中國鑄造網：電鍍屬于電解加工過程。不言而喻，電源的性能、類型、特征等因素必將對電鍍工藝過程產生重要影響。特別是在現(xiàn)代電鍍技術飛速發(fā)展的今天，電鍍電源更具有重要地位。因此，了解電鍍電源對電鍍工藝過程的影響很有必要。本文就電鍍電源和低紋波系數整流電源在電鍍行業(yè)中的應用所取得的一些經驗和教訓加以介紹，以期讓電鍍界同仁在選擇整流電源、解決電鍍故障、提高電鍍質量方面引起足夠重視。
1·整流器的基本原理及類型
1.1傳統(tǒng)硅整流器
硅整流器使用歷史長，技術成熟，目前是整流器主流產品。
1.1.1整流電路。工業(yè)生產中一般采用三相調壓器調壓，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，可用紋波系數來表示，其含義為交流成份在直流成分中占的百分比，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系數不同。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。其中后者工作時整流元件并聯(lián)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，則必須采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?yōu)檩^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(yè)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，要達到低紋波輸出，其濾波電容要達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沖波，其紋波系數的受導通角控制，輸出紋波系數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，輸出波形脈動系數更大。
1.1.2.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。雖然可控硅技術已有了長足的發(fā)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?？煽毓枵魇遣捎每刂普髟〞r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開關電源
目前一種新型電鍍電源設備-開關電源正在發(fā)展之中。它兼有硅整流器的波形平滑性優(yōu)點及可控硅整流器的調壓方便的優(yōu)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。目前制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。目前市售的開關電源電路屬于“硬開關”，由于模塊在電流通斷過程的儲能釋放問題，雖然較硅整流器、可控硅整流器電流效率都高，但仍有較大的“開關”損耗，并造成了對電子模塊的沖擊，使用過程設備故障率也較高。
最為先進的開關電源是“軟開關”電源電路。工作過程電子模塊通斷換向點正好處于電流為零的瞬間，因此無“開關”損耗及能量沖擊，今一步提高了整流效率，將低了故障率。但這類開關電源的技術難度較大，成本也較“硬開關”高，國內生產“軟開關”電鍍電源的為數不多?？上驳氖俏沂虚_關電源的生產技術已步入國內的前列。青島艾特電子技術有限公司最新研發(fā)的XBD系列諧振變頻電鍍電源，采用西安交大的諧振軟開關核心技術，生產的電鍍電源產品具有更高的電流效率及可靠性。該產品目前已批量生產，投入銷售。從而為廣大電鍍用戶提供了更大的開關電源選擇余地。
開關電源其頻率已達音頻，通過濾波實現(xiàn)低紋波輸出更為簡便易行。而且穩(wěn)流、穩(wěn)壓等功能更易實現(xiàn)。因此，開關電源，特別是使用“軟開關”電源電路的開關電源是今后發(fā)展的方向。
1.3脈沖電源設備
隨著電力電子科學技術的發(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算機等進行控制，因此，除實現(xiàn)脈沖輸出之外，一般具備多種控制功能。
1.3.1.自動穩(wěn)流穩(wěn)壓。傳統(tǒng)硅整流器電流或電壓無法自動穩(wěn)定，隨電網電壓的波動而波動。而脈沖電源則擁有高精度的自動調節(jié)功能。如電網三相電壓波動達上百伏時，脈沖電源輸出電壓可以幾乎不變。脈沖電源的自動調節(jié)功能一般具有二種模式：
第一，恒電流限壓模式。當電鍍工藝參數，如零件面積、溫度、濃度、酸堿度等工藝條件發(fā)生改變時，常規(guī)整流器電流會發(fā)生波動。而恒電流模式下，輸出電流自動恒定在設定值不發(fā)生改變。這對需精確計算硬鉻厚度情況下是很有用的。采用恒流模式時的限壓功能目的是保護設備不被燒壞。
第二，恒電壓限流模式。當電鍍工藝參數發(fā)生改變時，輸出電壓自動恒定在設定值不發(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。
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、大電流沖擊、階梯送電等操作。傳統(tǒng)電源只能靠手工實現(xiàn)。而具有多段式運行模式的脈沖電源則只需提前設定，生產時可自動按順序進行自動調節(jié)。這一功能對硬鉻電鍍是非常有用的。目前國產脈沖電源已達到三段式運行，每一段時間可在0～255秒內調節(jié)設定。
1.3.3雙向脈沖功能。正負脈沖頻率、占空比、正反向輸出時間均可獨立調節(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。
1.3.4直流疊加功能。輸出正反向脈沖電流的同時，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，國產多功能脈沖電源技術已趨于成熟，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(wěn)壓/穩(wěn)流脈沖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(xiàn)象還不能用常規(guī)電化學理論來加以解釋。而直流波形對電鍍沉積的影響目前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。
2·電鍍電源對電鍍工藝的影響
2.1鍍鉻
各類電鍍工藝中，鍍鉻是受電源波形影響最大的鍍種之一。鍍鉻必須采用低紋波直流電源，否則光亮范圍窄，鍍層易發(fā)花、發(fā)灰，這一點已為不少人認同，但實踐中仍有因對其認識不足，往往由于紋波系數過大影響套鉻質量而束手無策的事時有發(fā)生。因此，電鍍電源的選擇就更顯重要。
對于經常使用反向電解的電鍍硬鉻生產，需要電源極性換向裝置。簡單的方法是使用手動換向開關。由于電流很大，開關通、斷時會形成較大的電火花，開關很容易損壞。將觸點浸入變壓器油中可以延長使用壽命?？煽毓枵髌鲗崿F(xiàn)換向比較容易，由于是無觸點換向，不會產生火花腐蝕。如電流變化不大時，可考慮使用可控硅極換向裝置。
電源波形對鍍鉻的影響較大。而且往往容易被操作者忽視。如某廠小件鍍裝飾鉻，覆蓋能力非常差，反復調整鍍液中硫酸與鉻酐的比值，仍無效。經現(xiàn)場查驗，采用1000A老式可控硅整流器，且平均電流僅200A左右，負荷率很低，顯然輸出紋波系數太大。換接一臺雙反星形輸出的硅整流器，鍍鉻即轉為正常。另有某廠鍍鉻上午生產正常，下午即出現(xiàn)裝飾鉻局部發(fā)灰，無法生產，懷疑鍍液故障，反復加硫酸、碳酸鋇調整一兩天，均無法解決。分析原因，鍍液成分不可能突變，懷疑硅整流管有損壞造成波形殘缺而增大紋波。用鉗形電流表測定各整流管電流，發(fā)現(xiàn)斷路2支，更換新管后，故障消除。
鍍微裂紋硬鉻，輸出紋波過大時，裂紋不細密且分布不均勻。
采用脈沖電鍍鉻，也可得到優(yōu)良的鍍層。研究表明，當采用工藝條件為：頻率1000Hz，占空比通：斷=1/5，平均電流密度40A/dm2，30度溫度，獲得的鍍鉻層耐磨性提高三倍;耐腐蝕性提高5倍。
責任編輯：葉麗
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