CS222802B1

CS222802B1 - Connection for automatic voltage rise of controlled rectifier for ion nitriding

Info

Publication number: CS222802B1
Application number: CS414681A
Authority: CS
Inventors: Antonin Smolik; Miroslav Zdenek; Jan Jakes; Oldrich Rybar; Blanka Jonasova; Milan Exner
Original assignee: Antonin Smolik; Miroslav Zdenek; Jan Jakes; Oldrich Rybar; Blanka Jonasova; Milan Exner
Priority date: 1981-06-04
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1983-07-29

Abstract

Zapojení pro automatický náběh napětí řízeného usměrňovače pro chemicko-tepelné zpracování v doutnavém výboji sestává z obvodu výběru maximální hodnoty napětí, impedančního převodníku, elektronického spínače, děliče napětí, dvou odporů a jednoho kondenzátoru. Umožňuje optimální průběžné přizpůsobování rychlosti zvyšování napětí doutnavého výboje ve fázi odjiskřování vsázky.The circuit for automatic voltage ramp-up of a controlled rectifier for chemical-thermal treatment in a glow discharge consists of a maximum voltage selection circuit, an impedance converter, an electronic switch, a voltage divider, two resistors and one capacitor. It allows for optimal continuous adjustment of the rate of increase of the glow discharge voltage in the charge sparking phase.

Description

Vynález se týká zapojení pro automatický náběh napětí řízeného usměrňovače, určeného pro zařízení na chemicko-tepelné zpracování kovových výrobků v doutnavém výboji, zejména pro iontovou nitridaci.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention relates to a circuit for the automatic start-up of a voltage-controlled rectifier for a device for chemical-thermal treatment of metal products in a glow discharge, particularly for ion nitriding.

Při procesu iontové nitridace v doutnavém výboji dochází, zejména, na jeho začátku, k častým poruchám výboje. Nejčastěji jsou to lokální přechody doutnavého výboje do režimu oblouku, které buď samovolně zanikají, nebo se rozrůstají do větších rozměrů. V druhém případě musí být k jejich likvidaci aktivovány zhášecí mechanismy, kterými bývají zdroje pro iontovou nitridaci vybaveny. Fáze nejčetnějšího výskytu poruch se nazývá odjiskřování, podle krátkých záblesků v místech krátkodobého zvýšení koncentrace proudu. Fáze odjiskřování je počáteční fází náběhu nitridačního procesu. Děje se při nízkém tlaku plynů, při malém proudu a při malých až středních napětích. Výskyt poruch a jejich přechodů do nežádoucího oblouku závisí na kvalitě a znečištění povrchu vsázky a do značné míry na rychlosti zvyšování napětí výboje. Čím je rychlejší zvyšování napětí, tím je četnější výskyt poruch a přechodů do oblouku a může od určité míry vůbec znemožnit vytvoření pracovního režimu pro nitridaci. Optimální je proto pozvolný nárůst napětí, při kterém dojde k odjiskření při co nejmenším počtu přechodů do oblouku. Známá řešení buď předpokládají ruční řízení ve fázi odjiskřování, nebo využívají různých zapojení pro automatické zvyšování napětí. Nevýhoda první uvedené alternativy je zřejmá — nutnost obsluhy a její možná subjektivita při hodnocení procesu.During the ion nitriding process in the glow discharge, frequent discharge failures occur, especially at the beginning thereof. Most often, these are local transitions of the glow discharge into arc mode, which either disappear spontaneously or grow to larger dimensions. In the latter case, the quenching mechanisms with which the ion nitriding sources are equipped must be activated for their disposal. The phase of the most frequent occurrence of disturbances is called spark-off, according to short flashes in places of short-term increase in current concentration. The de-sparking phase is the initial start-up phase of the nitriding process. It takes place at low gas pressure, low current and low to medium voltage. The occurrence of disturbances and their transitions into an undesired arc depends on the quality and contamination of the charge surface and to a large extent on the rate of increase of the discharge voltage. The faster the voltage increase, the more frequent the occurrence of faults and arc transitions and may, to some extent, make it impossible to establish a working mode for nitriding. Optimum is therefore a gradual increase in voltage at which sparking occurs with as few transitions into the arc as possible. The known solutions either assume manual control in the de-sparking phase or use various wiring to automatically increase voltage. The disadvantage of the first mentioned alternative is obvious - the necessity of the operator and its possible subjectivity in the process evaluation.

