Установка для питания гальванических ванн асимметричным током

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН аа 11 А ц 11 С 25 2 21/1 МИТЕТ СССРЙ И ОТКРЫТИЙ ССУД АРСТВЕННЫЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН исформ ми, о о, с аботк лиров а го транс ами, со а втор лнител соедичало втого транс а ьно со концом бмотки ругим ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Казанский ордного Знамени химикинститут им. С.М.Кир(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 685729, кл. С 25 О 17/00, 1979,2. Авторское свидетельство СССР В 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,ненных последовательно, траптор для управления тиристорал и ч а ю щ а я с я тем, чтцелью повышения качестьа обрпутем точной и линейной регупараметра асимметрии, первичмотка дополнительного силовоформатора выполнена с отводдиненными с переключателем,ные обмотки основного и долоного силовых трансформаторовнены согласованно, причем наричной обмотки дополнительноформатора соединено с катодоконец - с анодом последователдиненных тиристоров, средняятиристоров соединена с однимнагрузки, а конец вторичнойосновного трансформатора - сее концом,11253Изобретение относится к гальвано-технике и может быть использованодля питания гальванических ванн асим"метричным током.Известна установка для электрохимической обработки изделий асимметричным током, содержащая источникпеременного тока, регулятор напряжения, силовой трансформатор, управЛяемые выпрямительные элементы 1 .Однако эта установка не позволяетточно и линейно регулировать параметрасимметрии при малых его значениях.Поэтому она не позволяет получать качественные, равномерные, без шерохо- .15ватостей покрытия и увеличить прочность сцепления покрытия с основой,повысить качество анодной обработки легкопассивирующихся металлов(железо, титан, никель и их сплавы) 20в тех процессах, где необходимоизменять параметр асимметрии 3 точно и линейно при его малых значениях(например, от 1 до 3).Наиболее близкой к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является установкадля питания гальванических ванн асимметричным током, включающая общийи дополнительный регуляторы напряжения, соединенные параллельно между собой, основные и дополнительныесиловые трансформаторы, соединенныепоследовательно вторичными обмотками, выпрямительные элементы в видетиристоров, соединенных последовательна, трансформатор для управлениятиристорами 2 .Недостатком известной установкиявляется то, что имеются два диапа.зона регулирования /5, когда1 Сс 2 и 32. При этом в каждомдиапазонеможет устанавливатьсяплавно. Изменение ф происходит вобщем случае по закону= 1 (-. ), 451тЯ, по параболе. Шкала выставленияне линейная, а точность выставленияпри плавном регулированииуменьшается от начала шкалы к концуи градуировка шкалы затруднительна50и нелинейна,У предлагаемой установкивкаждом поддиапазоне регулируется полинейному закону эа счет определен- Бного подключения трансформаторови тиристоров. При этом=4 ,т.е регулируется по линейному зако 03 2ну. Точность выставления 3 имеет одинаковую погрешность в начале и в конце шкалы каждого поддиапазона, Градуировка шкалыпростая и линейная. При этом плавно выставляемый параметримеет 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 тем, что в установке для питания гальванических ванн асимметричным током, включающей общий и дополнительный регуляторы напряжения, соециненные параллельно между собой, основные и дополнительные силовыеЭтрансформаторы, 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 основного трансформатора - с другим ее концом. Такое исполнение установки дает возможность линейно изменять 9 при различных диапазонах, что приводит к увеличению точности выставления значений; А значение Р влияет на величину прочности сцепления покрытия с основой, на шероховатость поверх - ности при анодной обработкеНа Фиг. 1 представлена принципиальная схема установкиф на Фиг, 2 - временные диаграммы токов за полный