一、鋁合金陽(yáng)極氧化、電鍍電源
長(zhǎng)期以來，人們對(duì)金屬表面處理過程，比較注重工藝技術(shù)、添加劑等方面的改進(jìn)和提高，與表面處理相關(guān)的電源的性能和作用往往放在次要方面。金屬表面形成和性能不僅與其工藝配方、添加劑有密切的關(guān)系，而且與電源技術(shù)水平息息相關(guān)，是工藝與設(shè)備配合的結(jié)果。隨著我國(guó)鋁加工、金屬電鍍、電泳涂裝等行業(yè)的不斷發(fā)展，一個(gè)年銷售額超過200億人民幣的鋁型材行業(yè)及年超過6億平方米電鍍面積的電鍍工業(yè)已經(jīng)形成，該類電力整流電源的需求量是有相當(dāng)可觀的。
鋁合金陽(yáng)極氧化、電鍍電源主要特點(diǎn)是：電流大、電壓低、功能較為簡(jiǎn)單及使用環(huán)境相對(duì)較差。八十年代引進(jìn)的電源設(shè)備有共同的特點(diǎn)，就是電源的形式采用可控硅整流?？煽毓枵麟娫淳哂泄?jié)約能源、控制先進(jìn)等特點(diǎn)。引進(jìn)的電源設(shè)備各有特色，意大利、西德的氧化電源多為脈沖整流方式，日本、美國(guó)采用普通整流方式。在冷卻設(shè)計(jì)方面，西德、美國(guó)的氧化電源以水冷為主，主變壓器和匯流母排都設(shè)置了水冷管道，設(shè)備的密封性較好。日本、意大利卻以風(fēng)冷設(shè)計(jì)，主變壓器和整流元件采用風(fēng)冷，控制線路有良好的隔離密封，主變壓器經(jīng)過嚴(yán)格的絕緣密封處理，抗腐蝕性能好。以上產(chǎn)品使用中各有千秋，總體來說使用性能良好，可靠性高。而臺(tái)灣產(chǎn)的氧化電源主要用油冷方式，主變壓器甚至硅元件也浸在絕緣油中，整體密封性好?？刂凭€路是日本產(chǎn)品的復(fù)制品，元器件多為進(jìn)口。由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的缺陷，使用中的缺點(diǎn)、故障較多。
八十年代初我國(guó)整流器行業(yè)受到大功率半道體制造水平及一貫設(shè)計(jì)規(guī)范的制約，還處于發(fā)展較慢、技術(shù)水平落后階段。采用可控硅形式的整流設(shè)備較少。八十年代后期，國(guó)家機(jī)械工業(yè)部對(duì)表面處理電源專門列項(xiàng)進(jìn)行研究、公關(guān)。廣州電器科學(xué)研究所作為承擔(dān)單位之一，通過了解引進(jìn)電源在國(guó)內(nèi)的使用情況，主要解剖學(xué)習(xí)日本(例如三社、千代田等)風(fēng)冷式可控硅整流氧化電源。在研制過程中主要突破了多方面的技術(shù)的問題：
(1)主變壓器形式：氧化、電鍍電源的關(guān)鍵部分是主變壓器，其功率大、重量占整臺(tái)設(shè)備重量百分之五十以上，也是節(jié)能的關(guān)鍵。研究解決主變壓器結(jié)構(gòu)形式是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。國(guó)外很早研究節(jié)能型、特殊結(jié)構(gòu)整流變壓器，特別是日本生產(chǎn)的大小功率的表面處理電源，采用三相五芯柱風(fēng)冷、節(jié)能和特殊結(jié)構(gòu)的變壓器技術(shù)相當(dāng)普遍。國(guó)內(nèi)首先突破特殊變壓器的理論計(jì)算、采用國(guó)產(chǎn)材料制造的工藝控制，同時(shí)改進(jìn)了繞組方式，用小并聯(lián)、多繞組有效地解決了大電流氧化電源的整流元件均流技術(shù)，為全風(fēng)冷結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件。
(2)整流形式選擇：全風(fēng)冷式結(jié)構(gòu)受到大功率半道體元件風(fēng)冷散熱器極限的限制，決定了整流元件必須小容量并聯(lián)。由于國(guó)外半道體功率器件的生產(chǎn)技術(shù)、工藝條件比國(guó)內(nèi)優(yōu)越，產(chǎn)品的一致性好，因此采用電流容量更小的螺旋式二極管多個(gè)并聯(lián)，均流系數(shù)仍然很高，國(guó)內(nèi)卻難于采用這種形式。因此，主變壓器多繞組均流和平板型硅元件安裝專用散熱器小并聯(lián)技術(shù)，成功地解決了大電流氧化電源采用全風(fēng)冷形式的難題。
(3)控制電路：整流電源的控制電路是設(shè)備的“靈魂”?？刂齐娐返南冗M(jìn)性、可靠性和操作性直接影響電源的性能。國(guó)內(nèi)一貫采用的控制電路結(jié)構(gòu)、安裝方式及控制性能等已不適用于整流電源的需要。為了迅速提高電源的控制電路的技術(shù)水平、減少重復(fù)研究，通過消化、吸收和改進(jìn)進(jìn)口電源控制性能，大大提高了控制線路的控制性能和可靠性。集成電路的技術(shù)應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了控制線路板的結(jié)構(gòu)，整臺(tái)設(shè)備所有控制功能集中在一塊電路板上，電路板的互換性好，維修極為方便。目前國(guó)產(chǎn)可控硅整流設(shè)備控制電路采用的幾乎是國(guó)外(大多是日本的)八十年代普遍采用的模擬控制電路的翻版。大大提高了國(guó)內(nèi)電源的整體水平。
