Способ регулирования выходного напряжения источника питания установки тлеющего разряда

СО 1 ОЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ц 4 Н 05 В 7/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Ф1К АВТОРСКОМ ЬСТ ель. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Центральный научно-исследоват ский институт материалов и техноло гии тяжелого и транспортного машиностроения(56) Авторское свидетельство СССР В 663064, кл. Н 02 Р 13/ 16, 1972.Авторское свидетельство СССР В 1069199, кл. Н 05 В 7/16, 1982.(54) (57) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯУСТАНОВКИ ТЛЕВЩЕГО РАЗРЯДА, содержащего источник постоянного тока, квыходу которого подключен резонансный мостовой инвертор на управляемыхвентилях с установленными с его.диагонали переменного тока после 801182690 довательно соединенными конденсаторами, к одному из которых подключенадиагональ переменного тока обратного диодного моста, диагональ постоянного тока которого служит выходомисточника питания, при котором периодически поочередно подают управляющие импульсы на пары перекрестныхвентилей инвертора, измеряют выходное напряжение источника, сравнивают с пороговым и при превышениипорогового значения осуществляютсброс избыточной реактивной энергии, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью уменьшения установленной мощности источника путем снижения перекачки реактивной мощности, сброс избыточной энергии осуществляют задержкой подачи управляющих импульсов на очередную парувентилей инвертора до момента достижения выходным напряжением порогового значения.Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в установках тлеющего разряда для хи-. мико-термической обработки.Цель изобретения - уменьшение 5 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 15 мост резонансного инвертора, собранный на тиристорах 2-5, у которого диагональ постоянного тока подключена через коммутирующий дроссель 6 к выходным зажимам источни ка 1 постоянного тока, а в диагонали переменного тока включены последовательно соединенные конденсаторы 7 и 8, из которых конденсатор 8 подсоединяется к диагонали перемен 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 КТР), компаратор 14, один из входов .которого подсоединяется к МЭП КТР 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 4 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 отводеизбыточной реактивной энергии с резонансного инвертора непосредственно в нагрузку при превьпдении 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.Лопустим, что в момент времени 1, когда выходное напряжение Ц равно пороговому О, , включаются впхперекрестные 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 В, перезаряжающий конденсаторы 7 и 8, напряжение на которых Ос и О В 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 КТР 13 прикладывается однополярное напряжение Овух выпрям ленное поочередным отпиранием перекрестных диодов 9, 10 и 11, 12 в соответствии с полярностью напряжения на конденсаторе 8 Овх . Вначале на интервале 1 - 1 отпираются диоды 11 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 7 и 8 Н и О и соответственно Ов,превьппает начальное, котороебыло равно пороговому Олр . 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 В . При этом, чем больше сопротивление нагрузки, тем выше уровень . установившегося напряжения. В пределе при К -ь оь -Ц 6,-м,Однако в, т 0 данном устройстве, реализующем предлагаемый способ, такого неограниченного роста напряжения не происходит, так как в момент времени 5 , когда выходное напряжение, поступающее д 5 через делитель 15, 6 на первый вход компаратора 14, становится выше порогового напрякения 17, с выхода компаратора 14, становится выше порогового напряжения 17, с выхода30 компаратора 14 исчезает управляющий сигнал, что приводит к блокированию работы генератора 19. При этом исключается подача последующих импульсов управленияу,1с системы 18 управления на управляющие переходы35 тиристоров 4 и 5 в момент 1, соответствующий заданной частоте следования тактовых импульсов расторможенного" генератора 19.40 На интервале 1- 1 происходит разряд конденсатора 8 через открытые диоды 9 и 1 О на нагрузку 13 до порогового напряжения, т.е. происходит .сброс части избыточной энер гии, накопленной на конденсаторе 8, непосредственно в нагрузку 13. В момент 1, когда напряжение на конденсаторе 8, и соответственно, на выходе источника питания становится 50 меньше порогового уровня, на входе генератора 19 появляется растормаживающий его сигнал, а на его выходе - тактовый импульс. При этом практически в этот же момент 1 после пере счета и усиления в устройствах 20 и 21 на управляющих переходах тирис- торов 4 и 5 появляются отпирающие 1182690 41их импульсы у,1 у. Через отпер.ые тиристоры 4 и 5 на интервале 1 -1 потцепи (+) 1-б-8-7-5-(-) 1 происходиточередной перезаряд конденсаторов7 и 8. На интервале 1 - 6 вновь осут Вществляется разряд конденсатора 8до порогового напряжения, а в момент1 (аналогично описанному выше) включаются тиристоры 2 и 3. Далее процесс повторяется. Таким образом,предлагаемым устройством при условиипревышения выходным напряжением О6 МХпорогового уровня 0 д обеспечиваетсязадержка 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 выходноенапряжение превышает пороговое.При этом время задержки 1 к изменяИЮется в зависимости от постояннойвремениЯн Ск разряд конденсатора 8 на нагрузку 13 и от величиныпорогового напряжения О, Очевидно, что, чем больше сопротивлениеВ нагрузки и меньше величина порогового напряжения, тем большеВместе с тем, величина сбрасываемой в нагрузку энергии на интерва-,лах задержки ( 15т 9) ивсоответственно, установившееся зна-чение максимального выходного напряженияО , определяются уровнем выходного найряженияЦ, .При Ц=О,сброс энергии максимальный,а напряжением со 6 йответственно, минимальное. Эти обстоятельства позволяют при изменениинагрузки в широких пределах ограничивать выходное напряжение источникапитания на требуемом уровне, который можно регулировать изменениемпорогового напряжения О устанавливаемого источником 17. В случае,когда пороговое напряжение вышевыходного напряжения У0 ь, вЬЫхконце интервала проводимости предыдущей пары перекрестных тиристоров резонансного инвертора,подачаочередных управляющих импульсов напоследующую пару перекрестных тиристоров производится в соответствии с заданной частотой следованиятактовых импульсов генератора 19системы 8 управления, которую рекомендуется выбирать близкой к собственной частоте колебательногоконтура. Для получения требуемоговысокого напряжения на выходе источника питания при больших сопро-,тивлениях нагрузки 13 без существенной раскачки напряжения на элементах инвертора необходимо выбирать емкость конденсатора 8 в 2-3раза 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 разауменьшает установленную мощность силового оборудования.В предлагаемом устройстве в 3-41 1 раза снижена емкость дозирующего конденсатора 7 при той же выходной мощности, что стало возможным благодаря улучшенным условиям работы тиристоров в резонансном инвертореи, соответственно, увеличению егорабочей частоты. Уменьшение емкости11 1дозирующего конденсатора позволяетисключить шунтирование МЭП КТР короткозамыкающим тиристором, что, в своюочередь, повышает надежность работы инвертора и надежность защиты 10 обрабатываемых изделий от повреждения при срыве тлеющего. разряда вдуговой. Кроме того в изобретении более высокое отношение среднего напряжения на нагрузке к его амплитуде при больших сопротивлениях ИЭПКТР, так как форма напряжения здесь1носит трапецеидальный характер,а в базовом образце - экспоненциально-спадающий, что позволяет пони зить длительность технологическогопроцесса обработки изделий. Нарядус этим, условия пуска установки впроцессе возбуждения тлеющего разряда в изобретении более благоприят ные, так как в нем токи через тиристоры моста не ограничиваются большимсопротивлением МЭП КТР, как в базовом образце.. Фил г. Ужгород, ул. Проектная,122/56 Тираж 793 ВНИИПИ Государственног по делам иэобретеии 13035, Москва, Ж, Раушкомитет и откры кая наб НоддисноеСССР. ий д. 4/5