1 整流(liú)器的基本原(yuán)理及類型
1.1 傳(chuán)統矽整流器(qi)
矽整流器使(shǐ)用曆史長，技(ji)術成熟，是整(zheng)流器主流産(chan)品。
1.1.1 整流電路(lù)。工業生産中(zhong)一般采用三(san)相調壓器調(diào)壓，50Hz三相工頻(pin)變壓器降壓(ya)的普通矽整(zhěng)流器。各種整(zheng)流電路獲得(dé)的均是脈動(dong)直流電，不是(shi)純直流，或多(duō)或少地含有(yǒu)交流成分。為(wéi)了比較脈動(dong)成份的多少(shao)，可用紋波系(xì)數來表示，其(qi)含義為⭐交流(liú)成份在直流(liú)成🌈分中占的(de)百分比，其數(shù)值✔️越小，交流(liú)成份越少，越(yue)接近純直流(liú)。
各種整流電(diàn)路的波動系(xì)數不同。其由(you)大到小的次(ci)序🌈為：三相半(ban)波整流、三相(xiang)全波橋式整(zhěng)流或帶平衡(héng)電抗器的六(liù)相雙反⛹🏻♀️星形(xíng)整流。其中後(hou)者工作時整(zheng)流元件并聯(lian)導通，波形最(zui)為平滑，整流(liu)效率較高，工(gōng)作也較為可(kě)靠，時最為常(chang)用的一種。
為(wei)了獲得低紋(wen)波輸出，則必(bì)須采用濾波(bō)或其它特⁉️殊(shū)措施💃🏻。利用💜電(diàn)容、電感貯能(neng)元件進行濾(lü)波，是将脈動(dòng)直流轉變為(wéi)較為平滑的(de)直流的常用(yòng)措施。但實際(jì)生産中，除試(shi)驗用的小型(xíng)整流器之外(wài)，工業生産基(jī)本上不進行(háng)濾波。特殊情(qing)況可使用大(da)電感。電容在(zai)低電壓、大👈電(diàn)流情況下不(bu)适用于濾🧑🏽🤝🧑🏻波(bo)。電容濾波，對(dui)工頻整流隻(zhī)适合于非常(chang)小功率的整(zhěng)流電源。例如(ru)輸出10A的單相(xiang)全波整流🔴器(qì)，要達到低紋(wén)波輸出，其濾(lǜ)🥵波電容要達(dá)0.1F以上。随着頻(pín)率的提高，所(suo)需電容量減(jian)小。
可控矽利(li)用改變可控(kòng)矽管導通角(jiao)來調整輸出(chu)平均直⭕流大(dà)小的普通可(ke)控矽整流器(qi)，可控矽管輸(shu)出的是間斷(duan)脈沖波，其紋(wén)波系數的受(shou)導通角控制(zhì)，輸出紋波系(xì)數大于普通(tōng)矽整流㊙️電路(lu)。特别是在使(shǐ)用👄電流低于(yu)額定電流較(jiao)大的情況下(xia)，輸出波形脈(mò)動系數更大(dà)。
它采用工頻(pín)變壓器将交(jiao)流輸入電壓(ya)轉變為較低(dī)(IOV～20V)交🏃♀️流電壓，再(zai)通過可控矽(xi)進行整流和(hé)調壓。控制機(ji)理是通過控(kòng)制電路對可(ke)控矽的導通(tong)角進行控制(zhì)來實現輸出(chū)電👌壓和電流(liú)的調節。此種(zhǒng)電源的缺點(dian)是體積大、重(zhong)量重、噪音大(dà)、耗電大、波紋(wen)大😘。随着生産(chǎn)工藝對鍍層(ceng)質量及自動(dong)控制的要求(qiu)越來越高，以(yǐ)及人們對節(jiē)能及環保意(yi)識的增強，在(zai)PCB電鍍中已逐(zhú)漸淘汰。它🔞主(zhǔ)要使用在電(diàn)流較大的工(gong)業電鍍上。
1.1.2.整(zheng)流元件類型(xíng)
整流元件即(jí)通常所說的(de)二極管。由于(yú)整流器所有(yǒu)的輸出㊙️電流(liu)都要經過整(zhěng)流元件，因此(cǐ)，可以說是整(zhěng)流器的心髒(zāng)。整流元件分(fèn)為矽整流元(yuan)件和可控矽(xī)🏃🏻♂️整流元件二(èr)種。鍍鉻整流(liu)器主要使用(yong)矽整流元件(jian)。雖然可控矽(xī)技術已有了(le)長足的發展(zhǎn)，且在電鍍上(shàng)應用也日趨(qū)🏃增多，但筆者(zhě)還是推薦使(shi)用矽整流器(qi)。其原因主要(yào)是波形問題(ti)。可控矽整流(liú)是采用🔞控制(zhi)整流元件導(dǎo)通時間與截(jié)止時間長短(duan)來控制電流(liu)👅的。整流器滿(mǎn)負荷使用時(shi)波形好。但輸(shū)出電流較小(xiao)時電流波形(xing)變差。電流越(yue)小，波形越差(chà)。而矽整流器(qì)輸出電流大(dà)小對波形幾(ji)乎無影響。
