外文翻譯--電鍍電源的發(fā)展.doc

附錄A譯文電鍍電源的發(fā)展材料、能源、信息和生物工程被譽為當今社會的四大支柱，材料更是人類物質(zhì)文明的基石，不斷更新材料、發(fā)揮材料潛力乃是充分利用原材料、節(jié)約能源的一項戰(zhàn)略措施。電鍍在新材料生產(chǎn)方面起著舉足輕重的作用，其應用范圍遍及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航空、化工和輕工業(yè)等各個領域。電鍍電源是電鍍生產(chǎn)的重要設備，電鍍電源的發(fā)展不外乎依賴三種技術:一是電力電子變流技術；二是電力電子器件；三是控制技術。近年來，隨著半導體技術、微電子技術以及逆變開關電源的高頻化、智能化發(fā)展，極大地推動了電鍍電源的發(fā)展。電鍍電源是電鍍設備工作的保障，電鍍電源的技術性能直接影響電鍍鍍層的質(zhì)量。隨著科學技術的不斷發(fā)展，電鍍電源經(jīng)歷了4個發(fā)展階段:交流直流發(fā)電機組、不可控硅整流器、晶閘管整流器、高頻開關電源。50年代的電鍍電源主要是交流直流發(fā)電機組，即利用交流電動機帶動直流發(fā)電機，產(chǎn)生直流電壓電流。若想調(diào)節(jié)直流發(fā)電機的輸出，則把直流發(fā)電機的輸出作為采樣信號，調(diào)節(jié)交流電動機的轉速以改變直流輸出。由于這種電源經(jīng)過了兩次能量形式的轉換(電能機械能電能)，機組效率低(60%)，噪聲大且直流電機維修不方便，這類交流設備在有些行業(yè)(如電焊行業(yè))已被國家列為淘汰產(chǎn)品。60年代研制出的硒、硅整流器，它采用變壓器原邊帶抽頭或用調(diào)壓器、飽和電抗器方式調(diào)壓，副邊用硒或硅二極管整流作為電鍍電源，該電源在技術上比“交流直流發(fā)電機組”有了一定的進步，但由于在控制上需要用電機或人力去驅(qū)動自禍變壓器的調(diào)壓端，很不方便。這類電源結構簡單、造價低，但重量大、體積大、效率不高、功率因數(shù)也不高，難以實現(xiàn)高精度控制。70年代出現(xiàn)的晶閘管相控電鍍電源具有體積小、效率高、控制方便等一系列優(yōu)點，它的出現(xiàn)使得整個電化學工業(yè)的面貌煥然一新。晶閘管相控電鍍電源的出現(xiàn)促使電鍍電源從電工型向電子型轉變，它把成熟的調(diào)節(jié)控制原理通過電子電路，運用到對晶閘管導通角的控制中，使得晶閘管相控電鍍電源的輸出特性大大優(yōu)于以往的產(chǎn)品。但就相控技術本身來說卻具有三大缺點:(1)整流變壓器仍工作在工頻，體積大、重量大、耗銅耗鐵多；(2)由于整流變壓器工作在工頻，而且晶閘管處于相控狀態(tài)，系統(tǒng)固有慣量大，很難實現(xiàn)脈沖電鍍；(3)晶閘管開關狀態(tài)使電網(wǎng)供電電流不連續(xù)，而且濾波電感大，功率因數(shù)低，這是電網(wǎng)的一大“公害”。以上三大問題可以利用逆變變流技術(AC-DC-AC-DC)來解決。所謂逆變變流技術就是將電網(wǎng)的三相交流電壓經(jīng)整流、濾波后形成直流高壓，再經(jīng)大功率電力電子器件逆變成幾十kHz或數(shù)百kHz的高頻脈沖電壓供給脈沖變壓器的原邊，變壓器的副邊接二極管整流、LC濾波后輸出給負載，工作過程是AC-DC-AC-DC。此處所說的把逆變變流技術用于電鍍電源也就是現(xiàn)在的第四代電電鍍電源的發(fā)展趨勢1高頻高效化電鍍行業(yè)是著名的耗能大戶，其電能消耗是其主要生產(chǎn)成木之一。傳統(tǒng)的電鍍電源存在能耗高，效率低，控制精度低，體積大，笨重等缺陷；工藝過程缺乏科學合理的控制手段，也造成大量的電能損耗。因此，電鍍電源裝置的高效化是其必然的發(fā)展趨勢，而高頻化是提高電源效率的主要途徑，主要包括下述方而。1)在較大功率領域采用高頻開關電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)整流電源，降低損耗，提高功率密度。高頻開關式電源比傳統(tǒng)的工頻整流電源材料減少80%90%,節(jié)能20%30%，體積減少到傳統(tǒng)同容量電源的1/5以下，動態(tài)反應速度提高23個數(shù)量級，因此，電源效率、功率密度及銅鐵材料等指標用量均有大幅度的改善。2)應用推廣軟開關技術，使高頻開關電源的開關損耗明顯降低，開關頻率進一步提高。軟開關技術具有降低電力電器件開關功耗，提高開關頻率，降低電磁干擾，改善器件的工作環(huán)境等優(yōu)點。其本質(zhì)是將器件換流過程和能量轉換、控制過程分時加以區(qū)別處理。