電鍍整流器的原理

以優(yōu)質(zhì)進口IGBT作為主功率器件，以超微晶(又稱納米晶)軟磁合金材料為主變壓器鐵芯,主控制系統(tǒng)采用了多環(huán)控制技術(shù),結(jié)構(gòu)上采取了防鹽霧酸化措施。電源產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理，可靠性強。該電源以其體積小、重量輕、高效率、高可靠的優(yōu)越性能成為可控硅電源的更新?lián)Q代產(chǎn)品。適用于實驗、氧化、電解、鍍鋅、鍍鎳、鍍錫、鍍鉻、光電、冶煉、化成、腐蝕等各種精密表面處理場所。在陽極氧化、真空鍍膜、電解、電泳、水處理、電子產(chǎn)品老化、電加熱、電化學(xué)等方面也得到用戶一致好評。特別是在PCB、電鍍、電解行業(yè)領(lǐng)域,成為眾多客戶的首選電源產(chǎn)品。

一.可控硅電源(俗稱硅整流)
利用可控硅整流元件[又叫晶閘管，英文縮寫SCR，是一種大功率硅半導(dǎo)體器件。它具有同半導(dǎo)體二極管相似的單向?qū)щ娞匦裕�但它的�?dǎo)通可控制，所以說它是具有可控的單向?qū)щ娞匦缘恼�流元件。利用它的特性，可以組成各種不同功能的裝置]把交流電變換成大小可調(diào)的直流電.
      它采用工頻變壓器將交流輸入電壓轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低(IOV～20V)交流電壓，再通過可控硅進行整流和調(diào)壓。控制機理是通過控制電路對可控硅的導(dǎo)通角進行控制來實現(xiàn)輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)。此種電源的缺點是體積大、重量重、噪音大、耗電大、波紋大。隨著生產(chǎn)工藝對鍍層質(zhì)量及自動控制的要求越來越高，以及近年來人們對節(jié)能及環(huán)保意識的增強，在PCB電鍍中已逐漸淘汰。它主要使用在電流較大的工業(yè)電鍍上。

可控硅整流器系列產(chǎn)品的優(yōu)點

a、整流結(jié)構(gòu)先進　　采用先進出口變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計大大提高了整流效率節(jié)約了能源并使整機體積、重量大為減小，可靠性大為提高。

b、控制特性良好　　采用的控制電路與國際主流可控硅控制電路可完全互換，該控制電路它具有自動穩(wěn)壓/穩(wěn)流、自動電流密度、0-180秒任意調(diào)節(jié)軟啟動等良好控制功能，并可通過接口實現(xiàn)計算機控制，是目前最先進的可控硅控制系統(tǒng)。

c、保護功能完善　　具有缺相、輸出短路/過載、超溫的完善自動保護。　

d、選用優(yōu)質(zhì)材料及采用嚴謹?shù)闹圃旃に嚒　∽儔浩麒F芯采用進口優(yōu)質(zhì)硅鋼片晶粒取向裁片并嚴格控制接縫。　　變壓器線圈采用優(yōu)質(zhì)無氧銅線材繞制并采用兩次浸漬工藝　　一次側(cè)控制型整流器原邊采用進口高壓可控硅元件，付邊采用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)整流元件　　二次側(cè)控制采用進口可控硅元件。

e、具備妥善的防護措施　　整流器的控制部分采用三重防腐處理。優(yōu)良的防腐蝕設(shè)計使整機具有極好的環(huán)境耐受力，工作的可靠性大大提高，設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力遠高于整流器國家標(biāo)準。

f、操作方便　　配備簡單實用的遙控操作箱，即方便使用者在工位就近操作又可方便整流器安裝選位。

二.高頻開關(guān)整流器(亦稱開關(guān)電源)

它將交流電網(wǎng)經(jīng)EMI防電磁干擾線路濾波器，直接整流、濾波，經(jīng)變換器將直流電壓變換成數(shù)十或數(shù)百kHz的高頻方波，經(jīng)高頻變壓器隔離、降壓，再經(jīng)高頻濾波輸出直流電壓。經(jīng)取樣、比較、放大及控制、驅(qū)動電路，控制變換器中功率管的占空比，得到穩(wěn)定的輸出電壓(或輸出電流)。

