energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2019-61-3-246-257energy-1206Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPOWER SUPPLY FOR THE INVESTIGATION OF PULSE ELECTROCHEMICAL PROCESSESАлексеевЮ. Г.AliakseyeuYu. G.КоролёвА. Ю.KorolyovA. Yu.

Адрес для переписки: Королёв Александр Юрьевич – Белорусский национальный технический университет, ул. Я. Коласа, 24, 220013, г. Минск. Тел.: +375 17 292-25-98    korolyov@park.bntu.by

Address for correspondence: Korolyov Aleksandr Yu. – Belarusian National Technical University, 24 Ya. Kolasa str., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 292-25-98    korolyov@park.bntu.by

 

korolyov@park.bntu.byНиссВ. С.NissV. S.ПаршутоА. Э.ParshutoA. E.СорокаЕ. В.SorokaE. V.БудницкийА. С.BudnitskiyA. S.Белорусский национальный технический университетБеларусьBelаrusian National Technical UniversityBelarus201828052018613246257Copyright © Алексеев Ю.Г., Королёв А.Ю., Нисс В.С., Паршуто А.Э., Сорока Е.В., Будницкий А.С., 20182018Алексеев Ю.Г., Королёв А.Ю., Нисс В.С., Паршуто А.Э., Сорока Е.В., Будницкий А.С.Aliakseyeu Y.G., Korolyov A.Y., Niss V.S., Parshuto A.E., Soroka E.V., Budnitskiy A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1206

В последнее время в промышленности появилась тенденция использования методов электрохимической обработки, основанных на применении милли- и микросекундных импульсов различной полярности и амплитуды вместо постоянного тока. Применение импульсного тока позволяет во многих случаях получить необходимый эффект более дешевыми средствами и обеспечить дополнительную управляемость электрохимическим процессом за счет регулировки временных параметров импульсов тока, снизить энергетические затраты на процесс полирования и очистки поверхностей по сравнению c обработкой при постоянном токе, повысить эффективность обработки, при которой скорость сглаживания микронеровностей обрабатываемой поверхности, отнесенная к общему съему металла, значительно возрастает. Например, применение биполярных импульсов при полировании многих металлических материалов позволяет отказаться от использования дорогостоящих и вредных хромсодержащих электролитов. Применение импульсного режима при электролитно-плазменном полировании помогает добиться снижения энергопотребления и повышения эффективности процесса при сохранении высокой интенсивности, качества обработки и экологической безопасности. Для исследования влияния временных параметров импульсов тока, а также длительности пауз между ними на характеристики поверхности деталей из различных металлических материалов в процессе электрохимической обработки и при переходе процессов в область электролитно-плазменной обработки при повышении напряжения смоделирован, разработан и изготовлен специальный источник питания, обеспечивающий возможность регулирования частоты, длительности положительного и отрицательного импульсов, а также пауз между ними в широком диапазоне. Разработанный источник питания позволяет формировать импульсы тока до 50 А при напряжении от 0 до 400 В положительной и отрицательной полярностей и способен регулировать их длительность в диапазоне от 10,0 мкс до 8,1 с при возможности изменения соотношения длительности импульсов и пауз от 1:1 до 1:9.

Recently, there has been a tendency in the industry to use electrochemical processing methods based on the use of milli- and microsecond pulses of different polarity and amplitude instead of a direct current. The use of a pulsed current in many cases makes it possible to obtain the desired effect by cheaper means and to provide additional controllability of the electrochemical process by adjusting the time parameters of the current pulses. This also ensures reduction of the energy costs of the polishing and cleaning process of surfaces as compared to direct current processing and increasing the efficiency of processing when the rate of smoothing the surface microroughness referred to the total removal of the metal rises significantly. For example, the application of bipolar pulses in polishing of many metallic materials eliminates the use of expensive and hazardous chromium electrolytes. The use of pulse mode during electrolyte-plasma polishing makes it possible to achieve the reduction of energy consumption and to increase of process efficiency while maintaining high intensity, processing quality and environmental safety. In order to study the effect of pulses parameters and the duration of a pause between them on the characteristics of the surface of parts made of various metallic materials in electrochemical and electrolyte-plasma processing modes the special power supply was modeled, designed and manufactured. The power supply provides the possibility of regulation frequency, the duration of the positive and negative pulses and the duration of the pauses between them a wide range. It makes it possible to generate current pulses up to 50 A at a voltage of 0 to 400 V of positive and negative polarities and is able to regulate their duration in the range from 10.0 μs to 8.1 s with the possibility of changing the ratio of the pulse duration and pauses from 1:1 to 1:9.

