外文翻译--电镀电源的发展.doc

附录A译文电镀电源的发展材料、能源、信息和生物工程被誉为当今社会的四大支柱，材料更是人类物质文明的基石，不断更新材料、发挥材料潜力乃是充分利用原材料、节约能源的一项战略措施。电镀在新材料生产方面起着举足轻重的作用，其应用范围遍及工业、农业、军事、航空、化工和轻工业等各个领域。电镀电源是电镀生产的重要设备，电镀电源的发展不外乎依赖三种技术:一是电力电子变流技术；二是电力电子器件；三是控制技术。近年来，随着半导体技术、微电子技术以及逆变开关电源的高频化、智能化发展，极大地推动了电镀电源的发展。电镀电源是电镀设备工作的保障，电镀电源的技术性能直接影响电镀镀层的质量。随着科学技术的不断发展，电镀电源经历了4个发展阶段:交流直流发电机组、不可控硅整流器、晶闸管整流器、高频开关电源。50年代的电镀电源主要是交流直流发电机组，即利用交流电动机带动直流发电机，产生直流电压电流。若想调节直流发电机的输出，则把直流发电机的输出作为采样信号，调节交流电动机的转速以改变直流输出。由于这种电源经过了两次能量形式的转换(电能机械能电能)，机组效率低(<60%)，噪声大且直流电机维修不方便，这类交流设备在有些行业(如电焊行业)已被国家列为淘汰产品。60年代研制出的硒、硅整流器，它采用变压器原边带抽头或用调压器、饱和电抗器方式调压，副边用硒或硅二极管整流作为电镀电源，该电源在技术上比“交流直流发电机组”有了一定的进步，但由于在控制上需要用电机或人力去驱动自祸变压器的调压端，很不方便。这类电源结构简单、造价低，但重量大、体积大、效率不高、功率因数也不高，难以实现高精度控制。70年代出现的晶闸管相控电镀电源具有体积小、效率高、控制方便等一系列优点，它的出现使得整个电化学工业的面貌焕然一新。晶闸管相控电镀电源的出现促使电镀电源从电工型向电子型转变，它把成熟的调节控制原理通过电子电路，运用到对晶闸管导通角的控制中，使得晶闸管相控电镀电源的输出特性大大优于以往的产品。但就相控技术本身来说却具有三大缺点:(1)整流变压器仍工作在工频，体积大、重量大、耗铜耗铁多；(2)由于整流变压器工作在工频，而且晶闸管处于相控状态，系统固有惯量大，很难实现脉冲电镀；(3)晶闸管开关状态使电网供电电流不连续，而且滤波电感大，功率因数低，这是电网的一大“公害”。以上三大问题可以利用逆变变流技术(AC-DC-AC-DC)来解决。所谓逆变变流技术就是将电网的三相交流电压经整流、滤波后形成直流高压，再经大功率电力电子器件逆变成几十kHz或数百kHz的高频脉冲电压供给脉冲变压器的原边，变压器的副边接二极管整流、LC滤波后输出给负载，工作过程是AC-DC-AC-DC。此处所说的把逆变变流技术用于电镀电源也就是现在的第四代电电镀电源的发展趋势1高频高效化电镀行业是著名的耗能大户，其电能消耗是其主要生产成木之一。传统的电镀电源存在能耗高，效率低，控制精度低，体积大，笨重等缺陷；工艺过程缺乏科学合理的控制手段，也造成大量的电能损耗。因此，电镀电源装置的高效化是其必然的发展趋势，而高频化是提高电源效率的主要途径，主要包括下述方而。1)在较大功率领域采用高频开关电源代替传统整流电源，降低损耗，提高功率密度。高频开关式电源比传统的工频整流电源材料减少80%90%,节能20%30%，体积减少到传统同容量电源的1/5以下，动态反应速度提高23个数量级，因此，电源效率、功率密度及铜铁材料等指标用量均有大幅度的改善。2)应用推广软开关技术，使高频开关电源的开关损耗明显降低，开关频率进一步提高。软开关技术具有降低电力电器件开关功耗，提高开关频率，降低电磁干扰，改善器件的工作环境等优点。其本质是将器件换流过程和能量转换、控制过程分时加以区别处理。采用这种变换模式可以使工作在高频状态下的功率开关管的开关损耗显著降低，电源整体效率提高，同时使电源工作频率进一步提高成为可能。2智能化电镀工艺如何消除人为因素的影响及减少电镀过程能量损耗的需求，对电源的智能化提出了更高的要求。