電鍍整流器

本產品以優質進口IGBT作為主功率器件，以超微晶(又稱納米晶)軟磁合金材料為主變壓器鐵芯,主控制系統採用了多環控制技術,結構上採取了防鹽霧酸化措施。電源產品結構合理，可靠性強。該電源以其體積小、重量輕、高效率、高可靠的優越性能成為可控硅電源的更新換代產品。適用於實驗、氧化、電解、鍍鋅、鍍鎳、鍍錫、鍍鉻、光電、冶煉、化成、腐蝕等各種精密表面處理場所。在陽極氧化、真空鍍膜、電解、電泳、水處理、電子產品老化、電加熱、電化學等方面也得到用户一致好評。特別是在PCB、電鍍、電解行業領域,成為眾多客户的首選電源產品。

電鍍屬於電解加工過程。不言而喻，電源的性能、類型、特徵等因素必將對電鍍工藝過程產生重要影響。特別是在現代電鍍技術飛速發展的今天，電鍍電源更具有重要地位。因此，瞭解電鍍電源對電鍍工藝過程的影響很有必要。

1 整流器的基本原理及類型

1.1 傳統硅整流器

硅整流器使用歷史長，技術成熟，是整流器主流產品。

1.1.1 整流電路。工業生產中一般採用三相調壓器調壓，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。為了比較脈動成份的多少，可用紋波係數來表示，其含義為交流成份在直流成分中佔的百分比，其數值越小，交流成份越少，越接近純直流。

各種整流電路的波動係數不同。其由大到小的次序為：三相半波整流、三相全波橋式整流或帶平衡電抗器的六相雙反星形整流。其中後者工作時整流元件並聯導通，波形最為平滑，整流效率較高，工作也較為可靠，時最為常用的一種。

為了獲得低紋波輸出，則必須採用濾波或其它特殊措施。利用電容、電感貯能元件進行濾波，是將脈動直流轉變為較為平滑的直流的常用措施。但實際生產中，除試驗用的小型整流器之外，工業生產基本上不進行濾波。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於濾波。電容濾波，對工頻整流只適合於非常小功率的整流電源。例如輸出10A的單相全波整流器，要達到低紋波輸出，其濾波電容要達0.1F以上。隨着頻率的提高，所需電容量減小。

可控硅利用改變可控硅管導通角來調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衝波，其紋波係數的受導通角控制，輸出紋波係數大於普通硅整流電路。特別是在使用電流低於額定電流較大的情況下，輸出波形脈動係數更大。

它採用工頻變壓器將交流輸入電壓轉變為較低(IOV～20V)交流電壓，再通過可控硅進行整流和調壓。控制機理是通過控制電路對可控硅的導通角進行控制來實現輸出電壓和電流的調節。此種電源的缺點是體積大、重量重、噪音大、耗電大、波紋大。隨着生產工藝對鍍層質量及自動控制的要求越來越高，以及人們對節能及環保意識的增強，在PCB電鍍中已逐漸淘汰。它主要使用在電流較大的工業電鍍上。

1.1.2．整流元件類型

整流元件即通常所説的二極管。由於整流器所有的輸出電流都要經過整流元件，因此，可以説是整流器的心臟。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。雖然可控硅技術已有了長足的發展，且在電鍍上應用也日趨增多，但筆者還是推薦使用硅整流器。其原因主要是波形問題。可控硅整流是採用控制整流元件導通時間與截止時間長短來控制電流的。整流器滿負荷使用時波形好。但輸出電流較小時電流波形變差。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。

1.2 高頻開關整流器，也叫開關電源

一種新型電鍍電源設備-高頻開關電源。它兼有硅整流器的波形平滑性優點及可控硅整流器的調壓方便的優點，電流效率最高（可達90%以上），體積最小，是大有前途的整流器。製造技術已解決了功率問題，數千安培至上萬安培的大功率開關電源已進入生產實用階段。

它將交流電網經EMI防電磁干擾線路濾波器，直接整流、濾波，經變換器將直流電壓變換成數十或數百kHz的高頻方波，經高頻變壓器隔離、降壓，再經高頻濾波輸出直流電壓。經取樣、比較、放大及控制、驅動電路，控制變換器中功率管的佔空比，得到穩定的輸出電壓(或輸出電流)。

高頻開關整流器的調整管工作在開關狀態，功率損耗小，效率可達到75%~90%，體積小、重量輕，而且精度、紋波係數均優於硅整流器，在全輸出範圍內都能達到生產所要求的精度。它具有自我保護能力，可以在帶載的情況下任意啓停。它能極方便的同計算機進行連接，給自動化生產中帶來了極大的方便，在PCB電鍍行業中得到廣泛的應用。

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

脈寬調製(PWM)高頻開關整流器，工作頻率大都低於50 kHz，採用電壓或電流反饋控制。它是通過中斷功率通量和調節佔空比方法，改變驅動電壓脈衝寬度來調整輸出電流，使器件工作在“硬開關”狀態，即強迫導通(電壓不為零時)或強迫關斷(電流不為零時)，使開關功率管開關期間同時存在高壓與大電流的交叉，因此開關損耗大，尖峯干擾強。變壓器漏感與大電流變化率激起的高壓尖峯，不僅易損壞功率管，還產生明顯的電磁輻射，降低了可靠性和電源效率。