高頻開關(guān)整流器的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率可達到75%~90%，體積小、重量輕，而且精度、紋波系數(shù)均優(yōu)于硅整流器，在全輸出范圍內(nèi)都能達到生產(chǎn)所要求的精度。它具有自我保護能力，可以在帶載的情況下任意啟停。它能極方便的同計算機進行連接，給自動化生產(chǎn)中帶來了極大的方便，在PCB電鍍行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

電鍍用高頻開關(guān)整流器的主變換結(jié)構(gòu)有正激式、半橋式、全橋式等，其中既有脈寬調(diào)制(PWM)的“硬開關(guān)”電路，又有熱門的移相控制“軟開關(guān)”電源電路。

脈寬調(diào)制(PWM)高頻開關(guān)整流器，工作頻率大都低于50 kHz，采用電壓或電流反饋控制。它是通過中斷功率通量和調(diào)節(jié)占空比方法，改變驅(qū)動電壓脈沖寬度來調(diào)整輸出電流，使器件工作在“硬開關(guān)”狀態(tài)，即強迫導(dǎo)通(電壓不為零時)或強迫關(guān)斷(電流不為零時)，使開關(guān)功率管開關(guān)期間同時存在高壓與大電流的交叉，因此開關(guān)損耗大，尖峰干擾強。變壓器漏感與大電流變化率激起的高壓尖峰，不僅易損壞功率管，還產(chǎn)生明顯的電磁輻射，降低了可靠性和電源效率。

近幾年來新出現(xiàn)的零電壓轉(zhuǎn)換(zvT)和零電流轉(zhuǎn)換(ZCT)技術(shù)，或者稱“軟開關(guān)”技術(shù)，綜合了PWM 開關(guān)與諧振變換技術(shù)兩者的優(yōu)點：既有脈沖方波高效傳遞功率和恒頻控制便于優(yōu)化參數(shù)，又有諧振技術(shù)的低損耗和零電壓轉(zhuǎn)換的特點。這種“零開關(guān)”技術(shù)充分利用變壓器的漏感于功率管的輸出結(jié)電容之間的諧振，產(chǎn)生滿足零電壓導(dǎo)通和零電流截止的條件，在開關(guān)管導(dǎo)通時電壓為零，截止時流經(jīng)開關(guān)管的電流為零。因此大大減少了功率管的開關(guān)電壓、電流應(yīng)力和尖刺干擾，降低了功耗，開關(guān)效率明顯提高。

1、體積小、重量輕：體積與重量為可控硅電鍍整流器的1/5-1/10，便于您規(guī)劃、擴建、移動、維護和安裝。
        2、節(jié)能效果好： 開關(guān)電源由于采用了高頻變壓器，轉(zhuǎn)換效率大大提高，正常情況下較可控硅設(shè)備提高效率10%以上，負載率達70%以下時較可控硅設(shè)備提高效率30%以上。
        3、輸出穩(wěn)定性高：由于系統(tǒng)反應(yīng)速度快（微秒級），對于網(wǎng)電及負載變化具有極強的適應(yīng)性，輸出精度可優(yōu)于1%。開關(guān)電源的工作效率高、所以控制精度高，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4、輸出波形易于調(diào)制：由于工作頻率高，其輸出波形調(diào)整相對處理成本較低，可以較方便的按照用戶工藝要求改變輸出波形。這樣對于工作現(xiàn)場提高工效，改善加工產(chǎn)品質(zhì)量有較強作用。

PCB線路板專用整流器性能特點:

高可靠性—零部件采用優(yōu)質(zhì)進口器件,核心部采用國際專利技術(shù)產(chǎn)品,控制電路采用轉(zhuǎn)悠技術(shù),保護齊全,隔離及防腐措施合理,特別適用于PCB電鍍車間使用.

