電鍍屬于(yu)電解加工過(guo)程。不言而喻(yù),電源的性能(neng)、類🛀型✊、特征等(děng)因素必将對(dui)電鍍工藝過(guò)程産生重要(yao)影響。特别是(shì)在現代電鍍(dù)技術飛速發(fā)展的今天,電(dian)鍍電源更具(ju)有重要地位(wei)。因此,了解電(dian)鍍電源對電(diàn)鍍工藝過程(cheng)的影響很有(yǒu)必要。
1.1 傳統矽整流(liu)器
矽整流器(qì)使用曆史長(zhang),技術成熟,是(shì)電鍍整流器(qi)主流産品。 1.1.1 整(zhěng)流電路。工業(yè)生産中一般(ban)采用三相調(diào)壓器調壓,50Hz三(sān)🔴相工頻變壓(ya)器降壓的普(pu)通矽整流器(qi)。各種整流電(diàn)路獲得📞的均(jun)是脈🛀🏻動直流(liú)電,不是純直(zhí)流,或多或少(shǎo)地含有交流(liu)成分。為了比(bi)較脈動成份(fen)的多少,可用(yòng)紋波系數來(lai)表示,其含義(yi)為🔞交流成份(fen)🌂在直流成分(fèn)中占的百分(fen)比,其數值越(yue)小,交流成份(fèn)越少,越接近(jìn)純直流。
各種(zhǒng)整流電路的(de)波動系數不(bu)同。其由大到(dào)小的次序為(wéi):三相半波整(zhěng)流、三相全波(bō)橋式整流或(huò)帶平衡電抗(kàng)🔅器的六相雙(shuāng)反星形整流(liú)。其中後者工(gong)作時整流元(yuán)件并聯導通(tōng),波形最為平(ping)🈲滑,整流👅效率(lǜ)較高,工作也(ye)較為可靠,時(shí)最為常用的(de)👣一種。
為了獲(huò)得低紋波輸(shu)出,則必須采(cǎi)用濾波或其(qí)它特🔞殊措施(shī)。利用電容、電(dian)感貯能元件(jiàn)進行濾波,是(shi)将脈動直💯流(liu)轉變為較為(wéi)平滑的直流(liú)的常用措施(shi)。但實際生産(chǎn)中,除試驗用(yòng)的小型整👈流(liú)器之外,工業(yè)生産基本上(shàng)不進行濾波(bō)。特殊情況可(kě)使用大電感(gan)。電容在低電(diàn)壓、大電流情(qíng)況下不适用(yong)于濾波。電容(róng)濾波🏃🏻♂️,對工頻(pin)整流隻⭐适合(hé)于非常小⚽功(gōng)率的整流電(diàn)🈲源。例如輸出(chu)10A的💃🏻單相全👅波(bō)整流器,要達(dá)到低紋波輸(shu)出,其濾波電(diàn)容要達0.1F以上(shàng)。随着頻率的(de)提高,所需電(dian)容量減小。
可(ke)控矽利用改(gai)變可控矽管(guǎn)導通角來調(diào)整輸出平均(jun)直流大小的(de)普通可控矽(xī)整流器,可控(kong)矽管輸出的(de)是間斷脈沖(chòng)波,其紋波系(xì)數的受導通(tōng)角控制,輸出(chū)紋波系數大(dà)于普通矽整(zhěng)流電路。特别(bié)是在使用電(dian)流低于額定(ding)電流🧑🏾🤝🧑🏼較大的(de)情👄況下,輸出(chu)💜波形脈動系(xì)數更大。
它采(cǎi)用工頻變壓(yā)器将交流輸(shu)入電壓轉變(biàn)為較低(IOV~20V)交流(liú)電壓🐅,再通過(guo)可控矽進行(háng)整流和調壓(ya)。控制機㊙️理是(shì)通過控制電(diàn)路🔞對可控矽(xi)的導通角進(jìn)行控制來實(shí)現⭕輸出電壓(yā)和電流的調(diao)節。此種電源(yuan)的缺點是體(tǐ)積大、重量重(zhòng)、噪音大、耗電(dian)大、波紋大👌。随(sui)着生産工藝(yi)對鍍層質量(liàng)及自動㊙️控制(zhì)的要求越來(lai)越高,以及人(rén)們對節能及(ji)環保意識的(de)👈增強,在PCB電鍍(du)中已逐漸淘(tao)汰。它主要使(shǐ)用在電流較(jiao)大的工業電(dian)鍍上。
1.1.2.整流元(yuan)件類型
