〔摘要〕本文介紹了活塞環鍍鉻用
整流器的更新換代,運用高頻
開關電源取代傳統的硅整流和可控硅整流器,達到了節電的效果,節電在30%左右,鍍層質量穩定。文章通過對活塞環
電鍍過程和節電原理的分析、論證,并進行了生產試驗,證明節電效果依據充分。
〔關鍵詞〕活塞環
電鍍 整流器 節能
1 引言
活塞環特殊的使用環境決定了它必須具備足夠的強度、硬度、彈性、耐磨性等特性。為了具備這些特性,活塞環在電鍍過程中對整流器的控制性能和輸出特性有著特殊的要求。主要表現為:電鍍初期的沖擊鍍電流上升速度要快;電鍍過程中電流穩定精度要高;輸出電壓波紋系數要低;整流器的自動化控制程度要高;同時為了降低生產成本,節能降耗,要求整流器的用電效率要高(即節能)等。
2 電鍍過程分析和高頻整流器特性
活塞環電鍍時為了鍍取均勻連續的鍍層,常在開始通電時采用短時間的大電流密度沖擊電鍍,使活塞環表面很快地鍍上一層氫過電位大的鍍層金屬,以防止氫析出,然后按正常規定的電流密度進行電鍍,就可以消除基體金屬對分散能力和覆蓋能力的不良影響。
高頻整流器控制系統輸出的控制信號可以對主電路的輸出作出迅速響應,使整流器從空載零電流迅速上升到所需電流(一般從零電流到額定電流所需的時間約為3～5秒),為大電流沖擊鍍提供了有力的保證。
在活塞環的電鍍過程中,電流密度和鍍液溫度是影響鍍鉻性能的關鍵因素,同一溫度情況下不同的電流密度或同一電流密度情況下不同的溫度取的鍍鉻層的性能有很大差異。在工藝合理、操作得當的前提下,整流器輸出電流的高精度控制是鍍取最佳鍍層性能的必要保證。
高頻整流器隨著生產技術的不斷成熟,已經實現了極高的控制精度。在恒流工作模式狀態情況下,輸出電流的波動為正負1安培,在恒壓工作模式狀態情況下,輸出電壓的波動為正負0.1伏。極高的控制精度為活塞環電鍍提供了穩定的電流密度,從而能夠鍍取理想鍍層。
根據有關資料顯示,電源的波紋系數大于5%時引起鍍鉻層的晶粒排序移位。降低整流器的輸出波紋因數,有利于鍍取理想鍍層。
高頻整流器輸出的頻率約為2萬5千赫茲的高頻矩形波,經平滑電抗器平滑、輔助器件吸收,既具有平滑直流的連續性,又具有脈沖電流的沖擊性,并且波紋系數小于2%。連續平滑、低波紋系數的高頻矩形波能使鍍層結晶細致、均勻、光亮、空隙率低,能明顯改善分散能力、深鍍能力、加快電沉積速度。
高頻整流器可以很方便的加裝時間控制器、安培小時計、遠距離控制器等,使整流器的自動化程度得到提高,降低了職工的勞動強度。同時為控制合理一致的鍍層提供了方便；钊h電鍍為了鍍取良好的鍍層,要求一次電鍍成功,電鍍過程中不能中斷。
高頻整流器配備了過壓、欠壓、過熱、過流、短路等各種保護功能,能夠對各種原因造成的故障做出迅速保護響應,提高了設備的可靠性,降低故障率,減少了電鍍過程中整流器的故障停機率。
3 高頻整流器大幅度降低電鍍能耗
電鍍過程中整流器是最大的用電設備,也是最大的電損耗設備,降低整流器的用電損耗,就可以大幅度降低電損耗,減少電耗費用。用電效率高達90%的高頻整流器是節電降耗整流器中的首選產品。
高頻整流器的節能取決于它的工作原理和內部器件。其工作過程一般為三相380Ｖ市電整流、濾波加至功率型開關元件如ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等組成的逆變電路,有主電路轉換成脈寬可調的高頻交流,在經以非晶軟磁材料為鐵芯的高頻變壓器降壓,肖特基二極管整流轉化成工作需求的低壓直流。
從高頻整流器的工作過程可以看出電能損耗主要表現在:
1 高頻變壓器的電能損耗:傳統的鐵氧體變壓器鐵芯受自身因數影響在高頻狀態下能量轉換效率極低,所以高頻整流器一般采用非晶軟磁材料如鐵鈷合金等作為變壓器鐵芯,這種變壓器在頻率為25Ｋｈｚ左右時能量轉換效率可達99%以上,即電能損耗僅為1%。
2 主功率開關元件的損耗:主功率元件的電損耗主要表現為元件的開通損耗和關斷損耗,其中開關元件在關斷時的拖尾電流在器件開關損耗上占支配地位,其關斷損耗遠大于開通損耗。經過實驗主功率開關能耗約為5%。
3 主功率整流肖特基二極管的電損耗主要表現為二極管導通內阻損耗。這種二極管的管壓降約為0.7Ｖ左右,其電能損耗約為3.9%。
4 高頻整流器的控制系統及附件隨著元件集成化和優化組合的提高,其能量損耗基本上維持在0.02%左右。
綜上所述,高頻整流器的總電能損耗約為10%,即用電效率約為90%,并且用電效率基本上不受輸出負荷大小的影響。一般可控硅整流器的用電效率為45～70%,硅整流整流器的用電效率為30～60%？梢姼哳l整流器比可控硅整流器可節電20～45%,比硅整流整流器可節電30～60%。
4 使用效果
我公司安裝4臺進行試驗,試驗11天后即全部投入生產。安裝位置距鍍槽1～1.5米,沒有和鍍槽進行隔離。
試驗期間我們對活塞環鍍層質量進行了全面的檢測,外觀:外圓鍍鉻層表面光潔,和可控硅整流器相比較沒有區別;鍍鉻層結合強度按照國標要求的傳統檢查方法檢查,全部合格;鍍鉻層硬度ＨＶ在840～1060之間;鉻層厚度,在原《作業指導書》要求的工藝參數下操作,厚度在0.14～0.19ｍｍ范圍內,符合《鍍后檢查標準》的要求。對于試驗期間電鍍的活塞環還進行了鍍后加工,各工序全過程跟蹤調查,終檢又進行了認真的抽檢,鍍鉻層沒有發現異常。
同鍍槽交流電流值相差可以看出其節電值,平均百分數為22.2%,即高頻電源整流器和可控硅整流器在同一電鍍槽,電鍍相同型號的活塞環,可以節電22.2%;比硅整流整流器預計可節電35%左右(沒有生產試驗)。
高頻整流器還具有體積小、重量輕的特點,節約占地面積,便于搬運、調整。和可控硅整流器相比噪音也有明顯的降低,改善了操作者的工作環境,設備故障率低。
5 經濟分析和結論
經濟效益分析:以表中所列2號槽為依據,計算一臺ＧＧＤＦ-2000/12高頻整流器一年的節電效益為:
7.5Ａ×(386Ｖ÷1.732)×24(小時)×26(天)×12(月)×0.50元/度=18777.24元。
通過以上理論分析和生產使用,高頻整流器節電是不可質疑的,效果明顯,應該是活塞環行業電鍍用整流電源的一次革命,相信能夠給企業降低電能耗做出一定的貢獻。 
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