1.2 高(gao)頻開關整流(liú)器，也叫開關(guan)電源
一種新(xin)型電鍍電源(yuan)設備-高頻開(kāi)關電源。它兼(jiān)有矽整流器(qi)的波形平滑(huá)性優點及可(kě)控矽整流器(qì)的調壓方⛱️便(biàn)的優點🐆，電流(liú)效率最高(可(kě)達90%以上)，體積(ji)最小，是大有(you)前途的整流(liú)器。制造技術(shu)已解決了功(gōng)率問題，數千(qian)安🌈培至上萬(wan)🌏安培的大✏️功(gong)率開關電源(yuan)已進入生産(chan)實用階段。
它(ta)将交流電網(wǎng)經EMI防電磁幹(gàn)擾線路濾波(bo)器，直接整流(liu)✉️、濾波，經變換(huàn)器将直流電(diàn)壓變換成數(shù)十或數百kHz的(de)高頻方波，經(jing)高頻🌂變壓器(qì)隔離、降壓，再(zài)經高頻濾波(bō)輸出直流電(diàn)壓。經取樣、比(bǐ)較🌐、放大及控(kong)制、驅動電路(lù)，控制變換器(qi)中功率管的(de)占空比，得到(dào)穩定的輸🔅出(chu)電壓(或輸出(chū)電流)。
高頻開(kai)關整流器的(de)調整管工作(zuo)在開關狀态(tài)，功率損耗小(xiǎo)，效率可達到(dào)75%~90%，體積小、重量(liàng)輕，而且精度(dù)、紋波系數均(jun)優💞于矽🌏整流(liu)器，在👣全輸出(chū)範圍内都能(néng)達到生産所(suǒ)要求的精度(dù)。它具有自我(wo)保護👉能力，可(ke)以在帶載的(de)情況下任意(yi)啟停。它能極(jí)方便的同計(ji)算機進行連(lian)接，給🌈自動化(huà)生産🐆中帶來(lai)了極大的方(fāng)便，在PCB電鍍行(hang)業中得到廣(guǎng)泛的應用。
電(diàn)鍍用高頻開(kāi)關整流器的(de)主變換結構(gou)有正激式、半(ban)橋式🔴、全橋式(shi)等，其中既有(yǒu)脈寬調制(PWM)的(de)“硬開關”電路(lù)，又有熱門的(de)移相控制“軟(ruan)開關”電源電(dian)路。
脈寬調制(zhi)(PWM)高頻開關整(zhěng)流器，工作頻(pin)率大都低于(yú)50 kHz，采用電壓或(huò)電流反饋控(kong)制。它是通過(guo)中斷功率通(tong)量和調🈚節占(zhan)空比方法⭕，改(gai)變驅動電壓(ya)脈沖寬度來(lái)調整輸出電(dian)流，使器件工(gong)作在“硬開關(guan)”狀态，即強迫(pò)導通(電壓不(bu)為零時)或強(qiáng)迫關斷(電流(liu)不為零時)，使(shǐ)開關功率管(guan)開關期間同(tóng)時存在高壓(yā)與👣大電流的(de)交叉，因此開(kai)關損耗大，尖(jian)峰幹擾強。變(biàn)壓器漏感與(yu)大電流變化(hua)💔率激起的高(gāo)壓🐆尖峰，不僅(jin)易損壞功率(lǜ)管，還産生明(ming)顯的電磁📐輻(fú)射，降低了可(ke)靠性和電源(yuán)效率。
開關電(diàn)源其頻率已(yi)達音頻，通過(guo)濾波實現低(di)紋波輸出更(geng)為簡便易行(hang)。而且穩流、穩(wěn)壓等功能更(geng)易實🐉現。
1.3 脈沖(chòng)電源設備
随(sui)着電力電子(zi)科學技術的(de)發展，電鍍整(zheng)流器正在由(yóu)✏️單一🈲功🈚能向(xiàng)多功能發展(zhan)。由于脈沖電(diàn)源主要是由(you)嵌入式單片(pian)計算機等進(jìn)行控制，因此(ci)，除實現脈沖(chong)輸出之外，一(yi)🔱般具備多種(zhong)控制功能。
1.3.1.自(zi)動穩流穩壓(yā)。傳統矽整流(liu)器電流或電(dian)壓無法自⛹🏻♀️動(dong)穩定，随電網(wang)電壓的波動(dong)而波動。而脈(mo)沖電源則擁(yōng)有高精度的(de)自動調節功(gōng)能。如電網三(san)相電壓波動(dong)達上百伏時(shí)，脈沖電源輸(shū)出🛀🏻電壓可以(yǐ)幾乎不變。脈(mo)沖電源的自(zi)動調節功能(néng)一🚶♀️般具有二(er)種模式：