整流(liú)元件即通常(chang)所說的二極(jí)管。由于整流(liu)器所有的輸(shu)出電流🈲都要(yào)經過整流元(yuán)件,因此,可以(yi)說是整流器(qi)✍️的心髒。整流(liú)元件分為矽(xi)整流元件和(hé)可控矽🎯整流(liu)元🎯件二種。鍍(du)鉻整流器主(zhu)要使用矽整(zhěng)流元件。雖然(rán)可控♈矽技術(shu)已☀️有了長足(zú)的發展,且❤️在(zài)電鍍上⭐應用(yòng)也日趨增多(duo),但筆者還是(shi)推薦使用矽(xi)整流器。其原(yuán)因主要是波(bo)形問題。可控(kong)矽整流是采(cai)用控制整流(liu)元件導通時(shí)間與截止時(shi)間長🔞短來控(kòng)制電流的。整(zheng)流器滿負荷(he)使♍用時波形(xing)好。但輸出🐉電(dian)流較小❄️時電(diàn)流波形變差(cha)。電流越小,波(bo)🥰形越差。而矽(xī)整流器輸出(chu)電流大小對(dui)波形幾💛乎無(wú)影響。
1.2 高頻開(kāi)關整流器,也(ye)叫開關電源(yuan)
一種新型電(diàn)鍍電源設備(bei)-高頻開關電(dian)源。它兼有矽(xi)✊整流器的波(bō)🌈形平滑性優(yōu)點及可控矽(xi)整流器的調(diao)壓方便的🔞優(you)點,電流效率(lü)最高(可達90%以(yi)上),體積最小(xiǎo),是大有前途(tú)的🈲整流器。制(zhi)造技術已解(jiě)決了功率問(wèn)🈲題,數千安培(pei)至上萬安培(péi)的大功率開(kāi)關電源已進(jin)🍓入生産實用(yòng)階段。
它将交(jiāo)流電網經EMI防(fáng)電磁幹擾線(xian)路濾波器,直(zhí)接整流、濾波(bo),經變換器将(jiang)直流電壓變(bian)換成數十或(huò)數百kHz的高頻(pin)方波,經高頻(pín)變壓器隔離(lí)、降壓,再經高(gao)頻濾波輸出(chū)直流電壓。經(jing)取樣、比較、放(fàng)大及控制、驅(qū)動電路,控制(zhì)變換器中功(gong)♌率管的占💜空(kong)比,得到✉️穩定(ding)的輸😘出電壓(yā)(或輸出電流(liú))。
高頻開關整(zhěng)流器的調整(zhěng)管工作在開(kai)關狀态,功率(lǜ)損耗小㊙️,效率(lǜ)可達到75%~90%,體積(jī)小、重量輕,而(er)且精度、紋波(bō)系數均優于(yu)矽整流器,在(zài)全輸出範圍(wei)内都能達到(dao)生産所要求(qiu)的精度。它具(ju)有自我保護(hù)能力,可以在(zài)帶載的情況(kuàng)下任意啟停(ting)。它能極方便(biàn)的🧑🏽🤝🧑🏻同計算機(jī)🎯進行連接,給(gei)自動化生産(chǎn)中帶來了極(ji)大的方便,在(zai)🧡PCB電鍍行業中(zhōng)得到廣泛的(de)應用。
電鍍用(yòng)高頻開關整(zheng)流器的主變(biàn)換結構有正(zhèng)激式、半橋式(shì)、全橋式等,其(qi)中既有脈寬(kuan)調制(PWM)的“硬開(kai)關”電♻️路,又有(you)熱門的移相(xiang)控制“軟開關(guan)”電源電路。
脈(mo)寬調制(PWM)高頻(pin)開關整流器(qì),工作頻率大(da)都低于50 kHz,采用(yòng)✊電壓或🧡電流(liú)反饋控制。它(tā)是通過中斷(duàn)功率通量📱和(hé)調🔞節占⛹🏻♀️空比(bi)方法,改變驅(qu)動電壓脈沖(chòng)寬度來調整(zhěng)輸出電流,使(shǐ)器件工👨❤️👨作在(zài)“硬開關”狀态(tai),即強迫導☁️通(tong)(電壓不為零(ling)時)或強迫關(guān)斷(電流不為(wei)零時),使開關(guan)功率管開關(guan)期間同時存(cun)在高壓與大(dà)電流的交叉(chā),因此開關損(sǔn)㊙️耗大,尖峰幹(gan)擾強。變壓器(qi)漏感與大電(diàn)流變化率激(jī)起的高壓尖(jiān)峰,不僅易損(sun)壞功率管☔,還(hái)産生明顯的(de)電磁📧輻射,降(jiàng)低了可靠♋性(xing)和電源效率(lǜ)。
開關電源其(qi)頻率已達音(yīn)頻,通過濾波(bō)實現低紋波(bo)輸出♋更為💘簡(jiǎn)便易行。而且(qie)穩流、穩壓等(děng)功能更易實(shi)現。
1.3 脈沖電源(yuán)設備
随着電(diàn)力電子科學(xue)技術的發展(zhǎn),電鍍整流器(qi)正在由單一(yī)功能向多功(gong)能發展。由于(yú)脈沖電源主(zhǔ)要是由嵌入(ru)式單片計算(suàn)機等進行控(kòng)制,因此,除實(shí)現脈沖輸出(chū)之外,一般具(ju)備多種控制(zhì)功能。 1.3.1.自動穩(wen)流穩壓。傳統(tong)矽整流器電(dian)流或電壓無(wu)法自動穩定(dìng)🤞,随電網電壓(ya)的波動而波(bo)動。而脈沖電(diàn)源則擁有高(gāo)精度的📧自動(dong)調節功能。如(ru)電網三相電(diàn)壓波動達上(shàng)百伏時,脈沖(chòng)電源輸出電(diàn)壓可以幾乎(hu)不變。脈沖電(dian)源的自動調(diao)節功能一🔴般(bān)具有二種模(mó)式:
