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電鍍屬于電解加工過程，特別是在現(xiàn)代電鍍技術(shù)飛速發(fā)展的今天，電鍍電源更具有重要地位。而電源的性能、類型、特征等因素必將對電鍍工藝過程產(chǎn)生重要影響。因此，了解電鍍整流器的基本原理及類型是很有必要。

電鍍整流器的基本原理及類型

一、傳統(tǒng)硅整流器，硅整流器使用歷史長，技術(shù)成熟，是電鍍整流器主流產(chǎn)品。

1、整流電路。

工業(yè)生產(chǎn)中一般采用三相調(diào)壓器調(diào)壓，50Hz三相工頻變壓器降壓的普通硅整流器。各種整流電路獲得的均是脈動(dòng)直流電，不是純直流，或多或少地含有交流成分。為了比較脈動(dòng)成份的多少，可用紋波系數(shù)來表示，其含義為交流成份在直流成分中占的百分比，其數(shù)值越小，交流成份越少，越接近純直流。

各種整流電路的波動(dòng)系數(shù)不同。其由大到小的次序?yàn)椋喝喟氩ㄕ鳌⑷嗳蚴秸骰驇胶怆娍蛊鞯牧嚯p反星形整流。其中后者工作時(shí)整流元件并聯(lián)導(dǎo)通，波形最為平滑，整流效率較高，工作也較為可靠，時(shí)最為常用的一種。

為了獲得低紋波輸出，則必須采用濾波或其它特殊措施。利用電容、電感貯能元件進(jìn)行濾波，是將脈動(dòng)直流轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為平滑的直流的常用措施。但實(shí)際生產(chǎn)中，除試驗(yàn)用的小型整流器之外，工業(yè)生產(chǎn)基本上不進(jìn)行濾波。特殊情況可使用大電感。電容在低電壓、大電流情況下不適用于濾波。電容濾波，對工頻整流只適合于非常小功率的整流電源。例如輸出10A的單相全波整流器，要達(dá)到低紋波輸出，其濾波電容要達(dá)0.1F以上。隨著頻率的提高，所需電容量減小。

可控硅利用改變可控硅管導(dǎo)通角來調(diào)整輸出平均直流大小的普通可控硅整流器，可控硅管輸出的是間斷脈沖波，其紋波系數(shù)的受導(dǎo)通角控制，輸出紋波系數(shù)大于普通硅整流電路。特別是在使用電流低于額定電流較大的情況下，輸出波形脈動(dòng)系數(shù)更大。

它采用工頻變壓器將交流輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低(IOV～20V)交流電壓，再通過可控硅進(jìn)行整流和調(diào)壓。控制機(jī)理是通過控制電路對可控硅的導(dǎo)通角進(jìn)行控制來實(shí)現(xiàn)輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)。此種電源的缺點(diǎn)是體積大、重量重、噪音大、耗電大、波紋大。隨著生產(chǎn)工藝對鍍層質(zhì)量及自動(dòng)控制的要求越來越高，以及人們對節(jié)能及環(huán)保意識的增強(qiáng)，在PCB電鍍中已逐漸淘汰。它主要使用在電流較大的工業(yè)電鍍上。

2、整流元件類型

 整流元件即通常所說的二極管。由于整流器所有的輸出電流都要經(jīng)過整流元件，因此，可以說是整流器的心臟。整流元件分為硅整流元件和可控硅整流元件二種。鍍鉻整流器主要使用硅整流元件。雖然可控硅技術(shù)已有了長足的發(fā)展，且在電鍍上應(yīng)用也日趨增多，但筆者還是推薦使用硅整流器。其原因主要是波形問題。可控硅整流是采用控制整流元件導(dǎo)通時(shí)間與截止時(shí)間長短來控制電流的。整流器滿負(fù)荷使用時(shí)波形好。但輸出電流較小時(shí)電流波形變差。電流越小，波形越差。而硅整流器輸出電流大小對波形幾乎無影響。

二、高頻開關(guān)整流器，也叫高頻開關(guān)電源

 一種新型電鍍電源設(shè)備-高頻開關(guān)電源。它兼有硅整流器的波形平滑性優(yōu)點(diǎn)及可控硅整流器的調(diào)壓方便的優(yōu)點(diǎn)，電流效率最高（可達(dá)90%以上），體積最小，是大有前途的整流器。制造技術(shù)已解決了功率問題，數(shù)千安培至上萬安培的大功率開關(guān)電源已進(jìn)入生產(chǎn)實(shí)用階段。

它將交流電網(wǎng)經(jīng)EMI防電磁干擾線路濾波器，直接整流、濾波，經(jīng)變換器將直流電壓變換成數(shù)十或數(shù)百kHz的高頻方波，經(jīng)高頻變壓器隔離、降壓，再經(jīng)高頻濾波輸出直流電壓。經(jīng)取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動(dòng)電路，控制變換器中功率管的占空比，得到穩(wěn)定的輸出電壓(或輸出電流)。

高頻開關(guān)整流器的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率可達(dá)到75%~90%，體積小、重量輕，而且精度、紋波系數(shù)均優(yōu)于硅整流器，在全輸出范圍內(nèi)都能達(dá)到生產(chǎn)所要求的精度。它具有自我保護(hù)能力，可以在帶載的情況下任意啟停。它能極方便的同計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，給自動(dòng)化生產(chǎn)中帶來了極大的方便，在PCB電鍍行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