開關電源其頻率已達音頻，通過濾波實現低紋波輸出更為簡便易行。而且穩流、穩壓等功能更易實現。

1.3 脈衝電源設備

隨着電力電子科學技術的發展，電鍍整流器正在由單一功能向多功能發展。由於脈衝電源主要是由嵌入式單片計算機等進行控制，因此，除實現脈衝輸出之外，一般具備多種控制功能。

1.3.1．自動穩流穩壓。傳統硅整流器電流或電壓無法自動穩定，隨電網電壓的波動而波動。而脈衝電源則擁有高精度的自動調節功能。如電網三相電壓波動達上百伏時，脈衝電源輸出電壓可以幾乎不變。脈衝電源的自動調節功能一般具有二種模式：

第一，恆電流限壓模式。當電鍍工藝參數，如零件面積、温度、濃度、酸鹼度等工藝條件發生改變時，常規整流器電流會發生波動。而恆電流模式下，輸出電流自動恆定在設定值不發生改變。這對需精確計算硬鉻厚度情況下是很有用的。採用恆流模式時的限壓功能目的是保護設備不被燒壞。

第二，恆電壓限流模式。當電鍍工藝參數發生改變時，輸出電壓自動恆定在設定值不發生改變。這種模式硬鉻電鍍不常使用，但對於鋁氧化着色則大有作用。

1.3.2 多段式運行模式。鋁陽極氧化或硬鉻電鍍時，往往需要進行反向電解、大電流衝擊、階梯送電等操作。傳統電源只能靠手工實現。而具有多段式運行模式的脈衝電源則只需提前設定，生產時可自動按順序進行自動調節。這一功能對硬鉻電鍍是非常有用的。國產脈衝電源已達到三段式運行，每一段時間可在0～255秒內調節設定。

1.3.3 雙向脈衝功能。正負脈衝頻率、佔空比、正反向輸出時間均可獨立調節，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。

1.3.4 直流疊加功能。輸出正反向脈衝電流的同時，由同一台電源疊加輸出一純直流成分，更拓寬了脈衝電源的使用範圍及用途。

近幾年來，國產多功能脈衝電源技術已趨於成熟，其中脈衝波形垂直程度，波形平穩程度、穩定性、抗干擾性等指標達到甚至超過了國外水平。

直流電源波形對電鍍質量有突出的影響，例如：高頻率定脈寬高頻穩壓/穩流脈衝電源電鍍時會產生特殊效應，這也是普通直流電源電鍍無法達到的效果，有些現象還不能用常規電化學理論來加以解釋。而直流波形對電鍍沉積的影響還難以從理論上進行預測，只能通過大量的試驗來作相對比較，篩選出適宜的波形。

近幾年來新出現的零電壓轉換(zvT)和零電流轉換(ZCT)技術，或者稱“軟開關”技術，綜合了PWM 開關與諧振變換技術兩者的優點：既有脈衝方波高效傳遞功率和恆頻控制便於優化參數，又有諧振技術的低損耗和零電壓轉換的特點。這種“零開關”技術充分利用變壓器的漏感於功率管的輸出結電容之間的諧振，產生滿足零電壓導通和零電流截止的條件，在開關管導通時電壓為零，截止時流經開關管的電流為零。因此大大減少了功率管的開關電壓、電流應力和尖刺干擾，降低了功耗，開關效率明顯提高。

1、體積小、重量輕：

體積與重量為可控硅電鍍整流器的1/5-1/10，便於您規劃、擴建、移動、維護和安裝。

2、節能效果好：

開關電源由於採用了高頻變壓器，轉換效率大大提高，正常情況下較可控硅設備提高效率10%以上，負載率達70%以下時較可控硅設備提高效率30%以上。

3、輸出穩定性高：

由於系統反應速度快（微秒級），對於網電及負載變化具有極強的適應性，輸出精度可優於1%。開關電源的工作效率高、所以控制精度高，有利於提高產品質量。

4、輸出波形易於調製：

由於工作頻率高，其輸出波形調整相對處理成本較低，可以較方便的按照用户工藝要求改變輸出波形。這樣對於工作現場提高工效，改善加工產品質量有較強作用。

1、 降低孔隙率,晶核的形成速度大於成長速度,促使晶核細化。

2、 改善結合力,使鈍化膜擊穿,有利於基體與鍍層之間牢固的結合。

3、 改善覆蓋能力和分散能力,高的陰極負電位使普通電鍍中鈍化的部位也能沉積,減緩形態複雜零件的突出部位由於沉積離子過度消耗而帶來的“燒焦”“樹枝狀”沉積的缺陷,對於獲得一個給定特性鍍層(如顏色、無孔隙等)的厚度可減少到原來1/3~1/2,節省原材料。

4、 降低鍍層的內應力,改善晶格缺陷、雜質、空洞、瘤子等,容易得到無裂紋的鍍層,減少添加劑。

5、 有利於獲得成份穩定的合金鍍層。

6、 改善陽極的溶解,不需陽極活化劑。

7、 改進鍍層的機械物理性能,如提高密度降低表面電阻和體電阻,提高韌性、耐磨性、抗蝕性而且可以控制鍍層硬度。

傳統的電鍍抑制副作用的產生、改善電流分佈、調節液相傳質過程、控制結晶取向顯得毫無作用,面對絡合劑和添加劑的研究成了電鍍工藝研究的主要方向。納米開關電源解決了傳統電鍍整流器存在的缺陷。