第一,恒電(diàn)流限壓模式(shì)。當電鍍工藝(yì)參數,如零件(jian)面積、溫度✏️、濃(nong)🔆度、酸堿度等(deng)工藝條件發(fa)生改變時,常(chang)規☁️整流器電(diàn)流會發生波(bō)動。而恒電流(liu)模式下,輸出(chū)電流自動恒(héng)定在🔅設定值(zhí)不發生改變(biàn)。這🏃♂️對需精确(que)計算硬鉻厚(hou)度情況下是(shi)很有用的。采(cai)用恒流模式(shì)時的限壓功(gōng)能目的是保(bao)護設備不被(bèi)燒壞。
第二,恒(heng)電壓限流模(mó)式。當電鍍工(gong)藝參數發生(shēng)改變時⭐,輸出(chū)電壓自動恒(héng)定在設定值(zhí)不發生改變(biàn)。這種模式硬(ying)鉻電鍍不常(chang)使用,但對于(yú)鋁氧化着色(se)則大有作用(yòng)。
1.3.2 多段式運行(háng)模式。鋁陽極(ji)氧化或硬鉻(ge)電鍍時,往往(wǎng)需🐪要進行反(fǎn)向電解、大電(diàn)流沖擊、階梯(tī)送電等操作(zuo)😍。傳統電源隻(zhī)能靠手❤️工實(shi)現。而具有多(duo)段式運行模(mo)式的脈沖電(diàn)源🌈則隻需🈲提(ti)前設定,生産(chǎn)時可自動按(àn)👅順序進行自(zi)動調節🈚。這一(yi)功能對硬鉻(ge)電鍍是非常(chang)有用的。國産(chǎn)脈沖電源已(yǐ)達到三段式(shì)運行,每一段(duan)⭐時間可在0~255秒(miǎo)内調節設定(ding)。
1.3.3 雙向脈沖功(gong)能。正負脈沖(chong)頻率、占空比(bǐ)、正反向輸出(chu)⛷️時間❓均可🔞獨(du)立調節,使用(yòng)靈活、方便。配(pei)合硬鉻電鍍(dù)工藝,可獲得(de)不同物理性(xìng)能的鍍層。
1.3.4 直(zhí)流疊加功能(néng)。輸出正反向(xiang)脈沖電流的(de)同時,由同一(yī)台電源疊❤️加(jiā)輸出一純直(zhi)流成分,更拓(tuò)寬了脈沖電(dian)源的使用範(fàn)圍及🚶用途。
近(jin)幾年來,國産(chan)多功能脈沖(chong)電源技術已(yi)趨于成熟🌍,其(qí)中🐅脈沖波形(xíng)垂直程度,波(bo)形平穩程度(dù)、穩定性、抗幹(gàn)擾性等指标(biao)達到甚至超(chāo)過了國外水(shui)平。
直流電源(yuan)波形對電鍍(du)質量有突出(chū)的影響,例如(ru):高頻率定脈(mo)寬高頻穩壓(yā)/穩流脈沖電(dian)源電鍍時會(hui)産生特殊效(xiào)應,這也是普(pu)通直流電源(yuán)電鍍無法達(dá)到的效果,有(you)些現象還不(bu)♉能用常規電(dian)化😄學理論來(lái)加以解釋。而(ér)👨❤️👨直流波形對(dui)電鍍沉積的(de)影響⭐還難以(yi)從理論上進(jìn)行🚶預測,隻能(neng)通🌈過大量的(de)試驗來作相(xiang)對比較,篩選(xuan)出适宜的波(bō)形。
近幾年來(lai)新出現的零(líng)電壓轉換(zvT)和(hé)零電流轉換(huan)(ZCT)技術,或者📱稱(cheng)“軟開關”技術(shù),綜合了PWM 開關(guan)與諧振變換(huàn)技術兩者的(de)優點:既有脈(mò)沖方波高效(xiao)傳遞功率和(hé)恒頻控制便(bian)于優化參數(shu),又有諧振技(jì)術的低損耗(hao)和零電壓轉(zhuan)換的特點。這(zhe)種“零開🤟關”技(jì)術充分利用(yòng)變壓器的漏(lòu)感于功率管(guan)的輸出結電(dian)容之間的諧(xie)振🥵,産生滿足(zu)零⛹🏻♀️電㊙️壓導通(tōng)和零電😄流截(jié)止的條件,在(zài)開🧑🏾🤝🧑🏼關管導通(tōng)時電壓為零(líng),截止時流經(jing)🏃♀️開關管的電(diàn)流為零。因此(ci)大大減少🙇♀️了(le)功率管的開(kai)關🙇♀️電壓、電流(liú)應力和尖刺(ci)💃幹擾,降低了(le)功耗,開關效(xiao)率明顯提高(gao)。
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