電鍍用脈沖電源

1、文章編號:1001-3849(2002 03-0027-03 電鍍用脈沖電源的應用推廣韓苗興, 何永夫(紹興市承天電器有限公司, 浙江紹興312001摘要:在金屬表面處理中, 脈沖電鍍作為特種電鍍的一種, 日顯其廣泛的應用性, 但脈沖電源用作電鍍電源, 較之于傳統(tǒng)的電鍍電源相比, 由于受各種因素影響, 發(fā)展起步較晚, 直到20世紀90年代才被人們所廣泛認識。介紹了脈沖電源的電氣原理及其功用, 結合生產(chǎn)實際, 闡述了脈沖電源在電鍍中推廣和應用的重要性, 提出了脈沖電鍍在電鍍行業(yè)中有著廣闊的市場前景。關鍵詞:電鍍; 脈沖電源; 應用; 推廣中圖分類號:T Q150. 5文獻標識碼:B Applic

2、ation and Spread of Pulse Power Supplyfor ElectroplatingHA N M iao -x ing , HE Yong -fu隨著社會生產(chǎn)力發(fā)展和市場日益成熟, 特別是我國加入了WTO, 經(jīng)濟發(fā)展越來越國際化, 我國的電鍍行業(yè)作為一項發(fā)展歷史長的傳統(tǒng)行業(yè), 在面臨著巨大商機的同時, 其競爭性也愈來愈激烈。在電鍍過程中, 除了有好的工藝配方、新穎的電鍍原料和生產(chǎn)規(guī)程外, 也離不開一臺理想的與之相配套的電源。綜觀我國電鍍行業(yè)發(fā)展, 隨著測試設備不斷完善, 高科技新穎電鍍材料不斷出現(xiàn), 如添加劑的開發(fā)等, 大大促進了電鍍表面質(zhì)量的提高, 而對于電鍍新電

3、源的研究開發(fā)和應用則相對發(fā)展較慢, 直到20世紀80年代中期, 才被人們所重視, 而在20世紀90年代逐漸被推廣應用。由此, 熟悉和正確使用脈沖電源就顯得極為重要。本文將結合理論和生產(chǎn)實踐, 對脈沖電源的使用和推廣作一些粗淺分析。1脈沖電源工作原理脈沖電源工作原理可由以下方框圖示意(以方波為例 (圖1圖1脈沖電源工作原理圖272002年5月電鍍與精飾第24卷第3期(總144期 :(.1 可調(diào)低紋波直流源可通過硅整流器、可控硅整流器、高頻開關電源提供。這對脈沖電源中輸出脈沖波形質(zhì)量的優(yōu)劣起重要作用。早期應用較多為硅整流器, 隨著科學技術發(fā)展, 逐漸被可控硅、高頻開關電源所替代。從實際使用看, 高

4、頻開關電源是目前最為理想的直流源。2 斬波系統(tǒng)一般通過電子技術實現(xiàn), 隨著科技進步和半導體技術的發(fā)展, 斬波系統(tǒng)要主經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段(圖2圖2斬波系統(tǒng)的發(fā)展過程在實際應用中, 用VM OS (單極型場效應管 和IGBT (雙極型場效應管 斬波是一般情況下較為理想的斬波器件, 兩者都具有關斷速度快、插入損耗小、大容量的特點。目前, VM OS (單極型場效應管 斬波多用于小功率脈沖電源中, 而IGBT (雙極型場效應管 作為近年來發(fā)展起來的新穎功率半導體, 多用于大功率場合, 價格相對比較昂貴。3 脈沖電源的輔助控制及保護系統(tǒng)主要有:便于電鍍生產(chǎn)和配方的時控系統(tǒng)、安時積分系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)和提

5、高脈沖電源可靠性的短路保護、過流保護、超溫保護系統(tǒng)等。4 斬波控制系統(tǒng)主要包括:頻率、占空比調(diào)節(jié)系統(tǒng)和驅(qū)動控制兩部分, 不同生產(chǎn)廠家有不同的控制方式。2脈沖電源的特點與傳統(tǒng)直流電源相比, 脈沖電源就是其輸出直流波形、頻率、占空比和平均電流密度等參數(shù)均可根據(jù)電鍍需要設定的直流電源, 其特點可概括為:1 頻率(f 、占空比(D 可調(diào); 2 波形特殊(例如方波等 。脈沖電源的這些特點在生產(chǎn)中的實際意義就是, 在電鍍過程中, 脈沖電源可通過改變其輸出波形的頻率、占空比和平均電流密度, 來改變電鍍槽中金屬離子電沉積過程, 使電沉積過程在較寬范圍內(nèi)變化, 從而可獲得均勻致密較為理想的鍍層。例如在印制線路板

6、行業(yè)(PCB 中, 使用脈沖電源電鍍, 可提高其深鍍能力, 使鍍層均勻、致密、不脫落。3脈沖電源的優(yōu)點脈沖電源作為電鍍電源, 主要有以下優(yōu)點: 1 鍍層孔隙率低, 致密性好, 抗蝕性高。3 鍍層應力低, 成分穩(wěn)定, 深鍍能力強。4脈沖電源的分類脈沖電源從波形分析看, 一般有以下幾種:1 正弦波脈沖電源; 2 鋸齒波脈沖電源; 3 方波脈沖電源; 4 多波形脈沖電源; 5 周期換向型脈沖電源。1 4 均為單脈沖電源, 換向型脈沖電源亦稱雙脈沖電源。在實際使用中, 方波脈沖電源使用較為普遍, 多用于無特殊要求的鍍金、銀、鎳場合, 多波形脈沖電源多應用于合金類表面硬質(zhì)氧化場合, 例如鋁的硬質(zhì)氧化,