采用這種變換模式可以使工作在高頻狀態(tài)下的功率開關管的開關損耗顯著降低，電源整體效率提高，同時使電源工作頻率進一步提高成為可能。2智能化電鍍工藝如何消除人為因素的影響及減少電鍍過程能量損耗的需求，對電源的智能化提出了更高的要求。如迅速發(fā)展的鋁型材表而處理技術，對質(zhì)量的穩(wěn)定性要求較高，通過不同程序改變電源調(diào)節(jié)曲線，可調(diào)整不同的陽極氧化層色調(diào)，使得氧化產(chǎn)品多姿多彩。一些在生產(chǎn)過程中頻繁調(diào)節(jié)電源參數(shù)的電鍍工藝，也要求專用智能化電源。脈沖換向電鍍與直流疊加脈沖電鍍等新工藝要求控制的參數(shù)較多，將脈沖電源與微機控制相結合的智能化脈沖電源，可以根據(jù)工藝要求選擇直流供電，中一向脈沖和換向脈沖供電以及直流疊加脈沖的多種復合電流波形，所有脈沖參數(shù)可以在給定的范圍內(nèi)設定。此外，還可以實現(xiàn)計時和定時功能、溫度測控功能、電量(安時)計量和定量功能等，有利于幾采用統(tǒng)計控制方法實現(xiàn)添加劑的補加和主1hm,.濃度調(diào)整。從節(jié)能角度出發(fā)，電解電鍍過程中，除電源裝置的能耗以外，工藝過程的能耗，片絕大部分，而影響工藝過程能耗的因素主要是電流效率和槽壓，通過對電解液濃度、溫度、電極距離等參數(shù)在線檢測，實時對電源的電流、電壓輸出進行調(diào)整和合理配置，進而達到節(jié)能增效和提高工藝質(zhì)量的日的。從控制角度看，電鍍工藝過程及開關式電鍍電源的能量轉換過程均為非線性時變系統(tǒng)，難以建立準確的模型進行傳統(tǒng)的控制。智能控制能夠不依賴受控對象的數(shù)學模型，利用人的操作經(jīng)驗、知識和推理以及控制系統(tǒng)的某些信急和性能得到相應的控制規(guī)則(如專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡等)。這些智能控制的應用將大大提高電鍍電源的性能及工藝質(zhì)量。因此，隨著電鍍技術的不斷發(fā)展，應迅速開發(fā)適應不同工藝過程的智能化電源設備，以滿足新世紀的新技術發(fā)展需求。3數(shù)字化電鍍電源的數(shù)字化技術意義重大。采用數(shù)字化技術，從電源的電氣性能來看，可以應用現(xiàn)有電源的各種研究成果(功率電路拓撲及控制方式等)，通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)軟開關技術并降低電磁干擾，提高電源的穩(wěn)定性和智能化程度；從電源的工藝效果來看，數(shù)字化電源由于控制策略調(diào)整靈活，控制精度高以及控制參數(shù)穩(wěn)定性高，所以具有更好的工藝穩(wěn)定性和更好的工藝效果及節(jié)能效果。同時，數(shù)字化電源方便的通信接口功能為現(xiàn)代化的網(wǎng)絡化生產(chǎn)提供了良好的硬件基礎。從電鍍工藝研究的角度，數(shù)字化電鍍電源為實施創(chuàng)新性的工藝控制策略和實現(xiàn)多功能提供了全新的途徑。數(shù)字化電源的在線控制程序升級將為新控制策略的實施提供方便、快捷的途徑。4綠色可靠電鍍電源長時間連續(xù)工作在極為苛刻的工況下，因此，其可靠性和綠色化是電源推廣應用的前提。影響電源可靠性及綠色化的主要因素有電磁干擾、熱效應、功率管工作環(huán)境、器件質(zhì)量及工藝水平等因素。由于開關電鍍電源工作在開關狀態(tài)且占空比變化較大，使輸入波形發(fā)生畸變，山它所產(chǎn)生的電磁干擾源，經(jīng)某種傳輸途徑傳輸至敏感設備，使該設備表現(xiàn)出某種形式的響應，產(chǎn)生干擾的效果，而且功率愈大干擾愈強。在國外，德國、美國以及國際電子安全會都制定了標準。按這些標準規(guī)定，若不及旱解決電磁兼容問題，將會帶來嚴重的后果。因此，如何采取對策措施，提高逆變式電鍍電源，特別是大功率逆變式電源的電磁兼容能力，是一個迫切的任務，又是當前的熱點從問題。脈沖電源的特點與系統(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。例如在印刷線路板行業(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。脈沖電源的優(yōu)點脈沖電鍍與直流電鍍相比，概括起來有以下幾個優(yōu)點：一、鍍層孔隙率低，致密性好，抗蝕性高，以方波輸出脈沖電源電鍍?yōu)槔?，由于脈沖電源輸出為間歇性矩形方波，在脈沖