發(fā)布時(shí)間：2012.06.13 新聞來(lái)源：不銹鋼酸冼鈍化液|不銹鋼酸洗鈍化膏|不銹鋼酸洗劑|不銹鋼表面處理-天長(zhǎng)市俊武不銹鋼表面處理材料廠 瀏覽次數(shù)：

金屬表面處理用電力半導(dǎo)體整流電源簡(jiǎn)介
 
  
  
   廣州電器科學(xué)研究所 藍(lán)文輝
  
   摘 要： 介紹了金屬表面處理用電力半導(dǎo)體整流電源行業(yè)國(guó)內(nèi)的基本情況。分析國(guó)內(nèi)電源設(shè)備所達(dá)到的水平以及與國(guó)外某些方面存在差距，得出應(yīng)注重電源設(shè)備制作工藝水平提高、加強(qiáng)新技術(shù)的研究和應(yīng)用。
  
   主題詞：電力半導(dǎo)體整流電源 現(xiàn)狀 發(fā)展方向
  
   我國(guó)電力半導(dǎo)體器件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用始于六十年代，由于電力半導(dǎo)體器件具有能量消耗低、可靠性高、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，成為變流技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，得到了飛速發(fā)展。電力半導(dǎo)體器件被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的整流、變頻、逆變、調(diào)壓等裝備，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要支柱之一，也是電力電子整流電源發(fā)展的基礎(chǔ)。
  
   金屬表面處理用電力半導(dǎo)體整流電源的品種較多，應(yīng)用的行業(yè)有電鍍、鋁合金型材表面氧化、電子鋁箔腐蝕和化成、電泳涂漆和表面氮化等。不同的行業(yè)使用的直流電源技術(shù)性能是不一樣的，有些行業(yè)要求使用電壓高達(dá)千伏，有的只有二伏；不少行業(yè)對(duì)直流紋波系數(shù)有嚴(yán)格的要求，例如：某些軍工裝備配件和耐磨性工件、電子鋁箔腐蝕、化成等都對(duì)直流電源的紋波是有嚴(yán)格的要求；至于輸出電流要求也相差懸殊，有的高達(dá)幾萬(wàn)安培（例如：武漢鋼鐵公司電鍍分廠使用了20KA的電鍍電源）。隨著電力半導(dǎo)體器件品種和技術(shù)水平的不斷提高，在金屬表面處理行業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
  
   一、鋁合金陽(yáng)極氧化、電鍍電源
  
   長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)金屬表面處理過(guò)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(guò)200億人民幣的鋁型材行業(yè)及年超過(guò)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xj****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(guò)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(lái)說(shuō)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，******機(jī)械工業(yè)部對(duì)表面處理電源專門(mén)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(guò)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(guò)程中主要突破了多方面的技術(shù)的問(wèn)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”。控制電路的xj****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(guò)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(guò)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，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(wú)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(wèn)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，***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xj****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)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(lái)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(lái)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***大值，造成電源的空氣開(kāi)關(guān)（總開(kāi)關(guān)）因電流沒(méi)有達(dá)到保護(hù)極限不能起到斷開(kāi)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(guò)熱、缺相、過(guò)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(guò)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(mén)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(lái)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時(shí)間而自動(dòng)運(yùn)行，這種裝置的使用對(duì)不同形狀、面積的工件***終氧化膜厚度控制已達(dá)到很高水平。產(chǎn)品的氧化膜厚度一致性好，特別是出口產(chǎn)品對(duì)氧化膜厚度范圍要求嚴(yán)格的條件下是非常方便的。另外，設(shè)備外設(shè)配制，如計(jì)算機(jī)接口，遠(yuǎn)距離控制及保護(hù)方面比國(guó)內(nèi)優(yōu)越許多。
  
   二、電子鋁箔化成、電泳涂漆電源
  
   電子鋁箔化成、電泳涂漆電源主要特征是：輸出電壓高、電流相對(duì)較小的直流電源。隨著我國(guó)電子工業(yè)的發(fā)展，電容器需求量也日益增大，年需求量已超過(guò)130億人民幣。由于各個(gè)方面的原因，制造電容器的鋁箔進(jìn)口量依然很大。八十年代全國(guó)從日本引進(jìn)了十多條電子鋁箔腐蝕、化成生產(chǎn)線，配套的電源設(shè)備大部分為日本長(zhǎng)野制造的（廣東有佛山日豐、肇慶鴻慶等），目前，日本長(zhǎng)野的電源設(shè)備在國(guó)內(nèi)不少?gòu)S家仍在使用中，可見(jiàn)其電源設(shè)備的可靠性和制造水平是很高的。
  
