Clasificación de rectificadores galvanizados.

La galvanoplastia es un proceso de procesamiento electrolítico. No hace falta decir que factores como el rendimiento, el tipo y las características de la fuente de alimentación tendrán un impacto importante en el proceso de galvanoplastia. Especialmente hoy en día, con el rápido desarrollo de la moderna tecnología de galvanoplastia, el suministro de energía para galvanoplastia juega un papel aún más importante. Por lo tanto, es necesario comprender el impacto del suministro de energía de galvanoplastia en el proceso de galvanoplastia.

1 Principios básicos y tipos de rectificadores

1.1 Rectificadores de silicio tradicionales

Los rectificadores de silicio tienen una larga historia de uso y una tecnología madura, y son los productos principales de rectificadores.

1.1.1 Circuito rectificador. En la producción industrial, generalmente se usa un regulador de voltaje trifásico para regular el voltaje y un transformador de frecuencia industrial trifásico de 50 Hz para reducir el voltaje usando un rectificador de silicio común. Lo que obtienen varios circuitos rectificadores es CC pulsante, que no es CC pura y contiene más o menos componentes de CA. Para comparar la cantidad de componentes pulsantes, se puede expresar el coeficiente de ondulación, que significa el porcentaje del componente de CA en el componente de CC. Cuanto menor es el valor, menor es el componente de CA y más cerca está de la CC pura.

Los coeficientes de fluctuación de varios circuitos rectificadores son diferentes. El orden de mayor a menor es: rectificación trifásica de media onda, rectificación trifásica en puente de onda completa o rectificación trifásica de doble estrella inversa con reactor balanceado. Entre ellos, cuando este último funciona, los elementos rectificadores están conectados en paralelo, la forma de onda es la más suave, la eficiencia de rectificación es alta y el trabajo es más confiable, por lo que es el más utilizado.

Para obtener una salida de ondulación baja, se deben utilizar filtros u otras medidas especiales. El uso de componentes de almacenamiento de energía capacitivos e inductivos para el filtrado es una medida común para convertir CC pulsante en una CC más suave. Sin embargo, en la producción real, a excepción de los pequeños rectificadores utilizados para pruebas, el filtrado básicamente no se realiza en la producción industrial. En circunstancias especiales se pueden utilizar inductores grandes. Los condensadores no son adecuados para filtrar en condiciones de baja tensión y alta corriente. El filtrado de condensadores y la rectificación de frecuencia industrial solo son adecuados para fuentes de alimentación rectificadas de potencia muy pequeña. Por ejemplo, para un rectificador monofásico de onda completa con una salida de 10 A, para lograr una salida de ondulación baja, su condensador de filtro debe estar por encima de 0,1 F. A medida que aumenta la frecuencia, la capacitancia requerida disminuye.

El rectificador controlado por silicio utiliza un rectificador controlado por silicio ordinario para ajustar el tamaño de CC promedio de salida cambiando el ángulo de conducción del tubo controlado por silicio. El tubo controlado por silicio emite una onda de pulso intermitente y su coeficiente de ondulación es guiado. Control de ángulo de paso, el coeficiente de ondulación de salida es mayor que el circuito rectificador de silicio ordinario. Especialmente cuando la corriente de funcionamiento es inferior a la corriente nominal, el coeficiente de pulsación de la forma de onda de salida será mayor.

Utiliza un transformador de frecuencia de potencia para convertir el voltaje de entrada de CA en un voltaje de CA más bajo (IOV ~ 20 V) y luego rectifica y regula el voltaje a través de un tiristor. El mecanismo de control consiste en ajustar el voltaje y la corriente de salida controlando el ángulo de conducción del tiristor a través de un circuito de control. Las desventajas de este tipo de fuente de alimentación son que es grande, pesada, ruidosa, consume mucha energía y tiene grandes ondulaciones. A medida que el proceso de producción tiene requisitos cada vez más altos para la calidad del recubrimiento y el control automático, y ha aumentado la conciencia de la gente sobre el ahorro de energía y la protección del medio ambiente, se ha eliminado gradualmente en la galvanoplastia de PCB. Se utiliza principalmente en galvanoplastia industrial con gran corriente.