Pokud jde o známá zapojení pro automatický náběh, využívají tato časovačích obvodů pro programování zvyšování žádané hodnoty napětí nebo proudu s možností zásahu do programu zvyšování ve smyslu prodloužení časového intervalu dané napěťové nebo proudové úrovně, nebo provedení zpětného kroku na nižší napěťovou nebo proudovou úroveň. Zásah do programu provádí obvody vyhodnocení poruch. Nevýhody těchto zapojení, při jejich poměrné složitosti, jsou dány jejich diskrétním způsobem činnosti. Změny se dějí vždy v předvolených disktrétních krocích. Tím je dána určitá necitlivost k pochodům v recipientu. Například při snížení napětí na nižší úroveň vlivem velkého výskytu poruch může dojít k úplnému vymizení poruch, bylo-11 snížení dost velké. Po předvoleném časovém intervalu dojde k opětnému zvýšení napětí na úroveň, při které bude opět zjištěn nadkritický výskyt poruch, což způsobí snížení napětí a tento postup se může několikrát opakovat. Uvedený postup vede k prodlužování doby odjiskřování.With respect to known automatic start-up circuits, these timing circuits utilize an increase in voltage or current setpoint to program an increase program to extend the time interval of a given voltage or current level, or to perform a reverse step to a lower voltage or current level. Interference into the program is performed by the fault evaluation circuits. The disadvantages of these circuits, given their relative complexity, are due to their discrete mode of operation. Changes always take place in preset discretizing steps. This gives some insensitivity to the processes in the recipient. For example, when the voltage is lowered to a lower level due to the high incidence of faults, the faults may completely disappear if the reduction was large enough. After a preselected time interval, the voltage rises again to a level at which the supercritical failure occurs again, causing the voltage to decrease and this procedure may be repeated several times. This procedure leads to an increase in the spark-off time.

Nevýhody známých zapojení odstraňuje v převážné míře zapojení podle vynálezu pro automatický náběh napětí řízeného usměrňovače pro iontovou nitridaci, jehož podstata spočívá v tom, že jeho první vstup, který je vstupem pro signál žádané hodnoty řídicího úhlu ee uspiěrňovače z výstupu regulátoru proudu je prvním vstupem obvodu výběru maximální hodnoty napětí, jehož výstup je výstupem celého zapojení a je připojen na vstup obvodu fázového řízení usměrňovače. Druhý vstup zapojení, který je vstupem impulsního signálu význaku poruchy z výstupu detektoru poruch, je připojen na budicí vstup elektronického spínače. Kondenzátor je jedním pólem připojen na výstup děliče napětí, který je svým prvním vstupem připojen na svorku kladného potenciálu a svým druhým vstupem na svorku záporného potenciálu, přičemž druhý pól kondenzátoru je přes druhý odpor připojen na svorku záporného potenciálu, pres sériové spojení elektronického spínače a první odpor na svorku kladného potenciálu, a přes impedanční převodník je druhý pól kondenzátoru připojen na druhý vstup obvodu výběru maximální hodnoty napětí.The disadvantages of the known circuits are largely eliminated by the circuit according to the invention for the automatic start-up of the voltage-controlled rectifier for ionic nitriding, which is characterized by the fact that its first input is the first input of the circuit. selecting the maximum voltage value, the output of which is the output of the entire wiring and is connected to the input of the rectifier phase control circuit. The second wiring input, which is the fault signal pulse signal input from the fault detector output, is connected to the drive input of the electronic switch. The capacitor is connected by one pole to the output of the voltage divider which is connected to the positive terminal by its first input and by the negative terminal to the negative terminal by the second input, the negative terminal is connected to the negative terminal via the second resistor. the resistance to the positive terminal, and through the impedance converter, the second pole of the capacitor is connected to the second input of the maximum voltage selection circuit.

Hlavní výhodou zapojení podle vynálezu je optimální průběžné přizpůsobování rychlosti zvyšování napětí pochodům v recipientu. Při použití zapojení podle vynálezu lze dobu odjiskřování zkrátit na nejkratší nezbytně dlouhou dobu. Další výhodou zapojení je jeho jednoduchost.The main advantage of the circuitry according to the invention is the optimal continuous adaptation of the rate of increase of voltage to the processes in the recipient. When using the circuit according to the invention, the spark-off time can be shortened to the shortest necessary time. Another advantage of wiring is its simplicity.

Příklad zapojení podle vynálezu je na výkresu.An example of a wiring according to the invention is shown in the drawing.

