KR840002602Y1 - 전기 분해된 알루미늄을 전해 채색하는 공정에 응용할 수 있는 전압 혹은 전류파형을 발생시키고 자동제어하는 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전기 분해된 알루미늄을 전해 채색하는 공정에 응용할 수 있는 전압 혹은 전류파형을 발생시키고 자동제어하는 장치

제1도는 전기분해된 알루미늄을 전해채색하는 공정에 응용할 수 있는 전압 혹은 전류 파형을 발생시키고 자동제어하는 장치의 개요도이다.

제2도는 입력파형과 출력파형을 그래프로 도시한 것이다.

제3도는 제2도의 그래프와 유사하지만 입력파형이 사이리스터(thyristor)에 의해 조절되는 점이 다른 그래프이다.

본 고안은 알루미늄을 전해채색하는 공정에 응용할 수 있는 전압 혹은 전류파형을 발생시키고 그것을 자동제어할 수 있는 장치에 관한 것이다. 일반적으로 전해법(electrolytic process), 특히 전해채색법은 교류전류가 쓰이므로 여러가지 제한과 어려움이 뒤따른다.

전해법에서 서로 다른 극성을 갖는 2개의 전극이 전해액에 담겨질 때, 두 극사이에서 나타나는 전압값은 평균값이며, 이 전압의 평균값은 상기 전극의 성질과 전해액의 성분에 의존된다. 교류 싸인(sine) 전류를 상기 두 극 사이에 적용하면 상술한 분극전압은 부호가 동일한 반파(semiwave)에 의해 증가되고 부호가 반대인 반파에 의해 감소되기 때문에 입력 파형과 다소 비대칭으로 되어진다. 더 상세하게 설명하면, 전기분해된 알루미늄을 전해채색하는 공정에서 금속을 덮고 있는 산화물의 층에는 2가지 특성이 있다.

첫째로, 산화물의 층이 매우 얇다.

즉 절연체인 상기 산화물의 층이 금속과 전해액 사이에 삽입될 때 컨덴서의 역할을 한다.

둘째로, 금속이 네가티브(negative)일 때 산화물의 층이 전하를 금속에서 부터 전해액으로 매우쉽게 옮기고, 금속이 포지티브(positive)일 때는 산화물의 층이 전하를 금속에서 부터 전해액으로 쉽게 옮기지 못한다.

교류가 적용될 때 이와같은 반도체 효과와 컨덴서 효과 때문에 알루미늄에 있어서 포지티브 반파보다 네가티브 반파가 더 잘 흐르게 되고, 한 방향에서부터 다른 방향으로 전압강하가 교류로 발생하게 된다.

그래서 적용된 전압에 의해 야기된 파형은 대칭이 아니다. 상기와 같은 현상은 반도체 효과에 기인한다. 반면에, 컨덴서 효과에 의해 교류 전류가 알루미늄과 다른 전극사이에 인가될 때 알루미늄에 형성된 컨덴서는 입력파형의 피이크 전압으로 충전되고, 싸인변화 때문에 전압의 감소보다 느리게 방전된다.

그래서 출력전압의 평균값과 효율은 대응하는 입력파형보다 크고, 또한 전해층의 용량이나 두께등에 좌우되기 때문에 상기의 평균 값과 효율은 가변될 수 있다.

이러한 현상은 공업분야에서 사이리스터가 교류전류를 제어하도록 사용될 때 매우 중요하다.

상기 경우에 용량이 5×10⁵마이크로파라드 정도로 큰 부하가 사용되기 때문에 출력파형의 평균값은 입력전압 펑균값의 2배정도로 되고 산화층의 조건과 특성에 전적으로 의존하게 된다. 그래서 동일한 입력 교류전압에 대해 출력전압이 부하의 전기적 특성의 변화에 따라 변하기 때문에 제어하기가 어렵다. 전기 에너지를 정밀하게 인가시켜야 하는 전해채색하는 것과 같은 공정에 있어서, 상술한 것과 같은 현상은 큰 결함이 된다. 교류전류 혹은 컨덕션 앵글-랙티화이드(conduction angle-rectified) 전류를 제어하기 위해 공업분야에서 사이리스터를 사용하면 입력전압이 "0"이 아닐때 사이리스터의 기능에 의해 빈번하게 제거하기 어려운 고주파 간섭이 발생된다.

