CC BY
98
13. Бехштедт Ф, Эндерлайн Р. Поверхности и границы раздела полупроводников // М.: изд-во «Мир», 1990. - 390 с.
]2 Гордиенко П.С, Руднев B.C. Электрохимическое формирование покрытий на алюминии и его сплавах при потенциалах искрения и пробоя // Владивосток: изд-во «Дальнаука», 1999. - 230 с
В.А.Герасимов, В.К. Усольцев ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ
Микродуговое оксидирование (МДО) зго электрохимический процесс нанесения покрытий на металлы (алюминий, титан) со специальной организацией кратковременных и ограниченных по току микропробоев.
Известен технологический источник тока (ТИТ) для МДО (рисунок 1), состоящий из тиристорного преобразователя напряжения (ТПН), системы импульсно-фазового управления (СИФУ) и задатчика угла управления (ЗУУ). ТИТ питает постоянным током гальваническую ванну (ГВ).
Рисунок 1- Структура существующего ТИТ для МДО
Работа ТИТ заключается в следующем: С помощью ЗУУ оператор формирует сигнал, соответствующий необходимому углу управления тиристорами ТПН. СИФУ преобразует сигнал в угол управления тиристорами тиристорного преобразователя ТПН, который из переменного напряжения сети формирует постоянное напряжение (ток), при этом среднее значение выходного тока ТПН определяется заданным углом управления. Особенностью работы ТПН является значительное отклонение мгновенных значений напряжения (тока) от среднего значения, что и приводит к возникновению микропробоев.
Необходимое напряжение (ток) оператор выставляет, ориентируясь на измерительные приборы (на рис 1 не показаны) и соответствующим образом изменяя сигнал ЗУУ.
Недостатком рассмотренного устройства является невозможность, в виду нестабильности процесса МДО, точного поддержания необходимого напряжения (тока) гальванической ванны ГВ. Задача усложняется тем, что напряжение на ГВ в процессе нанесения покрытия требуется изменять по определенному закону. Требуется постоянное присутствие оператора, что, однако, не гарантирует качественного нанесения покрытия.
Предлагается структура ТИТ, приведенная на рисунке 2.
ЗН ЗТ
к - ( г ' - ■ Рис.2 Предлагаемая структура ТИТ
ЗН - задатчик напряжения; ЗТ - задатчик тока; ЦВУ - цифровое вычислительное устройство;
УУ - устройство управления.
Сигналы задатчика тока (ЗТ) и задатчика напряжения (ЗН) выставляются оператором исходя из требуемых средних значений тока и напряжения ТВ Цифровое вычислительное устройства (ЦВУ), в качестве которого может использоваться персональный компьютер, также формирует задающие сигналы, соответствующие заданным средним значениям тока и напряжения ГВ. При этом ЦВУ может формировать любой, заранее заданный, закон изменения задающих сигналов напряжения и тока во времени.
Датчик гока (ДТ) и датчик напряжения (ДН) формируют сигналы, соответствующие мгновенным значениям тока и напряжения ГВ.
Задающие сигналы от ЗН, ЗТ и ЦВУ поступают на вход >стройства управления (УУ), одновременно на вход УУ поступают сигналы с ДТ и ДН. У У формирует из сигналов ДТ и ДН действительные средние значения тока и напряжения ГВ, сравнивает их с заданными ЗН, ЗЕ и ЦВУ сигналами и формирует заданный угол управления СИФУ таким образом, чтобы ТПН формировал напряжение и ток меньше или равный любому из заданных ЗН, ЗТ и ЦВУ сигналов. Например, если для подержания заданного ЗТ или ЦВУ тока, напряжение на ГВ должно превышать заданное ЗН или ЦВУ напряжение, то будет поддерживаться меньшее из заданных ЗН и ЦВУ знамение напряжения, а ток будет меньше заданного. Если, для подержания заданного ЗН или ЦВУ напряжения, ток на ГВ должно превышать заданный ЗТ или ЦВУ ток, то будет поддерживаться меньшее из заданных ЗТ и ЦВУ значение тока, а напряжение будет меньше заданного.
Дополнительной функцией ЦВУ является регистрация с заданной временной дискретностью мгновенных значений напряжений и токов ГВ с возможностью их сохранения в памяти и дальнейшей обработки, В результате обработки могут быть получены осциллограммы тока и напряжения, определена энергия, потраченная на нанесение покрытия, определены электрические параметры изделия, находящегося в гальванической ванне, и т.п.
Достоинствами предложенной структуры является:
1. Полная автоматизация процесса МДО, не требующая постоянного присутствия оператора.