Zapojení pro automatický náběh napětí řízeného usměrňovače pro iontovou nitridaci sestává z obvodu 7 výběru maximální hodnoty napětí, impedančního převodníku 6, elektronického spínače 2, děliče 3 napětí, dvou odporů 1, 5 a jednoho kondenzátoru 4. Zapojení je uspořádáno tak, že první vstup il, který je vstupem pro signál žádané hodnoty řídicího úhlu a usměrňovače z výstupu regulátoru RP proudu, je prvním vstupem obvodu 7 výběru maximální hodnoty napětí, jehož výstup je výstupem o celého zapojení a je připojen na vstup obvodu FRU fázového řízení usměrňovače TU, přičemž druhý vstup i2 zapojení, který je vstupem impulsního signálu význaku poruchy z výstupu detektoru DP poruch, je připojen na budicí vstup elektronického spínače 2, dále je zapojení provedeno tak, že kondenzátor 4 je jedním pólem připojen na výstup děliče 3 napětí, který je svým prvním vstupem připojen na svorku kladného potenciálu +U a svým druhým vstupem na svorku záporného potenciálu —U, přičemž druhý pól kondenzátoru 4 je přes odpor 5 připojen na svorku záporného potenciálu —U, přes sériové spojení elektronického spínače 2 a odporu 1 na svorku kladného potenciálu +U a přes impedanční převodník 6 je druhý pól kondenzátoru 4 připojen na druhý vstup obvodu 7 výběru maximální hodnoty napětí.The circuit for the automatic start-up of the controlled ion nitriding voltage rectifier consists of a maximum voltage selection circuit 7, an impedance converter 6, an electronic switch 2, a voltage divider 3, two resistors 1, 5 and one capacitor 4. The arrangement is arranged so that which is the input for the setpoint signal of the control angle and the rectifier from the output of the current regulator RP, is the first input of the maximum voltage selection circuit 7, the output of which is the whole wiring output and connected to the FRU input of the phase control The wiring, which is the input of the pulse signal of the fault signal from the output of the DP fault detector, is connected to the excitation input of the electronic switch 2, the wiring is carried out so that the capacitor 4 is connected to the voltage divider 3. to the positive terminal + U and its second input to the negative terminal –U, the other pole of the capacitor 4 is connected via the resistor 5 to the negative terminal –U, through the serial connection of the electronic switch 2 and the resistor 1 to the + U terminal and the impedance converter 6, the second pole of the capacitor 4 is connected to the second input of the maximum voltage selection circuit 7.

Funkce zapojení podle vynálezu je popsána v návaznosti na ostatní pomocné obvody řízeného usměrňovače. Zapojení pracuje tak222802The circuitry function of the invention is described in relation to the other auxiliary circuits of the controlled rectifier. The connection works like 222802