高穩(wěn)定性—系統(tǒng)反應(yīng)速度快,對電網(wǎng)及負載變化具有極強的適應(yīng)性,輸出精度可達1%.

節(jié)電效果好—較可控硅整流器可節(jié)電20%-30%,對于用戶降低成本發(fā)揮著重要作用.

深鍍效果好—經(jīng)用戶實際測試較可控硅整流器深鍍能力提高5%。

操控性—可選用手動，半自動、PLC控制、RS485等計算機控制系統(tǒng)

1、 降低孔隙率,晶核的形成速度大于成長速度,促使晶核細化。
        2、 改善結(jié)合力,使鈍化膜擊穿,有利于基體與鍍層之間牢固的結(jié)合。
        3、 改善覆蓋能力和分散能力,高的陰極負電位使普通電鍍中鈍化的部位也能沉積,減緩形態(tài)復(fù)雜零件的突出部位由于沉積離子過度消耗而帶來的“燒焦”“樹枝狀”沉積的缺陷,對于獲得一個給定特性鍍層(如顏色、無孔隙等)的厚度可減少到原來1/3~1/2,節(jié)省原材料。

4、 降低鍍層的內(nèi)應(yīng)力,改善晶格缺陷、雜質(zhì)、空洞、瘤子等,容易得到無裂紋的鍍層,減少添加劑。

5、 有利于獲得成份穩(wěn)定的合金鍍層。

6、 改善陽極的溶解,不需陽極活化劑。

7、 改進鍍層的機械物理性能,如提高密度降低表面電阻和體電阻,提高韌性、耐磨性、抗蝕性而且可以控制鍍層硬度。

傳統(tǒng)的電鍍抑制副作用的產(chǎn)生、改善電流分布、調(diào)節(jié)液相傳質(zhì)過程、控制結(jié)晶取向顯得毫無作用,面對絡(luò)合劑和添加劑的研究成了電鍍工藝研究的主要方向。納米開關(guān)電源解決了傳統(tǒng)電鍍整流器存在的缺陷。

可控硅是P1N1P2N2四層三端結(jié)構(gòu)元件，共有三個PN結(jié)，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如圖所示

當(dāng)陽極A加上正向電壓時，BG1和BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流ib2流過，經(jīng)BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以ib1=ic2。此時，電流ic2再經(jīng)BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1ib1=β1β2ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結(jié)果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導(dǎo)通。

由于BG1和BG2所構(gòu)成的正反饋作用，所以一旦可控硅導(dǎo)通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導(dǎo)通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關(guān)斷功能，所以這種可控硅是不可關(guān)斷的。

可控硅整流器的結(jié)構(gòu)

◆從外形上來看，可控硅整流器也主要有螺栓型和平板型兩種封裝結(jié)構(gòu) 。

◆引出陽極A、陰極K和門極(控制端)G三個聯(lián)接端。

◆內(nèi)部是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

可控硅整流器的外形、結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號

　　a) 外形 b) 結(jié)構(gòu) c) 電氣圖形符號

可控硅整流器VS與小燈泡EL串聯(lián)起來，通過開關(guān)S接在直流電源上。注意陽極A是接電源的正極，陰極K接電源的負極，控制極G通過按鈕開關(guān)SB接在3V直流電源的正極(這里使用的是KP5型晶閘管，若采用KP1型，應(yīng)接在1.5V直流電源的正極)。晶閘管與電源的這種連接方式叫做正向連接，也就是說，給晶閘管陽極和控制極所加的都是正向電壓。現(xiàn)在我們合上電源開關(guān)S，小燈泡不亮，說明晶閘管沒有導(dǎo)通;再按一下按鈕開關(guān)SB，給控制極輸入一個觸發(fā)電壓，小燈泡亮了，說明晶閘管導(dǎo)通了。這個演示實驗給了我們什么啟發(fā)呢?