2. Ограничение заданными величинами максимальных значений как напряжения, так и тока, что позволяет избежать перехода микродугового разряда в обычный^дуговой разряд, ведущий к разрушению покрытия.
3. Возможность ручного вмешательства оператора для снижения уровня заданных ЦВУ значений тока или напряжения, если этого требует текущее состояние процесса МДО.
4. Возможность анализа, на основании зарегистрированных данных, процесса МДО с целью его дальнейшего улучшения.
Основным недостатком питания ГВ от ТПН является неуправляемое изменение формы импульсов при изменении среднего напряжения на ГВ, что иллюстрируется рисунке 3.
г
Рисунок 3 - Изменение формы напряжения на ГВ при изменении среднего значения напряжения
Дальнейшее улучшение технических возможностей источника питания МДО может быть достигнуто применением дополнительного формирователя импульсов. При этом на ТПН возлагаются функции регулирования амплитудного значения импульсов напряжения ГВ, а на импульсный регулятор формирование длительности импульсов и пауз между ними. На рисунке 4 показано включение формирователя импульсов ФИ и фильтра Ф в схему источника питания.
Рисунок 4 - Структура источника питания МДО с формирователем импульсов
Возможная реализация структуры формирователя ФИ приведена на рисунке 5.
Задающий генератор Г вырабатывает прямоугольные импульсы с постоянным периодом повторения Ту. В счетчике импульсов Сч.х с помощью управляемого коммутатора Ком.х выполняется изменение периода следования импульсов задающего генератора путем умножения периода т1 на целое число п в диапазоне 1,.Л0. Счетчик Сч.2 совместно с управляемым коммутатором Ком.2 и триггером Тр выполняет регулирование скважности импульсов при неизменном периоде пц, установленном в счетчике Сч.к
Элементы задержки ЭЗь ЭЗ2 обеспечивают определенную задержку фронтов импульсов -управления силовыми ключами СКЬ СК2, которая необходима для исключения сквозных токов при коммутации ключей.
Г
Сч.! Сч.2
г
и
Тр
Ч
и
Ком.1
Ком.2
ЭЗа
ЭЗ,
%
ВХОД
0-
т
I (
I
ск,
у
+
выход
Рисунок 5 - Функциональная схема формирователя импульсов МДО:
Г - задающий генератор; Сч.ь Сч.2 - счетчики по модулю 10; Тр - асинхронный ИЬ-триггер; ЭЗЬ Э32 - элементы задержки; Б - выключатель режима шунтирования
нагрузки; Ком.ь Ком.2-коммутаторы 10x1; СКЬ СК2- силовые ключи
Последовательный основной силовой ключ СКх формирует импульсы микродугового оксидирования из входного напряжения, подключенного к клеммам «ВХОД». Дополнительный ключ СК2 создает режим импульсного шунтирования нагрузки, при этом коммутация ключей СКь СК2 выполняется в противофазе.
При этом, если является скважностью импульсов, формируемых ключом СК], то в проводящее состояние ключ СК2 будет переходить со скважностью = / - д}. Режим шунтирования нагрузки может быть отключен выключателем 8.
Поскольку к клеммам «ВХОД» через усредняющий фильтр подключается выходной сигнал источника питания ИП МДО, то амплитуда выходных импульсов напряжения ФИ, а также ограничение тока этих импульсов определяются настройками и режимом работы тиристорного преобразователя ТПН.
Введение в комплекс МДО указанного формирователя импульсов позволяет осуществлять полный контроль над формой сигналов питания гальванической ванны, что обеспечивает эффективное формирование на обрабатываемых материалах гальванических покрытий с заданными свойствами.
В.С.Телешова
I ¡г I *
ОПРЕДЕЛЕНИЕ Г ЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ РОТОРА ВСГПМ С УЧЕТОМ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ
Основная специфика высокоскоростных синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов (ВСГПМ) связана с конструкцией ротора, несущего постоянные магниты. После выбора конструкции ротора ВСГПМ (рисунок 1) дальнейшее проектирование связано с поиском главных размеров.
Рисунок 1 - Конструктивная схема ротора с тангенциальным намагничиванием. ] -немагнитная втулка-вал; 2-магнит из сплава Ш-Ре-В; 3-полюс; 4-немагнитный бандаж.
Из-за высокой частоты вращения ротора определение основных размеров ВСГПМ производится на основе прочностного расчета, гак как важно выдержать оптимальные соотношения между размерами магнита и активной длиной и диаметром ротора машины.
Определение наружного диаметра ротора предварительно производится по заданной частоте вращения и допустимой линейной скорости
71 ■ П