S to. Napětí na výstupu řízeného usměrňovače TU je dáno řídicím úhlem a, který je určen obvodem FRU fázového řízení v závislosti na napětí na výstupu o z obvodu 7 výběru maximálního napětí. Při snižování tohoto napětí se usměrňovač TU otevírá, jeho výstupní napětí se zvětšuje a naopak při zvyšování napětí na výstupu o se usměrňovač zavírá a jeho napětí se snižuje. Napětí na výstupu o je rovno tomu napětí na vstupech obvodu 7, které má vyšší kladnou hodnotu, a jemuž tedy odpovídá menší otevření a nižší výstupní napětí usměrňovače. Regulátor proudu RP, připojený svým výstupem na vstup il, se ve fázi odjiskřování neuplatňuje, protože žádaná hodnota proudu i-soll pro pracovní režim je vyšší než skutečná hodnota proudu i-ist při odjiskřování. Výstup regulátoru RP proudu je tedy na hodnotě odpovídající žádosti o větší otevření usměrňovače, která nemůže být realizována, neboť vřazený obvod 7 výběru maximální hodnoty napětí vybírá, jak zde již bylo řečeno, žádost o menší otevření usměrňovače. Otevření usměrňovače ve fázi odjiskřování je určeno napětím na kondenzátorů 4, který je z důvodu impedančního přizpůsobení připojen ke druhému vstupu obvodu 7 přes impedanční převodník 6. Kondenzátor 4 je přes odpor 5 nabíjen na záporné napětí a výstupní napětí usměrňovače TU se zvyšuje. Počáteční hodnota, od které začíná zvyšování napětí, je dána děličem 3. Při poruše výboje je na dobu určenou délkou impulsu na vstupu 12 z detektoru DP poruch výboje sepnut elektronický spínač 2 a kondenzátor 4 je přes odpor 1 připojen na svorku kladného potenciálu +U. Napětí na kondenzátoru 4 se změní na kladnější a usměrňovač TU se přivírá. Po skončení význakového impulsu o poruše na vstupu i2 pokračuje nabíjení kondenzátorů 4 na záporné napětí — U. Případný výskyt další poruchy způsobí další snížení napětí usměrňovače. Jelikož však snižování napětí usměrňovače omezuje výskyt poruch, dojde při působení podepsaného mechanismu z krátkodobého hlediska k ustálení na optimální hodnotě napětí pro dané stadium odjiskřování. Protože však počet poruch při daném napětí s narůstajícím časem klesá, dochází z dlouhodobého hlediska ke zvyšování výstupního napětí usměrňovače. Rychlost zvyšování je dána rychlostí poklesu četnosti poruch. Při zvyšování napětí doutnavého výboje dochází rovněž ke zvyšování proudu. Jakmile se skutečná hodnota proudu i-ist rovná žádané hodnotě proudu i-soll, přebírá řízení usměrňovače regulátor RP proudu. Tato fáze nastává po skončení odjiskřování. Mechanismus automatického zvyšování napětí v závislosti na výskytu poruch se pak dále neuplatňuje.With it. The voltage at the output of the controlled rectifier TU is given by the control angle α, which is determined by the phase control circuit FRU as a function of the output voltage o from the maximum voltage selection circuit 7. When this voltage decreases, the rectifier TU opens, its output voltage increases and vice versa as the voltage at the output rises by, the rectifier closes and its voltage decreases. The voltage at the output o is equal to the voltage at the inputs of the circuit 7, which has a higher positive value and thus corresponds to a smaller opening and a lower rectifier output voltage. The current regulator RP, connected by its output to the input il, is not applied in the disarming phase, since the setpoint current i-soll for the operating mode is higher than the actual value of the current i-ist during the disarming. Thus, the output of the current regulator RP is at a value corresponding to a larger rectifier open request that cannot be realized because the maximum voltage selection circuit 7 selects, as already mentioned, a smaller rectifier open request. The opening of the rectifier in the discharging phase is determined by the voltage at the capacitors 4, which for impedance matching is connected to the second input of the circuit 7 via the impedance converter 6. The capacitor 4 is charged to the negative voltage via a resistor 5 and the output voltage of the rectifier TU increases. The initial value from which the voltage increase starts is given by divider 3. In the event of a shock failure, the electronic switch 2 is switched on for a period of time determined by the pulse length at the DP fault detector DP and the capacitor 4 is connected to the + V terminal. The voltage on the capacitor 4 becomes more positive and the rectifier TU is closed. Upon completion of the fault signal at input i2, the capacitors 4 continue to charge at a negative voltage - U. Eventual occurrence of a further fault will cause a further reduction of the rectifier voltage. However, since the reduction of the rectifier voltage limits the occurrence of disturbances, the signed mechanism will, in the short term, stabilize at the optimum voltage value for a given discharging stage. However, since the number of faults at a given voltage decreases with increasing time, the rectifier output voltage increases in the long term. The rate of increase is given by the rate of decrease of the failure rate. As the glow discharge voltage increases, the current also increases. As soon as the actual value of i-ist equals the setpoint value of i-soll, the rectifier RP takes over the current controller RP. This phase occurs after the sparking has ended. The mechanism of automatic voltage increase depending on the occurrence of faults is then no longer applied.

Z uvedeného vyplývá, že mechanismus funkce zapojení podle vynálezu je adaptabilní podle vlastností soustavy recipient vsázka, což je jeho velkou předností.Accordingly, the engagement mechanism of the invention is adaptable to the characteristics of the recipient feed system, which is a great advantage thereof.

Zapojení je vhodné pro uplatnění v zařízeních pro chemicko-tepelné zpracování v doutnavém výboji, zejména v zařízeních pro iontovou nitridaci.The circuit is suitable for use in glow discharge chemical heat treatment plants, especially in ion nitriding plants.

Claims

SUBJECT

Circuit for automatic start-up of a controlled ion nitriding voltage rectifier, consisting of a maximum voltage selection circuit, an impedance converter, an electronic switch, a voltage divider, two resistors and one capacitor, characterized in that the needle is the first input (il) which is the input for the control angle and rectifier reference signal from the current regulator (RP) output is coupled to the first input of the maximum voltage selection circuit (7), the output of which is coupled to the wiring output (o), and connected to the phase control (FRU) input the rectifier (TU), wherein the second wiring input (i2), which is the input of the fault signal from the fault detector (DP) output, is initially coupled to the drive input of the electronic switch (2) where the capacitor (4) is connected to the output of a voltage divider (3) which is connected to the positive terminal by its first input potential (+ U) and its second input to the negative potential terminal (UU), the second pole of the capacitor (4) being connected via the expensive resistor (5) to the negative potential terminal (UU) and through the electronic switch serial connection (2 ) and the first resistor (1) to the positive potential terminal (+ U) and second, via the impedance converter (6), the second pole of the capacitor (4) is connected to the second input of the maximum voltage selection circuit (7).