источник питаниябиполярное импульсное электрохимическое полированиеэлектролитно-плазменное полированиечастотаамплитудаpower supplybipolar pulse electrochemical polishingelectrolyte-plasma treatmentfrequencyamplitudeReferencesГаланин, С. И. Электрохимическое полирование поверхности ювелирных сплавов золота импульсными токами / С. И. Галанин // Современные гальванические производства: технологии, оборудование, материалы, методы анализа: сб. тез. докладов. науч.-практ. семинара, Санкт-Петербург, 6–8 июня 2007 г. СПб.: Санкт-Петерб. госуд. технол. ун-т, 2007. С. 2.Galanin S.I. (2007) Electrochemical Polishing of the Surface of Jewelry Gold Alloys by Pulse Currents. Sovremennye gal'vanicheskie proizvodstva: tekhnologii, oborudovanie, materialy, metody analiza: sb. tez. dokladov. nauch.-prakt. seminara, Sankt-Peterburg, 6–8 iyunya 2007 g. [Modern Electroplating Production: Technologies, Equipment, Materials, Methods of Analysis. Collection of Abstracts of Scientific and Practical Seminar. St.-Petersburg, 6-8 June]. St.-Petersburg, St.-Petersburg State Technological University, 2 (in Russian).Галанин, С. И. Электрохимическое полирование поверхностей латуней импульсными биполярными токами / С. И. Галанин, В. О. Агафонов // Дизайн. Материалы. Технология. 2007. № 2 (3). С. 84–87.Galanin S.I., Agafonov V.O. (2007) Electrochemical Polishing of Brass Surfaces by Pulsed Bipolar Currents. Dizain. Materialy. Tekhnologiya = Design. Materials. Technology, 3(2), 84–87 (in Russian).Breaking the Chemical Paradigm in Electrochemical Engineering: Case Studies and Lessons Learned from Plating to Polishing in Advances in Electrochemical / E. J. Taylor [et al.] // Advances in Electrochemical Science and Engineering. Wiley-VCH Scheduled Spring. 2017. Vol.18.Taylor E. J., Inman M. E., Garich H. M., McCrabb H. A., Snyder S. T., Hall T. D. (2017) Breaking the Chemical Paradigm in Electrochemical Engineering: Case Studies and Lessons Learned from Plating to Polishing. Advances in Electrochemical Science and Engineering. Vol. 18. Wiley-VCH Scheduled Spring.Electrochemical Machining Using Modulated Reverse Electric Fields: U. S. pat. No 6,402,931 / C. Zhou, E. J. Taylor, J. Sun, L. Gebhart, R. Renz; Issued Jun. 11, 2002.Zhou C., Taylor E. J., Sun J., Gebhart L., Renz R. (2002) Electrochemical Machining Using Modulated Reverse Electric Fields. U.S. Patent ? 6 402 931.Changes on Surfaces of Electrodes in Aqueous Electrolytic Solutions at High Voltages / H. Zeidler [et al.] // Proceedings of the 9th International Symposium on Electrochemical Machining Technology 2013. Chemnitz, 2013.Adamitzki W, Meyer W, Loeser C, Nestler K, Bui HL, Zeidler H. (2013) Changes on Surfaces of Electrodes in Aqueous Electrolytic Solutions at High Voltages. Proceedings of the 9th International Symposium on Electrochemical Machining Technology 2013. Chemnitz.Aliakseyeu, Yu. Electrolyte-Plasma Treatment of Metal Materials Surfaces / Yu. Aliakseyeu, A. Korolyov, A. Bezyazychnaya // CO-MAT-TECH 2006: Proceeding of the abstracts of 14-th International Scientific Conference, Slovak University of Technology, 19-20 October 2006. Slovakia, Trnava, 2006. P. 6.Aliakseyeu Yu., Korolyov A., Bezyazychnaya A. (2006) Electrolyte-Plasma Treatment of Metal Materials Surfaces. CO-MAT-TECH 2006: Proceeding of the abstracts of 14-th International Scientific Conference, Slovak University of Technology, 19-20 October 2006. Slovakia, Trnava, 6.Модель размерного съема материала при электролитно-плазменной обработке цилиндрических поверхностей / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2012. № 3. С. 3–6.Aliakseyeu, Yu. G., Korolyov, A. Yu., Parshuto, A. E., Niss, V.S. (2012) Model of Metal Removal in Electrolytic-Plasma Treatment of the Cylindrical Surfaces. Nauka i tekhnika = Science & Technique, (3), 3-6 (in Russian).