電鍍是電能為化學能的過程,在這一過程中,金屬離子獲得電子被還原成金屬原子,金屬原子按一定規(guī)則排列形成晶體成為鍍層。直流電鍍電源正是提供電子的“源泉”和使金屬原子結晶的動力。因此電源在電鍍過程中的作用是十分重要的。
上世紀60年代中期以前,人們采用交流——直流發(fā)電機組為電鍍提供直流電。在調節(jié)直流發(fā)電機的輸出時,要把直流發(fā)電機的輸出作為采樣信號,調節(jié)交流電機的轉速以改變直流輸出,即所謂“交—直—交組”。這種系統(tǒng)由于具有較高的可靠性,曾一度在電鍍領域占地位(與之同期的還有貢弧整流器,但較早被淘汰。)至今人們仍可在某些國內大廠中看到它們的影子。然而這種系統(tǒng)效率極低,因此在電力電子技術誕生后不久便退出了歷史舞臺。我們把以交一直發(fā)電機組為代表的直流供電系統(tǒng)稱之為第一代直流電鍍電源。
在電力電子學還未從電工技術中分化出來之前,大功率硅整流管已被大量地工業(yè)化使用,于是,在電鍍領域出現(xiàn)了所謂“自耦+硅整流”式直流電鍍電源,即使用自耦變壓器調節(jié)交流電壓,再以大功率硅管(堆)進行整流。該系統(tǒng)雖然在技術上比起“交—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拖動自耦變壓器的調壓端,很不方便。同時,其效率沒有任何改善,精密、紋波也較差。這即是所謂的第二代直流電鍍電源。
50年代中后期,晶閘管在美國的貝爾實驗室誕生。從而給包括電鍍電源在內的電力電子行業(yè)帶來性的。以可控硅為核心的直流電鍍電源便是在這樣的背景下產生的。
可控硅電鍍電源,在電結構上主要有兩種形式:一是利用可控硅在工頻變壓器原邊進行調壓,然后在副邊用硅管多相整流;二是直接用可控硅在工頻變壓器的副邊進行調壓整流。不論哪種形式,都把成熟的調節(jié)控制原理通過電子電,運用到對可控硅導通角的控制中,使得可控硅電鍍電源的輸出特性大大地優(yōu)于以往的產品。在額定負載情況下,往往能獲得令人滿意的精度、紋波和效率,特別是在效率上,比過去的產品有了顯著的提高,功率范圍也很寬。這些優(yōu)良的特性使得它一經出現(xiàn),便成為直流電鍍電源的主流。至今國內大量使用的仍以這種電源為主,國外工業(yè)化國家在大功率電源領域也在使用這種電源。我們稱之為第三代直流電鍍電源。
第三代電鍍產品比以往的產品有著明顯的優(yōu)勢,但隨著人們對鍍層質量和工業(yè)生產過程自動化以及近十幾年來人類對工業(yè)生產領域的節(jié)約能耗,減小污染的要求的不斷提高,可控硅電源的缺點越來越明顯。首先,它只能在一定的負載范圍內額定精度,而實際生產時,大多數(shù)情況額定的,因此,往往難以滿足實際精度需要。紋波也是如此,只在一定范圍(一般是在滿負載附近)滿足額定值,這些,都給人們利用它來進一步提高工藝質量帶來困難。其次,由于采用模擬電子線完成移相控制,當它與計算機控制系統(tǒng)聯(lián)接時,需要的接口電較繁瑣,很不方便。另外,由于擺脫不了工頻變壓器,使其整機體積大,重量大,耗費銅材,而且對電網的諧波干擾也很嚴重。隨著電力電子技術的發(fā)展,高頻功率變換技術得到了越來越廣泛的應用。直流電鍍電源——高頻開關電源正是在這樣的背景下應運而生的。