периодф на Фиг. 3 - изменение Л отУо(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 напря50 3 1125 жения, основного 3 и дополнительного 4 силовых трансформаторов, тиристоров 5 и 6, нагрузки 7, трансформатора 8 управления тиристорами и переключателя 9, 5При этом вход общего регуляторанапряжения соединен с первичной обмоткой основного силового трансфор-. матора 3 и с входом дополнительного регулятора 2 напряжения, выход пос О леднего соединен через переключатель 9 диапазонов регулирования /) с первичной обмоткой дополнительного трансформатора 4. Вторичные обмотки основного 3 и дополнительного 4 силовых трансформаторов соединены последовательно и согласованно. Запуск тиристоров 5 и 6 синхронизирован с частотой сети трансформатором 8. Тиристоры соединены последовательно 20 1 и подключены к вторичным обмоткам си- ловыми трансформаторами 3 и 4 и к нагрузке (фиг. 1).Установка работает следующим образом. .25Напряжение 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-ЗО 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 З 5 нагрузку 7 проходит ток обратного направления только от трансформатора 3. Изменяя напряжение на трансФорматоре 4 регулятором 2 напряжения можно плавно установить необхо димое значениенезависимо от среднего значения токаКак видно из временной диаграммы (Фиг, 2), среднее значение тока равно однополупериодному выпрямленному 45 току, полученному с трансформатора 4,и не зависит от величины 3Величина среднего значения тока .рассчитывается следующим образом. 303 Ьгде Ц - напряжение во вторичнойобмотке основного трансформатора0 - напряжение во вторичнойобмотке дополнительноготрансформатора" - сопротивление нагрузки,1, - составляющая общего токана основном трансфдрматоре,- составляющая общего тока2на дополнительном трансФорматоре,4 с- среднее значение тока запериод.Подставляя в Формулу (1) значения%1 иполучаем 1 = 1+ 1 2 - 4 = 12 (4). Отсюда видно, чтовеличина тока от основного трансформатора не влияет на среднее значениетока и однозначно зависит от положения дополнительного регулятора напряжения, Например, 12 = О, это соответствует случаю, когда с регулятора 2 напряжения не снимается налря,жение, тогда г = 0 и согласно уравнению (4) с = О. В этом случае1 а , т.е. ток симметричен,Величина 3 рассчитывается следующим образом: При 3 = О,= 0 и 3 = 1 +1 г".1При значениях напряжений Ог0,50 0, 2 0, ООсохраняется равенство= 0,52й 1 если сопротивлениеагрузки 3= сов 56, а коэффициен, ы 0,5," 1, 2, , ) зависят отположения переключателя диапазона ре+гулирования 3, тогда соответственно3= 1+ .- 1,5;0,5,Изменяя напряжение на дополнительном трансформаторе регулятором 2 напряжения, можно плавно и линейно 55 установить необходимое значение /3в пределах от 1 до выбранного значения диапазона. Большая точностьставления значений Р достигаетсяУ1125303 Таблица 1 У Катодный вых о ения,ток 254 эвестна Пре ем б 70 01 за счет плавного изменения напряжения М0 до 0 " 0 макс регулятором 2 напряжения и переключателем9. Например, если регулятор 2 напря"жения имеет шкалу регулирования со 5100 делениями, то это означает, чтоможно выставить 100 различных значе.ний напряжения, При Ц = 0, коэффициент диапазона равен 1 тогдаможно получить 100 значений ( в пределах от 1 до 2 (1, 1,04, 1,02,1,03,, , 1,99 й 2).При этом сохраняется линейностьизменения, Для этого рассмотримзависимость 3 отдля известной 15и предлагаемой установок,У известной установки 6 вычисляет 1ся по формуле 3 = . При опредегленном значении 1 получаем 1 = 20со= Сспй при 01, = Сопй, тогда 3 =11( в , ), т.е. 3 является линейнойфункцией от25У предлагаемой установки, вычисляется по формуле 1= 1 + - . При11 3 = сопй величина , тоже постоянна, тогда 3 = 1 , т,е. 6 является линейной функцией.Таким образом, линейное изменениеприводит к повышению точности выставления значения его, тем самым улучшая прочность сцепления покрытия с основой и уменьшая шероховатость поверхности при анодной обработке.