這個實驗告訴我們，要使可控硅整流器導(dǎo)通，一是在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。

可控硅整流器的特點：是“一觸即發(fā)”。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通。控制極的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。那么，用什么方法才能使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷呢?使導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，可以斷開陽極電源(圖3中的開關(guān)S)或使陽極電流小于維持導(dǎo)通的最小值(稱為維持電流)。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時，晶閘管會自行關(guān)斷。

普通可控硅整流器最基本的用途就是可控整流。大家熟悉的二極管整流電路屬于不可控整流電路。如果把二極管換成晶閘管，就可以構(gòu)成可控整流電路。現(xiàn)在我畫一個最簡單的單相半波可控整流電路。在正弦交流電壓U2的正半周期間，如果VS的控制極沒有輸入觸發(fā)脈沖Ug，VS仍然不能導(dǎo)通，只有在U2處于正半周，在控制極外加觸發(fā)脈沖Ug時，晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通。現(xiàn)在，畫出它的波形圖。可以看到，只有在觸發(fā)脈沖Ug到來時，負載RL上才有電壓UL輸出(波形圖上陰影部分)。Ug到來得早，晶閘管導(dǎo)通的時間就早;Ug到來得晚，晶閘管導(dǎo)通的時間就晚。通過改變控制極上觸發(fā)脈沖Ug到來的時間，就可以調(diào)節(jié)負載上輸出電壓的平均值UL(陰影部分的面積大小)。在電工技術(shù)中，常把交流電的半個周期定為180°，稱為電角度。這樣，在U2的每個正半周，從零值開始到觸發(fā)脈沖到來瞬間所經(jīng)歷的電角度稱為控制角α;在每個正半周內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的電角度叫導(dǎo)通角θ。很明顯，α和θ都是用來表示晶閘管在承受正向電壓的半個周期的導(dǎo)通或阻斷范圍的。通過改變控制角α或?qū)�通�?theta;，改變負載上脈沖直流電壓的平均值UL，實現(xiàn)了可控整流。

在橋式整流電路中，把二極管都換成可控硅整流器是不是就成了可控整流電路了呢?在橋式整流電路中，只需要把兩個二極管換成可控硅整流器就能構(gòu)成全波可控整流電路了。

可控硅整流器控制極所需的觸發(fā)脈沖是怎么產(chǎn)生的呢?可控硅整流器觸發(fā)電路的形式很多，常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、利用小晶閘管觸發(fā)大晶閘管的觸發(fā)電路，等等。今天大家制作的調(diào)壓器，采用的是單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。

在可控整流電路的波形圖中，發(fā)現(xiàn)可控硅整流器承受正向電壓的每半個周期內(nèi)，發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，也就是控制角α和導(dǎo)通角θ都相等，那么，單結(jié)晶體管張弛振蕩器怎樣才能與交流電源準確地配合以實現(xiàn)有效的控制呢?

為了實現(xiàn)整流電路輸出電壓“可控”，必須使晶閘管承受正向電壓的每半個周期內(nèi)，觸發(fā)電路發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，這種相互配合的工作方式，稱為觸發(fā)脈沖與電源同步。

怎樣才能做到同步呢?大家再看調(diào)壓器的電路圖(圖1)。請注意，在這里單結(jié)晶體管張弛振蕩器的電源是取自橋式整流電路輸出的全波脈沖直流電壓。在可控硅整流器沒有導(dǎo)通時，張弛振蕩器的電容器C被電源充電，UC按指數(shù)規(guī)律上升到峰點電壓UP時，單結(jié)晶體管VT導(dǎo)通，在VS導(dǎo)通期間，負載RL上有交流電壓和電流，與此同時，導(dǎo)通的VS兩端電壓降很小，迫使張弛振蕩器停止工作。當(dāng)交流電壓過零瞬間，可控硅整流器VS被迫關(guān)斷，張弛振蕩器得電，又開始給電容器C充電，重復(fù)以上過程。這樣，每次交流電壓過零后，張弛振蕩器發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，這個時刻取決于RP的阻值和C的電容量。調(diào)節(jié)RP的阻值，就可以改變電容器C的充電時間，也就改變了第一個Ug發(fā)出的時刻，相應(yīng)地改變了可控硅整流器的控制角，使負載RL上輸出電壓的平均值發(fā)生變化，達到調(diào)壓的目的.