電鍍用高頻開關(guān)整流器的主變換結(jié)構(gòu)有正激式、半橋式、全橋式等，其中既有脈寬調(diào)制(PWM)的“硬開關(guān)”電路，又有熱門的移相控制“軟開關(guān)”電源電路。

脈寬調(diào)制(PWM)高頻開關(guān)整流器，工作頻率大都低于50 kHz，采用電壓或電流反饋控制。它是通過中斷功率通量和調(diào)節(jié)占空比方法，改變驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬度來調(diào)整輸出電流，使器件工作在“硬開關(guān)”狀態(tài)，即強(qiáng)迫導(dǎo)通(電壓不為零時(shí))或強(qiáng)迫關(guān)斷(電流不為零時(shí))，使開關(guān)功率管開關(guān)期間同時(shí)存在高壓與大電流的交叉，因此開關(guān)損耗大，尖峰干擾強(qiáng)。變壓器漏感與大電流變化率激起的高壓尖峰，不僅易損壞功率管，還產(chǎn)生明顯的電磁輻射，降低了可靠性和電源效率。

開關(guān)電源其頻率已達(dá)音頻，通過濾波實(shí)現(xiàn)低紋波輸出更為簡便易行。而且穩(wěn)流、穩(wěn)壓等功能更易實(shí)現(xiàn)。

三、脈沖電源設(shè)備

隨著電力電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電鍍整流器正在由單一功能向多功能發(fā)展。由于脈沖電源主要是由嵌入式單片計(jì)算機(jī)等進(jìn)行控制，因此，除實(shí)現(xiàn)脈沖輸出之外，一般具備多種控制功能。

1、自動(dòng)穩(wěn)流穩(wěn)壓。

傳統(tǒng)硅整流器電流或電壓無法自動(dòng)穩(wěn)定，隨電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)。而脈沖電源則擁有高精度的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。如電網(wǎng)三相電壓波動(dòng)達(dá)上百伏時(shí)，脈沖電源輸出電壓可以幾乎不變。脈沖電源的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能一般具有兩種模式：

模式一，恒電流限壓模式。當(dāng)電鍍工藝參數(shù)，如零件面積、溫度、濃度、酸堿度等工藝條件發(fā)生改變時(shí)，常規(guī)整流器電流會(huì)發(fā)生波動(dòng)。而恒電流模式下，輸出電流自動(dòng)恒定在設(shè)定值不發(fā)生改變。這對需精確計(jì)算硬鉻厚度情況下是很有用的。采用恒流模式時(shí)的限壓功能目的是保護(hù)設(shè)備不被燒壞。

模式二，恒電壓限流模式。當(dāng)電鍍工藝參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，輸出電壓自動(dòng)恒定在設(shè)定值不發(fā)生改變。這種模式硬鉻電鍍不常使用，但對于鋁氧化著色則大有作用。

2、多段式運(yùn)行模式。

鋁陽極氧化或硬鉻電鍍時(shí)，往往需要進(jìn)行反向電解、大電流沖擊、階梯送電等操作。傳統(tǒng)電源只能靠手工實(shí)現(xiàn)。而具有多段式運(yùn)行模式的脈沖電源則只需提前設(shè)定，生產(chǎn)時(shí)可自動(dòng)按順序進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。這一功能對硬鉻電鍍是非常有用的。國產(chǎn)脈沖電源已達(dá)到三段式運(yùn)行，每一段時(shí)間可在0～255秒內(nèi)調(diào)節(jié)設(shè)定。

3、雙向脈沖功能。

正負(fù)脈沖頻率、占空比、正反向輸出時(shí)間均可獨(dú)立調(diào)節(jié)，使用靈活、方便。配合硬鉻電鍍工藝，可獲得不同物理性能的鍍層。

4、直流疊加功能。

輸出正反向脈沖電流的同時(shí)，由同一臺電源疊加輸出一純直流成分，更拓寬了脈沖電源的使用范圍及用途。

近幾年來，國產(chǎn)多功能脈沖電源技術(shù)已趨于成熟，其中脈沖波形垂直程度，波形平穩(wěn)程度、穩(wěn)定性、抗干擾性等指標(biāo)達(dá)到甚至超過了國外水平。

直流電源波形對電鍍質(zhì)量有突出的影響，例如：高頻率定脈寬高頻穩(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖電源電鍍時(shí)會(huì)產(chǎn)生特殊效應(yīng)，這也是普通直流電源電鍍無法達(dá)到的效果，有些現(xiàn)象還不能用常規(guī)電化學(xué)理論來加以解釋。而直流波形對電鍍沉積的影響還難以從理論上進(jìn)行預(yù)測，只能通過大量的試驗(yàn)來作相對比較，篩選出適宜的波形。

近幾年來新出現(xiàn)的零電壓轉(zhuǎn)換(zvT)和零電流轉(zhuǎn)換(ZCT)技術(shù)，或者稱“軟開關(guān)”技術(shù)，綜合了PWM 開關(guān)與諧振變換技術(shù)兩者的優(yōu)點(diǎn)：既有脈沖方波高效傳遞功率和恒頻控制便于優(yōu)化參數(shù)，又有諧振技術(shù)的低損耗和零電壓轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)。這種“零開關(guān)”技術(shù)充分利用變壓器的漏感于功率管的輸出結(jié)電容之間的諧振，產(chǎn)生滿足零電壓導(dǎo)通和零電流截止的條件，在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電壓為零，截止時(shí)流經(jīng)開關(guān)管的電流為零。因此大大減少了功率管的開關(guān)電壓、電流應(yīng)力和尖刺干擾，降低了功耗，開關(guān)效率明顯提高。