частотой 5 кГц со скважностью с 1 = 6 на выходе блоков 3 и 4 с периодом повторения Т 1, - длЯ катодного канала и Та - длЯ анодного канала (Ти Т - пачки отПо импульсу пуска ПЗ и по синхроимпульсу С 2 включается катодный канал блока 6 на время от С 2 до появления синхроимпульса С 1 (фиг,З и 5). По импульсу С 1 катодный канал блока 6 выключается от импульса формирователя 10В данном случае записано в блоках 12 и 13 по одному импульсу и, следовательно, каналы в блоке 6 переключаются через каждый полупериод. Далее идет пауза т.е. на это время не включается ни один из каналов блока 6 до первого синхроимпульса С 2. По импульсу С 2 запускается анодный канал блока 6 и этот канал включается по импульсу С 1 и т,п. При этом импульсы П 5 на выходе блока 6 имеют длительность Т равную Т г (так как счет им- К апульсов 1;1). Так как среднее значение катодного и анодного тока зависит от заданных значений эталонных напряжений, то на ныхо-.,ах блок . 3 и 4 вырабатываются пачки отпира50 ющих импульсов Бб с длительностьюК Опачки Т ( Тги Т 4 Т.Рассмотрим другое соотношениечисла импульсов. Например при чис 5ле импульсов 3:3 импульсы Бб - длительность пачки отпирающих импульсов на выходе блоков 3 и 4 будутиметь длительность Т к3 и ТиТа ( ЗТс перерывами длительностипачки отпирающих импульсов на время.отсечки в каждом полупериоде согласно среднему заданному значению катодного и анодного токов от блока 7,Пусть число импульсов в катсдцсм.канале 3, а в анодном 2. ТогдаТ ЗТ, а Т 2 Т, с прерывамина время отсечки в каждом пслупериоде.Временные диаграммы работы устройства в режиме импульсного тока (родработы - нестационарцый) представлены на фиг,б. По условиям работы вимпульсном режиме анодный канал обесточен, т.е. в блоке 7 задается значение анодного тока, равное нулю,но сохраняется длительность его работы между катодными импульсами. Пб -пачка отпирающих импульсов гиристоровкатодного канала (выходнсе напряжение 30блока 4), а У 7 - форма импульсовна нагрузке.Пусть число импульсов в катодномканапе 2, а в анодном 3. П 7 - Формаимпульсов на нагрузке при числе импульсов 2:335Пусть число импульсов 3:3, тогдаТ( ЗТ г с перерывами на время углаотсечки включения тиристоров блока2 в каждом полупериоде, а гг 7 - форма 40напряжений на нагрузке при соотношении импульсов 3:3,Временные диаграммы работы устройства в режиме реверсивного тока (родработы - нестационарный) представлены на фиг.7. Пусть в катодном кана 45ле число импульсов будет 3, а в анодном 1, тогда Тк С ЗТ", а Та-Т, Ббдлительность пачки отпирающих импульсов на выходе блоков 3 и 4, аП 7 - форма напряжений на нагрузке,Пусть в катсдный канал занесено число 5, а в анодный 1, тогда Тб 5 Т,а ТТг, Бб - длительность пачки отпирающих импульсов на вьгхоце блоков3 и 4, Б 7 - форма напряжений на нагрузке (фиг.7).Род работы - постоянно-ацодныйили псстоягьно-катодный. Временные Гцагр а гмг 11 редстагглс гы на фиг.8:Пб - форма па гки стгцгракщцх импульсов ца выходе блока 3 (постояццсацодцый режим), длитецьггссть пачКц ОтП 11 раЮщцХ ИМПУЛЬСОВ Зацггецт От продолжительности работы в этом режиме и может быть с паузами ца время угла отсечки включения ацсдцых тиристоров в каждом пслупериоде;аБ 7 - форма напряжений цэ нагрузке,Бб - форма пачки отгггграющггх цмгг,гльссв ца выходе блока 4 (постоянцг -катсдцый режим) и может бггть с гауэамгф ца время угла отсечки включения катодцых тирцсторсв в каждомпслупериоде 07 " - форма напряжений на нагруэ.ке.Устройство работает следующим образом. Род работы - цестациснарный,В этом режиме блок 5 выбора родаработ вырабатывает импульсы разрешения на управление системами импульсно-фаэоггого управленц ст блока 6переключения каналов,Пусть в блоках 12 и 13 индикации и набора числа анодных и катодцых импульсов набрано необходимоечисло, Под числом импульсов понимается число пслупериодов (или егочасть), которые прикладываются кнагрузке поочередно во время катодного и анодцого циклов. При этом рас.пределение числа импульсов по времени занимает определенный интервал,называемый интервалом повторения выходного параметра. В этом случаевыходное напряжение подключается кнагрузке в течение интервала повторения.