(4)防腐技術(shù)：由于主變壓器為風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，空氣中腐蝕性氣體高速流過主變壓器時(shí)腐蝕性加強(qiáng)。采用常規(guī)變壓器難于實(shí)現(xiàn)防腐，必須對(duì)主變壓器采取真空浸漆的特殊方式，即使有腐蝕性介質(zhì)吸附在變壓器表面，也不可能對(duì)變壓器產(chǎn)生腐蝕。另外，控制電路采用密封方式，防止了外界空氣對(duì)控制電路腐蝕。結(jié)構(gòu)外殼也都采用了相應(yīng)的防腐措施。無論在變壓器絕緣防腐，還是整機(jī)控制線路及結(jié)構(gòu)上的防腐技術(shù)，都有了很大的改變，大大延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。
目前，我國(guó)氧化、電鍍整流電源的整體水平有了很大的提高，廣東繼續(xù)走在全國(guó)的前列，出現(xiàn)了眾多有規(guī)模、有實(shí)力的專業(yè)電力整流電源生產(chǎn)廠，為中國(guó)的表面處理電源的技術(shù)進(jìn)步和國(guó)產(chǎn)化作出了很大的貢獻(xiàn)。同時(shí)也要看到國(guó)產(chǎn)電源在工藝相對(duì)穩(wěn)定情況下與國(guó)外電源技術(shù)相比還有一定的差距。需要解決的問題還很多，也是今后需要發(fā)展和提高的方面。
(1)大電流整流電源的輸出電流準(zhǔn)確性：直流大電流檢測(cè)精度是個(gè)難題，檢測(cè)的手段目前有很多，最為普遍使用的是分流器和直流互感器，可以在直流輸出母排直接檢測(cè)電流值，進(jìn)口產(chǎn)品中普遍采用。需要檢測(cè)精度要求或在特大電流檢測(cè)，例如電解鋁、氯堿電解等行業(yè)中則可采用先進(jìn)的霍爾元件，其精度可達(dá)到1%。而目前鋁材氧化電源輸出電流檢測(cè)絕大部分采用對(duì)應(yīng)方式，即檢測(cè)電源設(shè)備的進(jìn)線電流大小相對(duì)應(yīng)直流輸出電流值大小，該種方式影響因素較多，例如：電網(wǎng)電壓波動(dòng)，變壓器參數(shù)及功率因素的變化等，測(cè)量裝置穩(wěn)定性也較差，都會(huì)造成輸出直流電流與實(shí)際值有較大的誤差，直接影響工藝員正確計(jì)算與設(shè)定而造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，也是造成電源損壞的不安全因素。
(2)氧化電源保護(hù)功能：電工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)必須注重保護(hù)功能，特別是設(shè)備的關(guān)鍵部分。雖然大電流氧化電源的整流元件并聯(lián)的增加，減少了元件的損壞，但是整流元件的損壞是不可避免的，關(guān)鍵要有一套可靠的保護(hù)措施。上面(1)中所述：目前國(guó)內(nèi)氧化電源的輸出電流指示和控制電路的電流反饋信號(hào)都來自三相進(jìn)線電流的取樣值，對(duì)應(yīng)輸出電流的大小，不是來自測(cè)量輸出電流值。若整流元件損壞造成短路，三相進(jìn)線電流值被設(shè)在該處的電流檢測(cè)裝置反饋到控制電路，控制電路的限流功能將電流限制在最大值，造成電源的空氣開關(guān)(總開關(guān))因電流沒有達(dá)到保護(hù)極限不能起到斷開保護(hù)作用，結(jié)果主變壓器次級(jí)繞組長(zhǎng)時(shí)間短路而損壞。國(guó)內(nèi)目前使用的大部分電源都有這種潛在的缺點(diǎn)。其它保護(hù)功能的有效性(例如：過熱、缺相、過流等)、特別是某些傳感器的可靠性有待提高。
(3)電源電壓：電源設(shè)備電壓的高低對(duì)表面的處理質(zhì)量影響不大，與電流密度有密切關(guān)系。電源電壓不宜設(shè)計(jì)過高(脈沖電源除外)。否則，電源設(shè)備產(chǎn)生諧波，嚴(yán)重干擾電網(wǎng)的波形、破壞補(bǔ)償電容器，給用戶和供電部門造成了損失。
(4)電源技術(shù)進(jìn)步：我國(guó)表面處理電源從仿制到成熟已有十多年了，技術(shù)水平基本保持原來水平。國(guó)外已經(jīng)發(fā)展了性能可靠，自動(dòng)化水平高的智能化電源。例如，當(dāng)鋁材工件進(jìn)入氧化槽后，只需輸入需要氧化膜厚度，檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)槽液溫度、槽液中內(nèi)阻等，自動(dòng)顯示出工件的實(shí)際面積和需要氧化的。
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基于金屬表面處理應(yīng)用的電力半導(dǎo)體整流電源
作者： 來源： 日期：2014/2/10 15:08:04 人氣：4328
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