Устройство для микродугового оксидирования металлов и сплавов
DEVICE FOR MICROARC METAL AND ALLOY OXIDATION

Изобретение относится к оборудованию для электролитической обработки поверхностей металлов и сплавов и может быть использовано для получения оксидно-керамических покрытий.
Известно устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов, содержащее источник питания, соединенный со вторичным источником питания, ванну для электролита, корпус которой соединен через последовательно соединенные датчик напряжения и датчик тока с оксидируемой деталью, управляющую машину, повышающий трансформатор, блок драйверов, тиристорный преобразователь напряжения, систему импульсно-фазового управления, пульт ручного управления, пульт дистанционного управления, последовательно соединенные первый выпрямитель, первый фильтр, первый импульсный преобразователь напряжения, а также последовательно соединенные второй выпрямитель, второй фильтр, второй импульсный преобразователь напряжения, входы которых соединены с выходами повышающего трансформатора, а выходы подключены к входам переключателя режимов (RU, патент №2422560, МПК C25D 11/02, опубл. 27.06.2011 г.).
Недостатками известного устройства являются сложная система управления и большие массогабаритные размеры.
Известно устройство для микродугового оксидирования изделий из металлов и металлических сплавов, содержащее источник питания, ванну с электролитом, повышающий трансформатор, управляющую электронно-вычислительную машину, датчик тока и датчик напряжения, входы которых соединены с оксидируемым изделием, вторичный источник питания, импульсные преобразователи напряжения, систему импульсно-фазового управления, пульты дистанционного и ручного управления, два фильтра, переключатель режимов работы, два выпрямителя, тиристорный преобразователь напряжения, выход которого соединен со входом силового повышающего трансформатора, выходы которого подключены к входам первого и второго выпрямителей (RU, патент №2395631, МПК C25D 11/00, 21/12, опубл. 27.07.2010 г.).
Недостатками известного устройства являются сложная система управления и большие массогабаритные размеры.
Известно устройство для плазменно-электролитического оксидирования металлов и сплавов (принятое за прототип), содержащее источник питания, ванну с электролитом для оксидирования изделия, два выпрямителя, два фильтра, два импульсных преобразователя напряжения, блок драйверов, переключатель режима работы, датчик тока и датчик напряжения, микроконтроллер, управляющую электронно-вычислительную машину, подключенную к микроконтроллеру, управляемый электронный разрядник, два измерителя напряжения, два высокочастотных силовых повышающих трансформатора, два регулятора напряжения, два коммутатора, два логических элемента «И», генератор высокочастотных сигналов, выход которого через два логических элемента «И» соответственно подключен к первым входам коммутаторов, вторые входы которых соединены вместе и подключены к источнику питания, выходы первого и второго коммутаторов подключены к входам соответственно первого и второго высоковольтных силовых повышающих трансформаторов, выходы которых соответственно подключены к входам первого и второго выпрямителей, при этом выходы первого и второго фильтров подключены к входам первого и второго измерителей напряжения и к первым входам соответственно первого и второго регуляторов напряжения, выходы которых подключены к вторым входам импульсных преобразователей напряжения (RU, патент №2441108, МПК C25D 11/00, 19/00, опубл. 27.01.2012 г.).
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и системы управления.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и системы управления и как следствие повышение надежности.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для микродугового оксидирования металлов и сплавов, содержащее источник трехфазного переменного или постоянного напряжения, подключенный к трехфазному мостовому выпрямителю, выходы которого соединены с фильтром, первый и второй датчики напряжения, высокочастотный трансформатор, вторичная обмотка которого одним выходом подключена к обрабатываемой детали, а другим выходом подключена к катодному электроду ванны, заполненной электролитом, датчик тока, компьютер, управляющий микроконтроллером, выходы которого подключены к входам блока драйверов, а первый, второй и третий входы соответственно подключены к информационным выходам первого и второго датчиков напряжения и датчика тока, дополнительно содержит первый комбинированный стабилизатор напряжения и второй комбинированный стабилизатор напряжения, мостовой инвертор напряжения, при этом силовые входы комбинированных стабилизаторов напряжения объединены и подключены к выходу фильтра, информационные входы подключены соответственно к первому и второму выходам блока драйверов, а силовые выходы соответственно подключены к первому и второму датчикам напряжения и к мостовому инвертору напряжения, состоящему из двух транзисторных полумостов, при этом первый транзисторный полумост подключен к силовым выходам первого комбинированного стабилизатора напряжения, а второй транзисторный полумост подключен к силовым выходам второго комбинированного стабилизатора напряжения и в диагональ мостового инвертора напряжения, образованную последовательно включенными транзисторами первого транзисторного полумоста и транзисторами второго транзисторного полумоста, включены последовательно соединенные датчик тока и первичная обмотка высокочастотного трансформатора.
На чертеже представлена структурная схема устройства для микродугового оксидирования металлов и сплавов.
