Введение к работе
Актуальность проблемы. Вопросы интенсификации процессов гальванопокрытий, повышение качества изделия требует дальнейшего совершенствования источников питания, обеспечивающих заданный технологический процесс, электромагнитное согласование как о электрохимической нагрузкой, характеризующейся калым дифференци- . альным сопротивлением рабочего участка ВАХ, так и с питающей сетью. '
Особенностью источников питания для гальванотехнологий является то, что они должны быть низковольтные и иметь большие токи на выходе, должны обеспечивать высокую точность поддержания выходных параметров и, в первую очередь, высокую стабилизацииk тока (плотность тока). Большое разнообразие покрытий требует широкого диапазона изменения режима работы источника питания, возможности регулирования выходных параметров, работы как в режиме источника тока, так и в режиме источника напряжения, устойчивой работы в предельных режимах (технологические короткие замыкания и холостой ход). Исследования,- связанные с улучшением качества покрытий, показали необходимость применения реверсивного тока относительно высокой частоты. Это позволяет осуществлять осаждение металлов при более высоких плотностях тока, что повышает производительность гальванических ванн.
Исходя иэ перечисленных выше требований, эффективным решением является применение в качестве источников питания электронных преобразователей, обладающих способностью адаптации к изменяющейся в широких пределах параметров электрохимической нагрузки, технологии гальванопокрытий. Использование таких преобразователей позволяет реализовать в технологии покрытий импульсные токи с регулируемой скважностью-полярности тока, что обеспечивает более высокое качество обрабатываемых деталей, уменьшает установочную мощность преобразователя. .
Высокая энергоемкость гальванических процессов ставит задачу значительного снижения потерь, повышения КГЩ источников питания, решение которой затруднено в связи с тем, что падение напряжения на вентильных элементах низковольтного выпрямителя срав-
_ 4 -
нимо с величиной выпрямленного напряжения. Здесь следует идти по пути выбора схемотехнических решений, обеспечивающих минимальное количество последовательно включенных в низковольтном контуре тока вентильных элементов, выбора оптимальной токовой загрузки этих элементов.
Таким образом, дальнейшее развитие и совершенствование низковольтных сильноточных, глубокорегулируемых источников, обеспечивающих любые технологические режимы гальванопокрытия, обладают улучшенными энергетическими и массо-габаритными характеристиками, является актуальной задачей.
Целью работы является исследование и выбор оптимальных схемотехнических решений и параметров низковольтных источников питания дл.я гальванопокрытий, удовлетворяющих требованиям современной технологии, обладающих способностью адаптации к изменяющимся в широких пределах параметрам электрохимической нагрузки, обеспечивающих высокие энергетические и массо-габаритные показатели, требуемую надежность и простоту эксплуатации.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
исследования гальванованны, как объекта управления;
определения комплекса критериев по выбору рациональных схемотехнических решений;
разработку обобщенной методики анализа потерь в элементах силовой части полупроводникового агрегата;
- определение. оптимальной токовой загрузки низковольтных
силовых полупроводниковых элементов;
разработку универсальной математической модели для проведения параметрической оптимизации схемных решений;
определения специфики построения систем управления вентильными преобразователями для гальванотехнологий, схемотехническая проработка характерных для указанных систем управления узлов;
- разработку принципов управления и построения источников
питания на основе параллельной работы базовых преобразовательных
ячеек;
- создания опытно-промышленных образцов реверсивных источ
ников тока на основе результатов проведенных исследований.
Методы исследований. При выполнении работы применен комп-
леке методов, включающих методы теории электрических цепей, вентильных преобразователей, аппроксимации функций, прямого преобразования Зурье, поиска экстремумов, переменных состояний, топологический метод, операторный метод Лапласа, методы математического моделирования на ЭВМ.
Экспериментальные исследования выполнены на опытных и промышленных установках в лабораторных и заводских условиях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований;
работоспособностью и эффективностью источников питания гальванованн, созданных на базе разработанных научных положений, > выводов и рекомендаций;
- внедрением основных рекомендаций и выводов в виде разра
ботанных методик и устройств в ряде организаций и промышленных
предприятий.
Научная новизна:
разработана методика экспериментального определения структуры и параметров схемы замещения гальванованны;
проведен сравнительный анализ по энергетическим, массо-габаритным и регулировочным показателям различных схем построения сильноточных источников постоянного тока;
установлены рациональные структуры построения базовой ячейки питания гальванованны и определены их параметры;
- установлены оптимальные коэффициенты токовой загрузки
вентильных элементов сильноточных блоков выпрямления;
- развиты принципы построения источников питания на основе
параллельной работы базовых преобразовательных ячеек;
- развиты принципы построения систем управления реверсив
ных, глубокорегулируемых источников питания гальванованны.
Практическая ценность работы состоит в ее направленности на повышение энергетических, массо-габаритных, технологических параметров гальваноустановок.
Ї. Разработана методика идентификации гальванопроцесса 2. Получены универсальные зависимости, позволяющие определять оптимальную токовую загрузку вентилей преобразователей в' широком диапазоне выходных напряжений и мощностей.
- б -
3. Предложены рациональные схемы и мощности преобразова
тельных ячеек для гальванотехнологий. '
-
Предложены рациональные схемы построения систем управления, расширяющие функциональные возможности источников питания.
-
Разработан ряд реверсивных источников питания для гальванопокрытий, характеризующихся высокими энергетическими, массо-габаритными показателями и обеспечивающими интенсификацию технологического процесса.
Реализация результатов работы. На основе результатов, полученных в работе, разработан ряд реверсивных источников тока для гальванотехнологий.
Было изготовлено более 800 источников питания, которые
внедрены на предприятиях электронной и машиностроительной про
мышленности. .
Опытно-промышленная эксплуатация разработанных источников подтвердила эффективность их использования для повышения производительности гальваноустановок при снижении энергозатрат. Годо- , вой экономический эффект от их внедрения составил около І000 руб. на 1 кВт выходной мощности (в ценах І990-1991 г. г.).
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах: на У, УІ и IX Всесоюзних симпозиумах "Логическое управление в промышленности" и координационных совещаниях "Математическое обеспечение ЭВМ, САПР и ГАІГ (Алушта, 1982, Тбилиси, 1983, Ташкент, 1986}$ на XI Всесоюзной научной конференции "Электроника СВЧ" (Орджоникидзе, 1986); на Всесоюзном научно-техническом совещании .Перспективы автоматизации горно-обогатительного производства цветной металлургии с применением микропроцессорной техники" (Орджоникидзе, 198?)і на XI Всесоюзном симпозиуме "логическое управление с использованием ЭВМ" (Орддаиикидзе, 1988); на республиканских научно-технических конференциях (Орджоникидзе, 1985-1989 г. г.), на семинарах кафедр Промэлектроника ЮИ и СКГМИ (1989-1993 г. г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 статей и докладов, получено 4 авторских свидетельства на изобретения.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 211 страниц, в том числе 76 рисунков, 10 таблиц, список
литературы из 87 наименований и приложения на 27 страницах.