Проведены испытания установки с импользованием ее как для электро- осаждения, так и для анодной обра 40 ботки.Рабочие параметры установки:Напряжение сетиоднофазное,220 Предел регулировки1- 1Выходное напряжение, 9 0-12,Ток нагрузки, А 0-30П р и м е р 1 практического использования установки для электроосаждения железа. При осаждении насимметричном переменном токе выходпо току металла незначительный, порядка 2-153. Если дать синусоидальномутоку небольшую асимметрию порядка- 1,5-2, то выход по току возрастает значительно до 303 от общеготока и повышается прочность сцепления покрытия с основой и уменьшается шероховатость поверхности. Представляет интерес то, что при этомполучаются покрытия более совершенной кристаллической структуры, ввиду чего они обладают новыми физикохимическими свойствами, которых неудается получить при электроосаждении на постоянном токе.Прочность сцепления покрытия сосновой определяют в соответствиис известной методикой. Расчет выхода по току металла производят весовым методом,Для электроосаждения берут электролит состава, г/л: ГеС 1 400,НС 1 3,Опыт проводят в ванне размером14 х 10 х 10 см при 25 С, кислотностиэлектролита рН = 0,8, плотноститока 15 А/дм 2 без перемешивания.Коэффициент асимметрии меняется от1 до 2, Образец изготавливают изст. 10 размерами 2,5 х 2 х 0,1 см, ааноды из железа "Армко". Параметрыпеременного тока контролируют с помощью осциллографа типа С 1=19, Полученные данные сведены в табл. 1.(класс точности) ановка Известна едлагаемая 1,12 1,21,50 0 П р и м е р 2, При,анодной обработке металлов на переменном токе наблюдается малый съем металла, При небольшой асимметрии переменного тока= 1-2 увеличивается съем металла и, что особенно важно, не расивируется поверхность анода. Указанная особенность имеет большое значение . при анодной обработке титана, железа и их сплавов. На постоянном токе25 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, Ве 50 10. Опыт проводят чередованием переменного тока, подаваемого иэ предлагаемой установки при средней плотности йМа 1 с, = 15 А/дмои постояннойЧоха плотностью100 А/дм,подаваемого из селеновой выпрямительной установки ВСА/12 продолжительностью 10 с и 30 с соответственно, в ячейке размерами 14 х 10 х 10 см, при 20 С, Обрао зец размерами 2,5 х 2 х 0,1 см изготавли вают из ст. 10, катоды - из свинцовых пластин, коэййициент асимметрии 1меняется от 1 до 2. Параметры переменного тока контролируют осциллографом типа С 1-19, а величину постоянного тока - амперметром типа М 104 с классом точности 0,5. Полученные данные сведены в табл, 2,25303 О Таблица 3 Анодная обработка Электроосаждение Катодныйвыход потоку, 7 Шероховатость Прочностьсцепления,.ИПа 2600 2600 2540 2540 22 1,3 2530 1,5 2500 30 2,0 9, 11Иэ табл. 1 и 2 видно, что.предлагаемая установка позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с основой выше 130 кгс/см, повысить класс обработки :поверхности с 8 до 9 и улучшить внешний вид образца за счет линейного изменения и повышения точности выставления значений РВ 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 ) в 2,5-25 раз в начале и в конце диапазона соответ" .ственно, увеличить прочность сцепхарактеристики которого приведеныв табл,3,по сравненив с которыми предлагаемая установка позволяет увеличить прочность сцепления покрытия 5 с основой на 400-700 МПа, повыситькласс обработки поверхности с 8 до9 и улучшить внешний вид образца.Точность выставленияу предлагаемой установки в начале шкалы выше 1 О в 2,5 раза, в середине - в 10 раэи в конце - в 25 раз, чем у базового объекта. ления покрытия с основой на 400 - 4 О 1300 ИПа, повысить класс обработки поверхности образца с 8 до 9 и улучшить внешний вид образца как после электроосаждения, так и после анодной обработки.25303 49 10 02 03 ОЮ Ы 08 06 09 02 6 О,06 0,5 0 М ОЮ 02 Щ оставитель С,Пономаехред.О. Ващишина рректор О. Тиг Заказ 8441/2 1 Тираж 632 ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 035, Москва, Н, Раушска Патент", г, Ужгород, ул. Проектн 8 18 0 Я