1.1.2． Tipos de componentes del rectificador

Los componentes del rectificador se conocen comúnmente como diodos. Dado que toda la corriente de salida del rectificador pasa a través del elemento rectificador, se puede decir que es el corazón del rectificador. Los componentes del rectificador se dividen en dos tipos: componentes del rectificador de silicio y componentes del rectificador controlados por silicio. Los rectificadores cromados utilizan principalmente componentes rectificadores de silicio. Aunque la tecnología controlada por silicio ha avanzado mucho y su aplicación en la galvanoplastia aumenta día a día, el autor todavía recomienda el uso de rectificadores de silicio. La razón principal es el problema de la forma de onda. El rectificador SCR controla la corriente controlando el tiempo de encendido y apagado del elemento rectificador. La forma de onda es buena cuando el rectificador se utiliza a plena carga. Sin embargo, cuando la corriente de salida es pequeña, la forma de onda actual empeora. Cuanto menor es la corriente, peor es la forma de onda. La corriente de salida del rectificador de silicio casi no tiene efecto sobre la forma de onda.

1.2 Rectificador conmutado de alta frecuencia, también llamado fuente de alimentación conmutada

Un nuevo tipo de equipo de suministro de energía de galvanoplastia: fuente de alimentación conmutada de alta frecuencia. Combina la suavidad de la forma de onda de los rectificadores de silicio con la conveniencia de la regulación de voltaje de los rectificadores controlados por silicio. Tiene la eficiencia de corriente más alta (hasta más de 90) y el tamaño más pequeño. Es un rectificador prometedor. La tecnología de fabricación ha resuelto el problema de la energía y las fuentes de alimentación conmutadas de alta potencia, con miles de amperios a decenas de miles de amperios, han entrado en la etapa práctica de producción.

Rectifica y filtra directamente la red eléctrica de CA a través del filtro de línea de interferencia anti-electromagnética EMI, convierte el voltaje de CC en una onda cuadrada de alta frecuencia de decenas o cientos de kHz a través de un convertidor y lo aísla. a través de un transformador de alta frecuencia, reduzca y luego emita voltaje CC a través de filtrado de alta frecuencia. Después de los circuitos de muestreo, comparación, amplificación, control y excitación, se controla el ciclo de trabajo del tubo de potencia en el convertidor para obtener un voltaje de salida estable (o corriente de salida).

El tubo de ajuste del rectificador de conmutación de alta frecuencia funciona en el estado de conmutación, con una pequeña pérdida de energía, la eficiencia puede alcanzar 75 ~ 90, tamaño pequeño, peso ligero y la precisión y el coeficiente de ondulación son mejores que los de los rectificadores de silicio se utilizan ampliamente en el mundo. La precisión requerida para la producción se puede lograr dentro del rango de salida. Tiene capacidades de autoprotección y puede arrancar y detenerse a voluntad bajo carga. Se puede conectar a una computadora de manera muy conveniente, lo que brinda una gran comodidad a la producción automatizada y se usa ampliamente en la industria de galvanoplastia de PCB.

Las principales estructuras de conversión de los rectificadores de conmutación de alta frecuencia para galvanoplastia incluyen circuitos directos, de medio puente, de puente completo, etc., entre los que se encuentran ambos circuitos de "conmutación dura" de modulación de ancho de pulso (PWM). y el popular circuito de alimentación de "conmutación suave" controlado por cambio de fase.

Los rectificadores de conmutación de alta frecuencia con modulación de ancho de pulso (PWM), la mayoría de los cuales operan a frecuencias inferiores a 50 kHz, adoptan control de retroalimentación de voltaje o corriente. Ajusta la corriente de salida interrumpiendo el flujo de potencia y ajustando el ciclo de trabajo, cambiando el ancho del pulso de voltaje de conducción, de modo que el dispositivo funcione en un estado de "conmutación dura", es decir, forzado (cuando el voltaje no es cero) o apagado forzado (cuando la corriente no es cero), el alto voltaje y la corriente grande se cruzarán al mismo tiempo durante el período de conmutación del tubo de alimentación de conmutación, por lo que la pérdida de conmutación es grande y la interferencia máxima es fuerte. Los picos de alto voltaje causados ​​por la inductancia de fuga del transformador y las grandes tasas de cambio de corriente no solo dañan fácilmente los tubos de alimentación, sino que también producen una radiación electromagnética significativa, lo que reduce la confiabilidad y la eficiencia energética.

La frecuencia de la fuente de alimentación conmutada ha alcanzado la frecuencia de audio y es más simple y fácil lograr una salida de ondulación baja mediante el filtrado. Además, funciones como la estabilización del flujo y la estabilización del voltaje son más fáciles de implementar.

1.3 Equipos de suministro de energía por impulsos

Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología de la electrónica de potencia, los rectificadores de galvanoplastia están evolucionando desde una función única hasta una multifunción. Dado que la fuente de alimentación de impulsos está controlada principalmente por una computadora integrada de un solo chip, generalmente tiene una variedad de funciones de control además de la salida de impulsos.

