电镀电源概述

电镀电源概述

电镀电源是电镀生产中的主要设备，可向镀槽的阴阳两极提供一定的电压、电流和符合工艺要求的输出波形，保证不同镀层质量要求。

电镀电源的特点是输出电压低、电流大。根据工艺要求，额定输出电压一般在6～30V，额定电流一般为几百安培至数千安培，有的高达数万安培。电镀所施加的电压值取决于电镀液的组成和工艺规范，电流值除了与镀液的组成和工艺规范有关外，还与镀件面积有关。常见镀种所需要的电流密度和电压值见表9-1。

表9-1 常见镀种所需要的电流密度和电压值

9．1．1 电镀电源的应用现状与发展趋势

电镀电源是应用电力半导体器件将交流电源变换为直流电源，所以电镀电源又称为电镀整流器。

早期使用的电镀电源是直流发电机组，随后出现了硒堆整流器，均因体积大、噪声大，成本及能耗高等原因，被硅整流电源所替代。20世纪60年代随着晶闸管(SCR)的问世和成功应用，使电镀电源得到了快速发展，出现了晶闸管电镀电源，晶闸管在该电源中既作为整流器件又作为调压器件，控制系统采用移相技术，应用闭环Pl调节，使电源具有自动稳压、稳流等功能，而且保护方式灵活，在体积、运行效率、自动控制、调节方式等方面与硅整流设备相比具有较大优势，得到了广泛应用。但晶闸管电镀电源在小电流情况下容易使网侧及负载上的谐波严重，引起电网的波形畸变，从而形成电网“公害”，在电网中需要增加必要的防范措施。

20世纪80年代以后，变流装置中的普通晶闸管逐渐被新型器件如电力晶体管(GTR)、场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等取代。以MOSFET和IGBT为功率器件的整流器工作频率可提高至20～50kHz，所以该类整流器又称为高频开关电源。其工作过程是将整流后的直流电源，逆变成高频交流电，再经整流后获得直流电源。由于采用的是高频率开关工作模式，所以变压器的体积和器件的功耗大大降低，功率因数和运行效率大大提高，是目前电镀电源的发展方向。随着IGBT器件功率增加、耐压提高和应用技术

的日益成熟，IGBT必将在大多领域中取代晶闸管(SCR)，以达到高效、节能目的。目前正在研制的大功率智能功率模块(IPM)，是将电力电子器件和驱动、保护、控制电路集成到一起，从而提高了系统的可靠性与可维护性，进一步降低成本与能耗，必将不断应用至电镀电源中。 随着电镀工艺的迅速发展，新的电镀工艺从波形、频率、自动控制、综合功能等方面对电镀电源提出更高的要求。目前，普遍采用的电镀电源按波形可分为脉动直流电源、平滑直流电源、周期换向电源、单向脉冲电源、换向脉冲电源、直流叠加脉冲及智能化多波形电源等，以满足不同电镀工艺需要。

综上所述，电镀电源的整体发展趋势是低能耗、无电网污染、高可靠、小体积、高性能和多功能。

9．1．2常用电镀电源简介

(1)硅整流电源

硅整流电源降压变压器一次侧采用调压器调压，二次侧采用二极管整流。根据容量不同，可分为单相全波、三相全波和六相双反星整流等。小容量电源采用干式接触式调压器调压，容量较大时采用油浸感应式调压器调压。根据容量不同，整流组件的冷却方式分为自冷、风冷、水冷和油浸自冷等。由于采用交流调压器调压，所以输出波形为脉动连续直流，该类电源因效率低、体积大、成本高及自动控制难以实现等缺点，在电镀领域中应用受到限制，属于淘汰产品。

(2)晶闸管整流电源

晶闸管整流器在小容量时采用交流电源经隔离变压器降压，再经晶闸管移相调压和整流后获得直流电压。在容量较大时采取晶闸管交流侧移相调压，再经隔离变压器降压和二极管整流后获取直流电压。晶闸管及二极管的冷却方式根据不同容量分为自冷、风冷、水冷和油浸自冷等。目前整流变压器大多采用三相五柱芯式节能型变压器，它与六相双反星带平衡电抗器的整流方式相比，可以省去平衡电抗器，达到降低成本、提高效率的目的。晶闸管整流器输出波形为脉动直流，电压低时不连续，为了提高输出波形的平滑性，可增加滤波器或采用多相整流电路。

晶闸管整流器一般具有稳压、稳流、软启动等功能，可灵活应用于生产线中。近几年随着微机控制技术在晶闸管整流器中的广泛应用，可以实现输出波形的换向、直流叠加脉冲、波形分段控制等，还可以实现计时、定时、自动控温、电量计量和定量等控制功能。

(3)高频开关电镀电源

高频开关电源自从20世纪90年代开始在电镀领域使用，现已进入推广应用阶段。该类电源具有效率高、体积小等特点，在3000A以下通用型电镀电源中有较强的竞争力。通过近几年的运行检验，其稳定性、输出波形和控制方面已能够满足生产的需要，现正在向5000～10000A，甚至更大容量扩展，有望在大多电镀领域中取代晶闸管整流器。

普通开关电源的输出波形为高频调制的脉冲直流，若对平滑性有较高要求可以增加直流滤波器，冷却方式一般采取风冷。