Устройство для микродугового оксидирования металлов и сплавов содержит источник 1 трехфазного переменного или постоянного напряжения, подключенный к трехфазному мостовому выпрямителю 2, выходы которого соединены с фильтром 3, первый и второй датчики напряжения 4 и 5, высокочастотный трансформатор 6, вторичная обмотка 7 которого одним выходом подключена к обрабатываемой детали 8, а другим выходом подключена к катодному электроду 9 ванны 10, заполненной электролитом 11, датчик тока 12, компьютер 13, управляющий микроконтроллером 14, выходы которого подключены к входам блока драйверов 15, а первый, второй и третий входы соответственно подключены к информационным выходам первого и второго датчиков напряжения 4 и 5 и датчика тока 12, первый комбинированный стабилизатор напряжения 16 и второй комбинированный стабилизатор напряжения 17, мостовой инвертор напряжения 18. При этом силовые входы комбинированных стабилизаторов напряжения 16, 17 объединены и подключены к выходу фильтра 3, информационные входы подключены соответственно к первому и второму выходам блока драйверов 15, а силовые выходы соответственно подключены к первому и второму датчикам напряжения 4 и 5 и к мостовому инвертору напряжения 18, состоящему из двух транзисторных полумостов 19, 20. Первый транзисторный полумост 19 подключен к силовым выходам первого комбинированного стабилизатора напряжения 16. Второй транзисторный полумост 20 подключен к силовым выходам второго комбинированного стабилизатора напряжения 17. В диагональ мостового инвертора напряжения 18, образованную последовательно включенными транзисторами 21, 22 первого транзисторного полумоста 19 и транзисторами 23, 24 второго транзисторного полумоста 20, включены последовательно соединенные датчик тока 12 и первичная обмотка 25 высокочастотного трансформатора 6.
Фильтр 3 представляет собой емкость, которая снижает уровень пульсаций после выпрямителя 2. Высокочастотный трансформатор 6 осуществляет гальваническую развязку напряжения, подводимого к детали 8 от источника 1 трехфазного переменного или постоянного напряжения.
Блок драйверов 15 усиливает по мощности сигналы, формируемые микроконтроллером 14 для управления комбинированными стабилизаторами напряжения 16, 17 и транзисторами 21, 22, 23, 24 мостового инвертора напряжения 18.
Комбинированные стабилизаторы 16, 17 формируют выходные напряжения выше или ниже напряжения с фильтра 3, величины которых задаются компьютером 13.
В зависимости от величины напряжения источника 1 трехфазного переменного или постоянного напряжения и от заданных значений амплитуд импульсов анодного и катодного напряжений, подводимых к обрабатываемой детали 8, первый и второй комбинированные стабилизаторы напряжения 16, 17 работают в режиме понижения напряжения или в режиме повышения напряжения независимо друг от друга.
Транзисторы 21, 22 транзисторного полумоста 19 и транзисторы 23, 24 транзисторного полумоста 20 представляют собой IGBT-транзисторы, включенные по полумостовой схеме, и попарно размещены в отдельных корпусах.
Устройство для микродугового оксидирования металлов и сплавов работает следующим образом.
Компьютером 13 задают микроконтроллеру 14 необходимые значения амплитуд анодного и катодного напряжений, длительность импульсов анодного напряжения, их частоту, ограничение по мощности и длительность технологического процесса. По заданным значениям амплитуд анодного и катодного напряжений и по сигналам обратной связи с первого и второго датчиков напряжения 4, 5 микроконтроллером 14 формируют импульсы управления первым и вторым комбинированными стабилизаторами напряжения 16, 17.
Значение длительности импульса катодного напряжения вычисляют микроконтроллером 14 из условия ненасыщения сердечника высокочастотного трансформатора 6:
Где Т2 - вычисленная длительность импульса катодного напряжения;
Ua - заданная амплитуда импульса анодного напряжения;
Т1 - заданная длительность импульса анодного напряжения;
Uk - заданная амплитуда импульса катодного напряжения.
В соответствии с заданным значением длительности импульса (Т1) анодного напряжения и вычисленным значением длительности импульса (Т2) катодного напряжения микроконтроллером 14 формируют импульсы управления, которые поочередно включают транзисторы 21, 24 и транзисторы 22, 23 мостового инвертора напряжения 18. Транзисторами 21, 24 подключают напряжение первого комбинированного стабилизатора напряжения 16 через датчик тока 12 к первичной обмотке 25 высокочастотного трансформатора 6 и формируют амплитуду импульса анодного напряжения. Транзисторами 22, 23 подключают напряжение второго комбинированного стабилизатора напряжения 17 через датчик тока 12 к первичной обмотке 25 высокочастотного трансформатора 6 и формируют амплитуду импульса катодного напряжения. Направление тока импульса анодного напряжения в первичной обмотке 25 высокочастотного трансформатора 6 противоположно направлению тока импульса катодного напряжения. При этом на первичной обмотке 25 высокочастотного трансформатора 6 формируются двухполярные импульсы с заданными параметрами по амплитуде и длительности, которые передаются в его вторичную обмотку 7, подключенную к обрабатываемой детали 8. По сигналам с датчика тока 12 микроконтроллером 14 осуществляют корректировку длительности импульса анодного напряжения и аварийное выключение устройства в случае короткого замыкания в нагрузке вторичной обмотки 7 высокочастотного трансформатора 6.
Предлагаемое устройство позволяет регулировать параметры выходного импульсного напряжения в широких пределах, при этом используются два идентичных канала (первый комбинированный стабилизатор напряжения 16 и первый транзисторный полумост 19, второй комбинированный стабилизатор напряжения 17 и второй транзисторный полумост 20), что упрощает конструкцию устройства и его систему управления и позволяет повысить надежность всего устройства.