1.3.1． Estabilización automática de flujo y voltaje. La corriente o el voltaje del rectificador de silicio tradicional no se puede estabilizar automáticamente y fluctúa con la fluctuación del voltaje de la red. La fuente de alimentación por impulsos tiene una función de ajuste automático de alta precisión. Por ejemplo, cuando el voltaje trifásico de la red eléctrica fluctúa en cientos de voltios, el voltaje de salida de la fuente de alimentación por impulsos puede permanecer casi sin cambios. La función de ajuste automático de la fuente de alimentación por impulsos generalmente tiene dos modos:

Primero, modo de limitación de voltaje y corriente constante. Cuando cambian los parámetros del proceso de galvanoplastia, como el área de la pieza, la temperatura, la concentración, el pH y otras condiciones del proceso, la corriente del rectificador convencional fluctuará. En el modo de corriente constante, la corriente de salida es automáticamente constante y no cambia en el valor establecido. Esto resulta útil cuando se requiere un cálculo preciso del espesor del cromo duro. El propósito de la función de limitación de voltaje cuando se utiliza el modo de corriente constante es proteger el equipo contra quemaduras.

Segundo modo de limitación de corriente de tensión constante. Cuando los parámetros del proceso de galvanoplastia cambian, el voltaje de salida permanece automáticamente constante en el valor establecido sin cambiar. Este modo de cromado duro no se usa comúnmente, pero es muy útil para colorear óxido de aluminio.

1.3.2 Modo de funcionamiento multietapa. Cuando se anodiza aluminio o se croma duro, a menudo se requieren operaciones como electrólisis inversa, grandes sobretensiones de corriente y transmisión de potencia por pasos. Las fuentes de alimentación tradicionales sólo se pueden lograr manualmente. La fuente de alimentación de impulsos con modo de operación de múltiples etapas solo necesita configurarse con anticipación y se puede ajustar automáticamente en secuencia durante la producción. Esta característica es muy útil para el cromado duro. La fuente de alimentación de impulsos doméstica ha logrado un funcionamiento de tres etapas y cada período se puede ajustar en un plazo de 0 a 255 segundos.

1.3.3 Función de pulso bidireccional. Las frecuencias de pulso positivas y negativas, los ciclos de trabajo y los tiempos de salida de avance y retroceso se pueden ajustar de forma independiente, lo que lo hace flexible y cómodo de usar. Con el proceso de cromado duro se pueden obtener recubrimientos con diferentes propiedades físicas.

1.3.4 Función de superposición DC. Mientras genera corrientes de pulso directas e inversas, la misma fuente de alimentación se superpone y genera un componente de CC puro, lo que amplía aún más el alcance y el propósito de la fuente de alimentación de pulso.

En los últimos años, la tecnología doméstica de suministro de energía de pulso multifunción ha madurado, con indicadores como la verticalidad de la forma de onda del pulso, la suavidad de la forma de onda, la estabilidad y la antiinterferencia alcanzando o incluso superando niveles extranjeros.

La forma de onda de la fuente de alimentación de CC tiene un impacto destacado en la calidad del revestimiento. Por ejemplo, el ancho de pulso fijo de alta frecuencia y la fuente de alimentación de pulso de corriente constante/voltaje estabilizado de alta frecuencia producirán efectos especiales durante el revestimiento. no se puede lograr mediante un revestimiento de fuente de alimentación de CC ordinaria. Algunos fenómenos no se pueden explicar mediante la teoría electroquímica convencional. El impacto de las formas de onda de CC en la deposición de galvanoplastia es difícil de predecir teóricamente y sólo puede compararse mediante una gran cantidad de experimentos para descartar las formas de onda apropiadas.

En los últimos años, las nuevas tecnologías de conversión de voltaje cero (zvT) y conversión de corriente cero (ZCT), o tecnología de "conmutación suave", combinan las ventajas de la conmutación PWM y la tecnología de conversión resonante: ambas tiene transmisión de potencia eficiente de onda cuadrada de pulso y control de frecuencia constante para facilitar la optimización de parámetros, y también tiene las características de baja pérdida y conversión de voltaje cero de la tecnología de resonancia. Esta tecnología de "conmutación cero" aprovecha al máximo la resonancia entre la inductancia de fuga del transformador y la capacitancia de la unión de salida del tubo de alimentación para producir condiciones que satisfagan el encendido de voltaje cero y el corte de corriente cero cuando el tubo del interruptor está. Cuando se enciende, el voltaje es cero y cuando el tubo del interruptor está apagado, la corriente que fluye a través del tubo del interruptor es cero. Por lo tanto, el voltaje de conmutación, la tensión de corriente y la interferencia de picos del tubo de alimentación se reducen considerablemente, se reduce el consumo de energía y se mejora significativamente la eficiencia de conmutación.