电镀电源设备

电镀是将电能转化为化学能的过程，在此过程中，金属离子获得电子而还原成金属原子，金属原子按一定规则排列形成具有一定晶粒取向的平滑镀层。直流电镀电源正是提供电子的源泉和使金属原子结晶的动力。因此，电镀电源设备是电镀生产的主要设备，它与镀槽和电镀溶液配合一起，即可完成电镀过程。电镀电源已经能够提供多种形式的电流与波形，赋予了电镀工艺以新的活力。近些年来，常用直流电源设备正在不断更新，特种电镀电源设备随着电力电子技术的发展而有了新的突破，为电镀工艺研究提供了各种各样崭新的电源。
电镀电源设备经过近半个多世纪的演变，才到了今天这种形式多种多样使用起来比较得心应手的状态。回顾20世纪50年代中期，人们还是采用交流／直流发电机组或汞弧整流器为电镀生产提供直流电。在调节直流发电机的输出时，要调节交流电机的转速以改变直流输出。这种系统由于具有较高的可靠性，曾一度在电镀领域占统治地位。然而这种系统效率极低，还要采用各种变阻器进行槽边调压，电能损耗更大。因此在电力电子技术诞生后不久便陆续退出历史舞台。我们姑且将交／直发电机组称之为第一代直流电镀电源。
电力电子技术的诞生，硒整流器开始在20世纪50年代末从欧洲进入我国。不久，随着大功率硅整流管被大量的工业化使用，在电镀领域出现了自耦调压加硅整流的直流电镀电源，即采用自耦变压器调节交流电压，再以大功率硅管(堆)进行整流。这种系统虽然在技术上比交／直流发电机组有了进步，输出直流波形比较平滑，但需要用机械或人工拖动自耦变压器调压，不便远程操纵。同时，其效率没有太大改善。这可算是第二代直流电镀电源。

20世纪50年代后期，晶闸管在美国的贝尔实验室诞生，从而给包括电镀电源在内的电力电子行业带来革命性的进步，出现了以可控硅为核心的直流电镀电源。
可控硅电镀电源，在电路结构上主要有两种形式：一种是利用可控硅在工频变压器原边进行调压，然后在副边用硅管多相整流；另一种是直接用可控硅在工频变压器的副边进行调压整流。不论哪种形式，都是把成熟的调节控制电子电路，运用到对可控硅导通角的控制中，使得可控硅电镀电源的输出特性大大地优于以往的产品。在额定负载情况下，往往能获得令人满意的输出精度、纹波和效率，特别是在效率上，比过去的产品有了显著的提高，功率范围也很宽。这些优良的特性使得它一经出现，便成为直流电镀电源的主流，至今国内大量使用的仍以这种电源为主。我们称之为第三代直流电镀电源。
随着人们对镀层质量和生产过程自动化以及要满足清洁生产过程节能降耗的严格要求，可控硅电源的缺点越来越明显。首先，它只能在一定的负载范围内保证额定精度，而实际电镀过程中，大多数使用的电流都偏离了整流器的额定值，因此，往往难以满足实际精度需要。纹波也是如此，只在一定范围(一般是在满负载附近)满足额定值，这些，都给进一步提高产品质量带来困难。其次，由于采用模拟电子线路完成移相控制，当它与计算机控制系统连接耐，需要的接口电路较繁琐，很不方便。另外，由于摆脱不了工频变压器，使其整机结构个大笨重，耗费铜材多，而且对电网的谐波干扰也很严重。
电力电子技术的进一步发展，高频功率变换技术得到了越来越广泛的应用，就诞生了第四代直流电镀电源——高频开关电源。高频开关电源的工作原理是功率变换。它是功率转移技术与脉宽调制技术相结合的高技术产物，是当代电力电子学理论发展的最新体现。一经问世，就受到广泛关注并得到空前迅速的发展。高频开关电源较之可控硅电源有着许多无可比拟的优势：首先在电路结构上，它去掉了可控硅电源的工频变压器，采用脉宽调制方式控制场效应管工作，尺寸大幅度减小，质量明显减轻，节省大量铜材和优质硅钢片；可控硅电源全量程的功率因数为0．7，而高

频开关电源则达到0．90～0．95可控硅电源的输出脉动随负载的大小和整流相数的变化而变化，工作频率较低，在大电流时往往不加滤波电路。而高频开关电源的输出脉动较小，由于输出脉冲的频率很高，所以低通滤波器的体积大幅度减小，这就十分有利于提高电源的输出纹波特性。从工作效率上看，可控硅电源的工频变压器的转换效率通常为85％，再加上整流部分的各种损耗，其在最理想状态下效率也只在75％左右。高频开关电源的效率一般在80％～90％左右。如果采用先进的谐振型开关电路，则其效率还会更高。从输出精度看，可控硅电源在控制角很大时，调整能力很差，输出电压、电流的精度从半载到满载时的理想情况下，方可达到3％～5％，而且电压、电流的线性也不够好，这是由于可控硅电源本身电路的体制造成的。而高频开关电源则在全量程范围内精度均可达到l％以上，甚至可以达到0．1％。总的来看。从体积、质量、效率、功率因数、精度、控制电路、工作频率、保护功能、功率、带载启停、对电网干扰、节能节材等各个方面比较，高频开关电源具有它一系列的优越性。它的体积小(只有同功率可控硅整流器的1／3—1／5)；质量轻(只有同功率可控硅整流器的l／4)；效率高(可控硅整流器75％左右，高频开关电源85％左右)；功率因数不加校正全范围0．7，加校正全范围可达0．9以上；控制精度在全范围内小于1％或更高，控制电路简单，有专用集成控制器；工作频率高，一般在20kHz～200kHz或更高；保护反应快，只有1ms，且有自恢复功能；它允许带载启停，对电网的干扰也较小。
目前，高频开关电源作为新一代产品，一些中小规格的电源设备已经得到电镀用户认同，其市场覆盖率正Et益扩大。大功率高频开关电源的单机容量暂时还受到器件和材料的限制。但是，随着电源并联技术的提高，电子器件的发展，采用多组并联的大功率高频开关电源，可以替代部分大电流电镀使用的硅整流设备，已在电镀生产中得到实际应用。