Выходной сигнал, соответствующийнабранному числу, с блоков 12 и 13подается на входы триггеров 37 и 38формирователя 10, С помощью выходного импульса от узла 11 занесенияпрограммы, поданного на тактируемыевходы триггеров 37 и 38, заноситсянабранная информация. Здесь триггеры 37 и 38 выполняют функцию рег.петров записи набранной инФормации, 11 афиг.4 показан только один двоичнс-десятичный регистр, выполненныйна триггерах 37 ц 38 пс каждомуканалу соответственно, 1527330 12Считывание информации с триггеров37 и 38 для записи в реверсивныйсчетчик 4 1 циклов производится подачей сигналов Т" и Т" от блока 6г Гпереключения каналов на элементы39 и 40. Когда на выходах счетчика41 - состояние логического "0", навыходе элемента 42 - состояние логической " 1". Этот сигнал логической "1" называется "Основной счетравен нулю" ("Осн. Сч = 0). СигналнОсн, СчОн подается на входы элементов 30 и 31 блока 6Переключение каналов в блоке 6происходит по синхроимпульсам С 2при условии, когда счет реверсивного счетчика 41 циклов равен нулю.Реализация такой логической операцииприведена на принципиальной схеме(фиг.З). По пуску устройства блок14 вырабатывает импульс, которыйподается на входы элементов 2 И-НЕ22 и 23 и по синхроимпульсам С 2 илиэРС 2 (С 2 и С 2 - импульсы для первоначального включения анодного иликатодного каналов) устанавливает всостояние "1" триггер 32 или 33 блока 6, те. открывается анодный иликатодный канал., Импульс пуска вырабатывается в блоке 14 только одинраэ и запоминается, чтобы не былоповторного пуска во время работыустройства.Пусть по условиям работы подансинхроимпульс С 2 , тогда в состояниенлогической "1" устанавливается триггер 33 и потенциальный сигнал Т свыхода триггера 33 запускает блок 4.Одновременно через элемент 28 (фиг.З)начинают поступать синхроимпульсыС 1 к счетному входу реверсивногосчетчика 41 циклов формирователя 10,Выходные пачки отпирающих импульсовблока 4 запускают тиристоры 18 блока2. Через нагрузку начинает протекатьток, который поддерживается близкимк заданному среднему значению отзадатчика 7, Стабилизация выходныхпараметров происходит за счет отрицательной обратной связи, образованной блоками 2, 9 и 4, задатчиком, датчиком 8,Сигнал занесения информации стриггеров 37 и 38 на информационныевходы счетчика 41 вырабатывается вблоке 6 элементами 28, 29 и 36.Состояние логической "1" триггера33 определяет длительность работы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 катодного канала, а длительность пачки отпирающих импульсов Т на выходе блока 4 равна или меньше и хих Т, . где и - число набранных катодных импульсов.По мере поступления счетных импульсов с катодного канала 6 (элемент 28) на вход "-1" реверсивного счетчика 41 уменьшается значение числа, записанного в него. Когда число счетных импульсов становится равным занесенному в реверсивный счетчик 41 циклов, вырабатыьается импульс "Осн.Сч = 0", Тогда элемент 30 по синхроимпульсу С 1, "Осн.Сч= -- 0" и по сигналу логической " 1" Т г от триггера 33 вырабатывает импульс логического 0", который запускает триггер 34 и одновременно сбрасывает триггер 33. Катодный канал закрывается. Далее по синхроимпульсу С 2 выходной импульс элемента 24 устанавливает триггер 32 в состояние "1". Открывается анодный канал, и одновременно с появлением сигнала Т и импульса занесения с элеамента 36 по синхроимпульсу С 2 заносится число анодных импульсов в реверсивный счетчик 41 циклов через элементы 29 и 36. П 1 ч этом временная задержка между выключением триггера 33 и в(.ючением триггера 32 равна времен между синхроимпульсами С 1 и С 2.На вход "-1" реверсивного счетчика 4 1 циклов (фиг,4) формирователя 10 начинают поступать счетные импульсы с анодного канала блока 6 (элемент 25, фиг.З). При равенстве числа счетных импульсов и занесенных в счетчик 4 1 (фиг.4) на выходах счетчика 4 1 будет состояние логического 0", который проходит через элемент 42 как импульс логической "1", т.