Электролитно-плазменная обработка при нестационарных режимах в условиях высокоградиентного электрического поля / Ю. Г. Алексеев [и др.] // Наука и техника. 2017. Т. 16, № 5. С. 391–399. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-5-391-399Aliakseyeu Y. G., Korolyov A. Y., Parshuto A. E., Niss V. S. (2017) Electrolyte-Plasma Treatment under Non-Stationary Mode in a High-Gradient Electric Field. Nauka i tekhnika = Science & Technique, 16(5), 391-399 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2017-16-5-391-399Особенности формирования электрохимических покрытий сплавами на основе олова в условиях нестационарного электролиза / И. И. Кузьмар [и др.] // Современные электрохимические технологии и оборудование: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Минск: БГТУ, 2017. С. 272–276.Kuzmar I. I., Vasilec V.K., Kushner L.K., Hmil A.A., Giro A.M. (2017) Specific Features of Formation of Electrochemical Coverings by Alloys on the Basis of Tin in the Conditions of Non-Stationary Electrolysis. Sovremennye elektrokhimicheskie tekhnologii i oborudovanie: materialy Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Modern Electrochemical Technologies and Equipment: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference]. Minsk, Belarusian State Technological University, 272 – 276 (in Russian).Преображенский, В. И. Полупроводниковые выпрямители / В. И. Преображенский. Москва: Энергоиздат, 1986. 80 с. (Библиотека электромонтера, Вып 582).Preobrazhensky V. I. (1986) Semiconductor Rectifiers. Electrician Library N 582. Moscow, Energoizdat Publ. 80 (in Russian).Чернышова, Т. И. Моделирование электронных схем / Т. И. Чернышова, Н. Г. Чернышов. Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. 80 с.Chernishova T. I., Chernishov N. G. (2010) Simulation of Electronic Circuits. Tambov, Tambov State Technical University. 80 (in Russian).Suchenek, M. Programmable Pulse Generator Based on Programmable Logic and Direct Digital Synthesis / М. Suchenek, T. Starecki // Rev. Sci. Instrum. 2012. Vol. 83, No 12. P. 124704/1−4. https://doi.org/10.1063/1.4771921Suchenek, M., Starecki, T. (2012). Programmable Pulse Generator Based on Programmable Logic and Direct Digital Synthesis. Review of Scientific Instruments, 83(12), 124704/1?4. https://doi.org/10.1063/1.4771921Бирюков, С. А. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах / С. А. Бирюков. Москва: Радио и связь, 1996. 23 с. (Массовая радиобиблиотека, №1220).Biryukov S. A. (1996) Digital Devices on MOS-Integral Chips. Mass radiobiblioteka N 1220. Moscow, Radio i svyaz' Publ. 23 (in Russian).Shakursky, M. V. Digital Converter of Frequency Deviation Based on Three Frequency Generator / M. V. Shakursky, V. K. Shakursky, V. V. Ivanov // East-West Design & Test Symposium (EWDTS 2013). https://doi.org/10.1109/ewdts.2013.6673142Shakurskiy M. V., Shakurskiy V. K., Ivanov V. V. (2013) Digital Converter of Frequency Deviation Based on Three Frequency Generator. East-West Design & Test Symposium (EWDTS 2013). https://doi.org/10.1109/ewdts.2013.6673142Kar, S. K. Tunable Square-Wave Generator for Integrated Sensor Applications / S. K. Kar, S. Sen // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2011. Iss. 10, vol. 60. Р. 3369–3375. https://doi.org/10.1109/tim.2011.2128490Kar S. K., Sen S. (2011) Tunable Square-Wave Generator for Integrated Sensor Applications. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 60(10), 3369–3375. https://doi.org/10.1109/tim.2011.2128490Кирюхин, И. С. Силовая электроника фирмы HARRIS / И. С. Кирюхин, С. В. Шашков. М. : Додэка, 1999. 32 с. (Библиотека электронных компонентов. № 3).Kiryukhin I. S., Shashkov S. V. (1999) Power Electronics by the HARRIS Firm. Electronic Components Library. N 3. Moscow, DODEKA Publ. 32 (In Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.