본 고안에 따른 발진기로 상기 제반문제 점을 해결할 수 있고, 공정에서 사용되는 파형을 완전하게 제어할 수 있다. 전류를 발생시키는 본 장치에는 전해채색하기 위해 전해분해된 알루미늄에 적용되는 전압 혹은 전류제어용 연산증폭기가 있고, 또 공업분야에시 상기 설비를 효율적으로 운용할 수 있는 트랜지스터도 있다.

변압기, 정류기, 휠터등이 있는 대칭형 직류전류의 소스(source)는 3상공급망으로부터 한쪽전극의 공급장치인 중앙점 즉 중심점에 대해 값이 동일한 포지티브 전압과 네가티브 전압을 공급받는다.

본 장치는 2개의 트랜지스터로 구성된 전력제어 단, 채색될 부하에 적용되는 전압의 강도나 파형을 제어하는 쌍극연산 증폭기, 적당한 값으로 된 일련의 부품으로 구성되어 있으며 검지된 신호를 처리하여 연산증폭기의 인버서(inversor) 입력에다 이것은 적용할 수 있도록 배치된 반파용 외부 제어기, 하나는 양극파를 프로그램하고 다른 하나는 음극파를 프로그램하는 2중 선형 프로그램장치로 형성된 프로그램 장치와, 쌍극연산 증폭기의 포지티브 즉 논인버서(non inversor) 입력에 연결된 신호 발진기를 갖고 있다.

알루미늄에 인가되는 전류의 변수를 검출하고 분리할 수 있는 측정장치 및 기록장치가 설치되어 있기 때문에 시간의 흐름에 따라 양극 전압 또는 음극전압과 양극전류 또는 음극전류를 그래프식으로 기록할 수도 있다.

상기와 같은 자동제어가 가능하기 때문에 채색할 부하의 전기적 특성 즉 용량이나 분극등에 관계없이 항상 변형되지 않는 전압이나 전류파형을 전해 전지나 용기에 적용할 수 있다. 어떠한 파형이든 변형시키지 않고 사용할 수 있기 때문에 싸인파형을 사용하여 고주파 간섭이 나타나는 것을 방지할 수 있다. 이와 같은 고주파 간섭은 컨덕션 앵글(conduction angle)을 변형시켜 조절시키는 사이리스터가 사용되는 장치에서 흔히 발생한다.

불연속으로된 신호의 사용에 의해 생긴 부하의 불균형은 세개의 3상 배전선을 따라 분배되기 때문에 상기 장치는 항상 평행 상태로 유지되어진다.

기준신호가 부하에 실제로 적용되는 전압이나 전류와 계속 비교되어 양쪽의 값이 동일하게 되기 때문에 상기 장치의 전압이나 전류는 자동으로 안정되어 진다.

그러므로 한번 초기 조건이 결정되면 채색되는 부하의 크기에 관계없이 초기 조건은 항상 일정하게 유지된다. 상기 시스템의 장치를 변형시키지 않고 다른 채색과정에다 다른 전기적인 프로그램을 적용시킬 수도 있다. 동시에 전기분해, 석출같은 다른 전해 공정에도 상의기 프로그램을 응용할 수 있다.

상기 장치에도 또 서프라이 네트워크(supply network)에서 나오는 전류대신 다른 전류를 사용할 수 있기 때문에 채색 과정에 매우 유용하다.

공정에서의 변화를 계속적으로 기록할 수 있기 때문에 쉽게 기능을 제어하고, 이상을 검출하며, 에러를 정정하고, 또 통괄적으로 제어하여 공정을 완전자동으로 할 수 있다. 설명을 보완하고 본 고안의 특성을 더 잘 이해할 수 있도록 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도에서 교류 전류가 알루미늄과 다른 전극사이에 적용되어질 때 컨덴서 효과에 의해 실효값과 펑균값이 입력파형(1)보다 더 큰 출력파형(2)이 얻어진다.

공업분야에서 사이리스터를 사용하여 교류전류를 제어할 때 사용되는 부하의 용량이 매우 크기 때문에 출력파형을 제3도의 "2a''로 표시된 파형으로 간주할 수 있다.