7、而雙脈沖電源為新近發(fā)展的新穎脈沖電源, 是對于表面要求高的場合較為理想的電源, 如精密儀器、電子元件陶瓷基片表面處理。5脈沖電源電氣參數(shù)計算與選擇圖3為脈沖電源輸出波形。圖中:I m 為脈沖輸出峰值電流, A (電源標稱值 ; I -m 為脈沖輸出最大平均電流, A ; I -為脈沖輸出工作平均電流, A; T off 為一個脈沖周期關斷時間, s; T on 為一個脈沖周期導通時間, s; T 為一個脈沖周期時間, s 。圖3輸出波形1 頻率f 28M ay 2002Plating and Finishing V ol . 24N o . 3在電鍍中, 用戶可根據(jù)生產(chǎn)需要, 頻率在幾十到幾千

8、赫茲間, 根據(jù)電鍍性質(zhì)、工件表面質(zhì)量來選擇。例如, 鋁的多波形硬質(zhì)氧化, 一般可選擇在100Hz 以下, 其中50Hz 80Hz 間使用最為普遍, 而單金屬電鍍, 象鍍金、銀、鎳, 可選擇在100Hz 1500Hz 左右。當然, 根據(jù)要求不同, 1500Hz 以上選擇也有應用。2 占空比D國內(nèi)脈沖電源生產(chǎn)廠家, 對占空比有兩種表示方法:a. 通斷比:一個脈沖周期中導通與關斷的時間比, 即通常所說的工作比, 如19、82等表示方法。D 1=T on T offb. 占空比:一個脈沖周期中導通時間占整個工作周期時間的比值, 如50%、40%等表示方法。D 2=on T ×100%=onT

9、 on +T off×100%用戶在計算占空比時, 應首先要清楚脈沖電源生產(chǎn)廠家的表示方法, 才可根據(jù)需要正確計算占空比。3 脈沖峰值電流I m峰值電流指脈沖電流方波最大電流(極值 。其數(shù)值一般為脈沖電源出廠時標稱值。I m 在用戶選購電源時選擇, 在生產(chǎn)實際中, I m 值大小對脈沖電源的深鍍能力有一定影響。4 輸出額定平均電流I -mI -m 即脈沖電源工作時, 所輸出的最大平均電流值。用戶在使用過程中, 不允許工作電流超過I -m , 否則電源將超負荷工作, 損壞或影響電源使用壽命。國內(nèi)一般脈沖電源生產(chǎn)標準, 其輸出額定平均電流值為輸出峰值電流的三分之一左右設計, 充分考慮到斬

10、波系統(tǒng)中半導體器件的使用壽命。5 實際工作輸出平均電流I-輸出平均電流是機器工作時, 實際工作電流有效值, 即表顯示值。I -是用戶計算工作電流密度(A/cm 2的依據(jù), 用戶可根據(jù)工件大小、電鍍面積、工藝配方, 計算合理電流值。I -=I -m ×on T on +T off =I -m ×onT =J S(S :電鍍面積6脈沖電源使用局限性上面簡要說明了脈沖電源作為電鍍電源使用的特點和使用方法, 但并非脈沖電源在任何場合使用都能獲得較為理想的表面, 脈沖電源也存在一定的局限性, 主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1 脈沖電源雖然在表面能形成致密均勻的鍍層, 但在要求工件表面鍍層較

11、厚的場合效果并不理想, 效率低。一般情況下, 2030 m 以上鍍層用其它直流電源電鍍比脈沖電源理想。2 脈沖電源在較為復雜的表面(例如首飾、插件 能形成較為均勻的鍍層, 保持工件原有機械形狀, 但在深鍍能力上不理想, 電流效率較低, 例如深孔電鍍, PCB 行業(yè)中孔徑比較大的印制板電鍍, 雖然表面質(zhì)量較為理想, 但會出現(xiàn)鍍層厚度不一致的現(xiàn)象。3 脈沖電源工作時, 在電鍍槽中產(chǎn)生變流低頻振蕩會引起部分有機類添加劑分解, 造成鍍液污染, 故在脈沖電源使用場合, 最好不使用有機添加劑。4 電流效率低, 在對工件表面要求不高、鍍層較厚、單產(chǎn)產(chǎn)量大的貴金屬電鍍中, 使用脈沖電源效果比用低紋波高頻開關電源要遜色。綜上所述, 隨著科技進步, 電子、通信、信息等尖端高科技工業(yè)的發(fā)展, 電鍍脈沖電源的應用將越來越廣泛, 合理使用脈沖電源必將對我國金屬表面處理行業(yè)的發(fā)展起到很大的促進作用。書訊簡明電鍍工手冊天津市電鍍工程學會和天津市電鍍研究所合編的簡明電鍍工手冊業(yè)已由機械工業(yè)出版社出版發(fā)行。該手冊包括:常用電鍍數(shù)據(jù)和資