   電子鋁箔化成、電泳涂漆電源一般都采用三相橋整流方式。化成電源的輸出電壓高、工作紋波系數(shù)小于3%、穩(wěn)壓精度1%，使用過(guò)程中穩(wěn)流、穩(wěn)壓功能依據(jù)條件可自動(dòng)切換。一般地說(shuō)該類電源分多個(gè)電壓檔，盡可能不作深調(diào)壓使用，減少諧波產(chǎn)生和無(wú)功損耗。國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有上海、吉林等配套生產(chǎn)，基本上能滿足工藝流程的需要，已經(jīng)逐步取代進(jìn)口產(chǎn)品。同時(shí)也要看到，國(guó)外的該類型電源控制性能及智能化水平在不斷改進(jìn)，從近來(lái)引進(jìn)設(shè)備情況發(fā)現(xiàn)，某些技術(shù)應(yīng)用方面（例：計(jì)算機(jī)技術(shù)等）比國(guó)內(nèi)要xj****許多。
  
   電泳涂漆電源為了解決脈沖直流對(duì)漆膜形成的影響，還需加上平波電抗器和濾波電容消除尖峰電壓。電泳生產(chǎn)不連續(xù)性時(shí)，須***設(shè)置軟起動(dòng)過(guò)程，有利于漆膜形成和防止對(duì)電網(wǎng)的沖擊，在穩(wěn)壓條件下完成電泳涂漆過(guò)程。由于電泳涂漆時(shí)間短（一般為３分鐘之內(nèi)），整臺(tái)設(shè)備的容量可小一些。這方面國(guó)內(nèi)、外電源水平差距小。
  
   三、微弧氧化電源
  
   前蘇聯(lián)科學(xué)家首先突破傳統(tǒng)的陽(yáng)極氧化在法拉第區(qū)中成膜的框框，不受火花放電的限制，研究在電弧區(qū)中氧化膜的成膜規(guī)律，并獲得工業(yè)應(yīng)用。由于成膜過(guò)程在放電情況下實(shí)現(xiàn)，要求電源輸出電壓比電泳涂漆高、電流大，整臺(tái)設(shè)備的消耗功率大。電源的波形要求等方面的研究、目前國(guó)內(nèi)還處在探索之中。
  
   四、高頻開(kāi)關(guān)電源
  
   高頻開(kāi)關(guān)電源被稱為第四代電鍍電源、是八、九十年代出現(xiàn)的新型整流器，各種新型電力半導(dǎo)體器件及微機(jī)控制技術(shù)被采用。瑞典******的電鍍電源制造商加力富(kraft)公司是世界上***早采用開(kāi)關(guān)元器件及PWM調(diào)制技術(shù)的電源應(yīng)用于金屬電鍍的公司之一。這類裝置具有體積小、重量輕、效率高、輸出紋波系數(shù)低及對(duì)電網(wǎng)的污染小等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)外工業(yè)化******中，如美國(guó)***大的電子接插件制造商AMP公司以及HP、IBM等都使用這種電源。前幾年我國(guó)一些科研院校（例：北京浩源等）已開(kāi)始金屬表面處理用高頻開(kāi)關(guān)電源的研究、開(kāi)發(fā)，并有部分產(chǎn)品投入使用，取得了令人滿意的效果。目前，高頻開(kāi)關(guān)電源的大規(guī)模應(yīng)用因受到開(kāi)關(guān)元器件功率容量、材料的限制，輸出功率還不大；某些特種金屬表面處理，如自動(dòng)換向鍍硬鉻等還難于實(shí)現(xiàn)；還有人們觀念上沒(méi)有根本改變等。盡管還存在許多困難，但是，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，高頻開(kāi)關(guān)電源將被廣泛應(yīng)用，金屬表面處理用電力半導(dǎo)體電源確實(shí)已發(fā)展到了高頻開(kāi)關(guān)電源時(shí)代。
  
   我國(guó)金屬表面處理用電力半導(dǎo)體電源的發(fā)展空間和新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域是廣闊的，在跟蹤世界***新技術(shù)同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)新技術(shù)、新裝備正確的宣傳引導(dǎo)作用，只有這樣我國(guó)金屬表面處理電源研究、應(yīng)用水平才能更上一層樓。
  
   參考文獻(xiàn)：
  
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