여기서, 출력전압의 평균값이 입력전압(1a)의 2배 정도되며 산화층의 조건과 특성이 전적으로 의존한다는 것을 알 수 있다. 제1도의 회로인 본 고안에 따른 장치를 전자동으로 제어하여 상기의 문제점을 해결하고, 부하에 적용되는 파형을 발생시킬 수 있다.

상기회로에는 정류변압기(4)를 포함하는 3상 서프라이 네트워크 (3)가 있다.

정류변압기(4)를 사용하여 영전위를 갖는 중성점(7)에 대해 포지티브 및 네가티브로 되어 있는 포지티브 전압(5)과 네가티브 전압(6)을 얻을 수 있다.

상기 중성점(7)은 전해조(9)의 한 전극(3)에 직접 연결되어 있다.

정류변압기(4)에 의해 공급되는 두전압(5)(6)은 PNP 형과 NPN형으로 된 2개의 트랜지스터로 구성된 제어부분(10)을 통과한다.

상기 2개의 트랜지스터가 전극(8a)을 경유하여 전해조(9)에 들어 있는 채색될 부하에 적용될 포지티브와 네가티브신호 각각의 전기변수를 제어한다.

도면에 PNP 형과 NPN형의 트랜지스터가 도시되어 있지만 NPN형의 트랜지스터만 설치할 수도 있다. 그 외에도 상기 회로에는 채색될 부하에 적용되는 전압의 파형이나 강도를 제어하는 쌍극 연산증폭기(11)가 있다.

연산증폭기(11)에는 두개의 입력이 있다. 발진기(12)에서 나오는 강도가 약한 신호는 포지티브 즉 논-인버서 신호를 가진 연산증폭기(11)의 입력을 통해 연산증폭기(11)에 적용되어진다.

이 신호의 파형은 채색될 부하에 적용되는 신호의 파형과 동일하다. 중성점(7)에 연결된 전극(8)에서 나오는 신호도 연산증폭기(11)의 논-인버서 입력에 연결되어 있다. 일련의 격리된 저항체들은 제1도에 도시되어 있지 않다. 발진기(12)를 연산증폭기의(11)의 인버서 입력에다 연결시켜도 본 장치의 작동은 변하지 않는다는 사실은 이미 공지되어 있다. 네가티브 즉 인버서 신호를 가진 연산증폭기(11)의 다른 입력은 전해조(9)의 전극(8a)에 실제로 존재하는 신호를 받는다. 연산증폭기(11)가 적용될 신호의 값(전압 또는 전류)과 실제로 적응되는 신호의 값을 즉각적으로 비교하여 두 입력 즉 포지티브와 네가티브 사이의 차이를 제로로 만든다.

그러므로 부하에 적용되는 신호(전압 또는 전류)는 증폭(11)의 논-인버서 입력에 적용되는 신호와 동일하게 된다. 상술한 것과 같이 전해조(9)의 전극(8a)에 실제로 존재하는 신호가 연산증폭기(11)의 네가티브 즉 인버서 입력에 적용된 후 공정이 진행되어 진다.

적당한 값을 가진 일련의 부품 즉 저항, 전위차계등으로 구성된 반파용 외부제어기(13)에 의해 상기의 공정이 수행된다. 여기서 저항이 전극에 병렬로 연결될 경우, 제어기(13)에 의해 검지되는 신호는 부하의 전압이며, 부하에 적용되는 신호는 발진기(12)에 의해 공급되는 기준 전압의 파형과 동일한 전압이다.

같은 식으로 전극(8) 그리고/또는 전극(8a)에 저항이 직렬로 연결될 경우, 제어기(13)에 의해 검지되는 신호는 전류이며 이 신호는 발진기(12)에 의해 공급되는 전류와 동일한 전류이다.

저항, 전위차계등과 같은 상술한 부품을 사용하여 연산증폭기(11)의 증폭요소 즉 전압이득이나 전류이득을 변화시킬 수 있다, 입력신호가 완전히 대칭으로 되도록 각각의 반파를 개별적으로 제어하여 포지티브 전압(또는 전류)과 네가티브 전압(또는 전류)의 비율이 적당한 출력신호를 얻을 수 있다.

2중 선형 프로그램 장치로 구성된 프로그램 장치의 하나(14)는 양극 파형을 프로그램하고 다른 하나(15)는 음극파형을 프로그램한다.