第一(yī)，恒電流限壓(ya)模式。當電鍍(du)工藝參數，如(rú)零件面🐕積、溫(wēn)度♌、濃⛱️度、酸堿(jian)度等工藝條(tiáo)件發生改變(bian)時，常規整流(liu)器電流會發(fa)生🏃波動。而恒(heng)電流模式下(xià)，輸出電流自(zi)動🧑🏾🤝🧑🏼恒定在設(shè)定值不發生(sheng)改變。這對需(xu)精确計算硬(ying)鉻厚🈚度情況(kuang)下🌍是很有用(yòng)的。采用恒流(liu)模式時的限(xiàn)壓功能目的(de)是保護設備(bei)不被燒壞。
第(di)二，恒電壓限(xian)流模式。當電(dian)鍍工藝參數(shù)發生改變時(shi)🈲，輸出電壓自(zi)動恒定在設(she)定值不發生(sheng)改變。這種模(mo)式硬鉻電鍍(dù)不常使用，但(dan)對于鋁氧化(huà)着色則大有(you)作用。
1.3.2 多段式(shi)運行模式。鋁(lǚ)陽極氧化或(huò)硬鉻電鍍時(shí)，往往需要進(jìn)💁行反向電解(jiě)、大電流沖擊(ji)、階梯送電等(děng)操作📱。傳統電(diàn)源隻能靠手(shou)工實現。而具(ju)有多段式運(yùn)行模式的脈(mo)沖電源則隻(zhī)需提前設定(dìng)，生産時可自(zì)動按順序進(jìn)行自動調節(jie)。這一功能對(dui)硬鉻電☎️鍍是(shì)非常🔆有用的(de)。國産脈沖電(diàn)源已達到三(san)段式運行，每(mei)一段⛷️時間可(kě)在0～255秒🔞内調節(jiē)設定。
1.3.3 雙向脈(mò)沖功能。正負(fù)脈沖頻率、占(zhàn)空比、正反向(xiang)輸出時間均(jun1)可㊙️獨立調節(jie)，使用靈活、方(fang)便。配合硬鉻(gè)電鍍工藝，可(ke)獲得不同物(wu)理性⭕能的鍍(dù)層。
1.3.4 直流疊加(jiā)功能。輸出正(zheng)反向脈沖電(dian)流的同時，由(you)同一台電源(yuan)疊加輸出一(yī)純直流成分(fen)，更拓寬了脈(mo)沖電源的使(shi)用範圍及用(yòng)途。
近幾年來(lái)，國産多功能(néng)脈沖電源技(jì)術已趨于成(cheng)熟❌，其❄️中脈沖(chòng)波形垂直程(chéng)度，波形平穩(wěn)程度、穩定性(xìng)、抗幹擾性等(děng)指标達到甚(shen)至超過了國(guo)外水平。
直流(liú)電源波形對(duì)電鍍質量有(you)突出的影響(xiǎng)，例如：高頻率(lü)定脈寬高頻(pín)穩壓/穩流脈(mò)沖電源電鍍(dù)時會産生特(te)殊效應，這也(ye)是普通直流(liú)電源電鍍無(wú)法達到的效(xiao)果，有些現🥰象(xiang)還不能用常(chang)規電化學理(li)論來加以解(jie)釋。而直流波(bo)形⭕對電鍍沉(chen)積的影響還(hái)難以從理論(lun)上進行預測(cè)，隻能通過大(da)量的試驗來(lái)作相對比較(jiào)，篩選出适📱宜(yi)的波形。
近幾(jǐ)年來新出現(xiàn)的零電壓轉(zhuǎn)換(zvT)和零電流(liu)轉換(ZCT)技術，或(huò)✏️者☎️稱“軟開關(guān)”技術，綜合了(le)PWM 開關與諧振(zhèn)變換技術兩(liǎng)🔱者的優點：既(ji)有脈沖方波(bō)高效傳遞功(gong)率和恒頻控(kòng)制便于優化(huà)參數，又有諧(xie)🔴振技術的低(dī)損耗和零電(diàn)壓轉換的特(tè)點。這種“零開(kai)關”技術充分(fen)利用變壓器(qi)的漏感于功(gōng)率管的輸出(chū)結電容之間(jiān)的諧振💁，産生(shēng)滿足零電壓(ya)導通和零電(dian)流截止的條(tiao)件，在開關管(guǎn)導通時電壓(ya)為零，截止時(shí)流經開關管(guǎn)的電流為零(ling)。因此大大減(jiǎn)少了功率管(guǎn)的開關❌電壓(ya)、電流應力和(hé)尖刺幹擾，降(jiang)低了功耗，開(kāi)❤️關效率明顯(xian)提高。
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