е. снова вырабатывается сигнал нОсн. Сч = 0". При этом создается условие, когда элемент 31 вырабатывает импульс, который устанавливает триггер 35 в состояние логической "1" и сбрасывает триггер 32. Отключается анодный канал по синхроимпульсу С 1По синхроимпульсу С 2 элемент 26 устанавливает триггер 33 в состояние логической "1", а элементы 26, 29 и 36 по синхроимпульсу С 2 вырабатывают импульс . занесения числа катодных импульсов в реверсивный51 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 счетчик 4 1 циклов с триггера 38,Начинает работать катодный канал1по следующему циклу включаетсяанодный канал и т.д.Блок 15 сброса и защиты отперегрузок по сигналу "Сброс" устанавливает триггеры всех блоков устройства в начальное состояние (состояние логического "0) и подготавливает устройство к работе посигналу "Пуск". Кроме того, блок15 при перегрузке, внутренних коротких замыканиях в силовой частии сбоях в системе управления вырабатывает сигнал "Сброс" и устройство переводится в первоначальное состояние,Род работы - постоянно-катодный,В этом режиме блок 3 постояннозакрыт, т.е. не вырабатывает пачкуотпирающих импульсов для запуска тищсторов анодного канала, а блок4 постоянно открыт, т.е, постоянновырабатывает пачку отпирающих импуль -сов для запуска тиристоров катодногс канала (фиг.8), в этом случае устройство превращается в регулируемыйкатодный выпрямитель постоянного тока со стабилизацией выходных параметров, включа,ощий блоки 1, 2, 4,9, задатчик 7, датчик 8. Состояниеостальных блоков кроме блока 12,на работу устройства не влияет,Род работы - постоянно-анодный,В этом режиме блок 4 постояннозакрыт, а блок 3 постоянно открыт.В этом случае устройство превращает.ся в регулируемый анодный выпрямитель постоянного тока со стабилизацией параметров, включающий блоки1-3, 9, задатчик 7, датчик 8. Состояние остальных блоков, кроме блока 12, на работу устройства не влияет,Таким образом, в предлагаемомустройстве режим асимметричного токаможет осуществляться от одного и более импульсов, тогда как в известном возможен режим работы асимметричного тока на одном импульсе, причем устройство работает как в постоянно-катодном, так и в постоянно-анодном режиме работы, тогда какв известном возможен только постоянно-катод ый режим работы, Кроме то-,го, устройство имеет набор числа импульсов от одн, го и более с изменяющейся скважпостью, а в известном устройстве возможен режим работыодиночным импульсным током с гостоянной скважностью. Предлагаемое устройство может работать также в реверсивном режиме с варьированием числа обратного импульса от 1 и более и позволяет набирать разное сочетание импульсов длн анодного и катодного режимов во время работы и за. носить эту программу для исполнения без прерыва тока, что ие позг:оляет известное устройство.ф о., р м у л а и з о б р е т е ня1. Устройство ;правления пг оцсссом электроосажденпн металлов и сплавов, содержащее силовой понижающий трансформатор, блок тиристор;в анодного и катодного каналов,соединенных встречно-параллельно, систему импульсно в фазово управления ть. - рис горами анодпсго канала, систему импульсно-фазового управления тири- :торами катодного канала, выходы которых подключены к соответствующим входам блока тиристоров анодного и катодного каналов, блок выбора рода работ, подключенный к входам .и- стем импульсно-фазового управления тнристорами анодного и катодного каналов, о т л и ч а ю щ е е с н тем, что с целью расширения технологических возможностей при нане:ении покрытий путем варьирования числа анодных и катодных импульсов и стабилизации среднего значения выходных параметров, оно снабжено блоком переключения каналов, задатчиком эталонных параметров, датчиком выходных параметров, блоком сравнения и стабилизации выходных параметров, формирователем сигналов число-импульсного управления, узлом занесения программы, блоками индикации и набора числа анодных и катодных импульсов, блоком пуска,блоком сброса и защиты от перегрузок и генератором синхроимпульсов, причем выходы блока переключения каналов соединены с входами систем импульсно-фазового управления тиристорами анодного н катодного каналов, вторые входы которых соединены с выходаьг б,пока сравнения и стабилизации выходных параметров, входы блока сравнения н стаби тизациы 1 ыходных параметров поа,;,гючепы к вы