기본적으로 상기 장치는 미리 선택된 속도상수에 따라 값이 계속적으로 변화하는 저항으로 구성되어 있다. 연산증폭기(11)의 이득을 변화시키기 위해 반파제어기(13)이 있는 저항의 값을 변화시키면 연산증폭기(11)의 증폭용량은 시간에 따라 선형으로 즉 함수 G=f(t)의 형태로 변한다.

이것은 양극 파형과 음극 파형 양쪽에 다 적용된다.

신호 발진기(12)로 여러 형태의 신호를 생성시킬 수 있다.

0.1Hz-5MHz 사이의 주파수를 계속 조절하여 상기의 신호를 싸인파형, 삼각파형 또는 사각파형으로 변형시킬 수 있다. 스위핑(sweeping) 발진기의 역할도 가능한 신호발전기(12)로 활성주기와 비활성주기 사이의 비율을 조절하고, 직류와 교류 신호를 혼합시키며, 양극값과 음극값 사이의 비율을 변화시킬 수도 있다.

제1도에서 "16"으로 도시된 측정 및 기록 장치는 채색할 알루미늄에 인가되는 전류의 전기변수를 검출하고 분리하는 전자장치로 구성되어 있다.

측정 및 기록장치(16)로 측정값을 즉각적으로 조화시키고 양극 및 음극 전압과 전류의 시간에 대한 변화를 그라프로 기록할 수 있다.

상기측정 및 기록장치(16)로 결점을 검지할 수 있으며, 에러를 수정할 수 있고 또 통괄적으로 제어할 수 있기 때문에 전해채색 공정을 전자동으로 쉽게 행할 수 있다.

Claims (1)

1. 전원이 대칭으로 된 직류전류의 소스(source)로 부터 공급되고. 소스의 중심점이 부하에 직접 연결되어 있으며, 소스에 의해 공급된 포지티브와 네가티브 전압이 쌍극 연산증폭기에 의해 제어되는 전원 제어단을 통해 흐르고, 쌍극연산증폭기의 한신호 입력은 신호 발진기에 연결된 포지티브 즉 논-인버서이며, 쌍극 연산증폭기의 다른 신호 입력은 네가티브 즉 인버서이고, 전해조의 전극에 실제로 존재하는 신호가 상기 인 버서를 통해 적용되며, 상기 신호가 프로그램 장치에 의해 제어되는 반파 외부 제어단에서 적당하게 처리되고 전원 제어단이 두개의 트랜지스터로 구성되어 있으며, NPN트랜지스터가 양극 전류를 제어하고, PNP트랜지스터가 음극 전류를 제어하며, 두 트랜지스터의 에미터 접합점이 전해조의 한 전극에 연결되어 있고, 전해조의 다른 전극은 직류전류 소스의 제로 전압점에 직접 연결되어 있으며, 상기 트랜지스터가 그것의 베이스를 통해 있는 증폭장치에 의해 제어되고, 증폭장치가 부하에 적용되는 전압이나 전류의 값과 증폭기에 적용되는 기준전압이나 전류의 값을 비교하며, 연산증폭기의 작동에 의해 상기 전압이나 전류값 사이의 차이가 제로로 되기 때문에 부하에 적용된 파형과 증폭기에 적용된 기준파형이 동일하고, 연산증폭기가 외부에 있으며 두 그룹으로 되어 있는 부품에 의해 제어되며, 상기 두 그룹중 한 그룹이 양극파를 제어하고, 다른 그룹이 음극파를 제어하며, 상기 부품들이 프로그램 장치에 의해 제어되기 때문에 기준신호의 증폭계수가 시간에 따라 계속 변화하고, 발진기로 0.1Hz와 5MHz 사이의 주파수를 계속 조절하여 싸인파, 삼각파, 사각파등을 만들 수 있으며, 발진기로 활성과 비활성 주기 사이의 비율을 조절할 수 있고, 발진기로 양극값과 음극값 사이의 비율을 변화시키며 직류와 교류신호를 혼합할 수 있고, 본 장치가 전해조에 적용될 때 기록장치가 전해 공정동안 시간에 따라 변화하는 반파 즉 양극과 음극의 전기 변수를 계속 기록할 수 있도록 배치되어 있는 전기 분해된 알루미늄을 전기적으로 채색하는 공정에 응용할 수 있는 전압 혹은 전류파형을 발생시키고 자동제어하는 장치.