如迅速发展的铝型材表而处理技术，对质量的稳定性要求较高，通过不同程序改变电源调节曲线，可调整不同的阳极氧化层色调，使得氧化产品多姿多彩。一些在生产过程中频繁调节电源参数的电镀工艺，也要求专用智能化电源。脉冲换向电镀与直流叠加脉冲电镀等新工艺要求控制的参数较多，将脉冲电源与微机控制相结合的智能化脉冲电源，可以根据工艺要求选择直流供电，中一向脉冲和换向脉冲供电以及直流叠加脉冲的多种复合电流波形，所有脉冲参数可以在给定的范围内设定。此外，还可以实现计时和定时功能、温度测控功能、电量(安时)计量和定量功能等，有利于几采用统计控制方法实现添加剂的补加和主1hm,.浓度调整。从节能角度出发，电解电镀过程中，除电源装置的能耗以外，工艺过程的能耗，片绝大部分，而影响工艺过程能耗的因素主要是电流效率和槽压，通过对电解液浓度、温度、电极距离等参数在线检测，实时对电源的电流、电压输出进行调整和合理配置，进而达到节能增效和提高工艺质量的日的。从控制角度看，电镀工艺过程及开关式电镀电源的能量转换过程均为非线性时变系统，难以建立准确的模型进行传统的控制。智能控制能够不依赖受控对象的数学模型，利用人的操作经验、知识和推理以及控制系统的某些信急和性能得到相应的控制规则(如专家系统、模糊控制和神经网络等)。这些智能控制的应用将大大提高电镀电源的性能及工艺质量。因此，随着电镀技术的不断发展，应迅速开发适应不同工艺过程的智能化电源设备，以满足新世纪的新技术发展需求。3数字化电镀电源的数字化技术意义重大。采用数字化技术，从电源的电气性能来看，可以应用现有电源的各种研究成果(功率电路拓扑及控制方式等)，通过系统软件实现软开关技术并降低电磁干扰，提高电源的稳定性和智能化程度；从电源的工艺效果来看，数字化电源由于控制策略调整灵活，控制精度高以及控制参数稳定性高，所以具有更好的工艺稳定性和更好的工艺效果及节能效果。同时，数字化电源方便的通信接口功能为现代化的网络化生产提供了良好的硬件基础。从电镀工艺研究的角度，数字化电镀电源为实施创新性的工艺控制策略和实现多功能提供了全新的途径。数字化电源的在线控制程序升级将为新控制策略的实施提供方便、快捷的途径。4绿色可靠电镀电源长时间连续工作在极为苛刻的工况下，因此，其可靠性和绿色化是电源推广应用的前提。影响电源可靠性及绿色化的主要因素有电磁干扰、热效应、功率管工作环境、器件质量及工艺水平等因素。由于开关电镀电源工作在开关状态且占空比变化较大，使输入波形发生畸变，山它所产生的电磁干扰源，经某种传输途径传输至敏感设备，使该设备表现出某种形式的响应，产生干扰的效果，而且功率愈大干扰愈强。在国外，德国、美国以及国际电子安全会都制定了标准。按这些标准规定，若不及旱解决电磁兼容问题，将会带来严重的后果。因此，如何采取对策措施，提高逆变式电镀电源，特别是大功率逆变式电源的电磁兼容能力，是一个迫切的任务，又是当前的热点从问题。脉冲电源的特点与系统直流电源相比，脉冲电源就是其输出直流波形、频率、占空比和平均电流密度等参数均可根据电镀需要设定的直流电源，其特点可概括为:(1)频率f、占空比(D)可调；(2)波形特殊(例如方波等)。脉冲电源的这些特点在生产中的实际意义就是，在电镀过程中，脉冲电源可通过改变其输出波形的频率、占空比和平均电流密度，来改变电镀槽中金属离子电沉积过程，使电沉积过程在较宽范围内变化，从而可获得均匀致密较为理想的镀层。例如在印刷线路板行业(PCB)中，使用脉冲电源电镀，可提高其深镀能力，使镀层均匀、致密、不脱落。脉冲电源的优点脉冲电镀与直流电镀相比，概括起来有以下几个优点：一、镀层孔隙率低，致密性好，抗蚀性高，以方波输出脉冲电源电镀为例，由于脉冲电源输出为间歇性矩形方波，在脉冲导通期间，金属离子在工件表面沉积的晶粒在镀液中溶解，使得工件表面沉积的晶粒细化，镀层致密，大大降低了镀层的孔隙率。实践表明，装饰业和电子业，用脉冲电源电镀贵金属，可以用较薄的镀层获得较为理想的镀层表面。二、镀层应力低，成分稳定，深镀能力强。改善与提高镀层的均镀能力:脉冲电镀时，山于脉冲瞬间阴极表而上具有很高的电流密度。如镀金时瞬间电流密