[關鍵詞]： 電鍍用定脈寬開關電源 低紋波整流電源
1 前言
電鍍產品的質量除了與電鍍工藝、添加劑、工人操作水平等有關外，還與電鍍設備有相當重要關系。最基本的電鍍設備----電鍍電源，其整流器方式與直流脈動大小對某些鍍種有著十分重要的影響。
直流電源波形對電鍍質量有突出的影響，例如：高頻率定脈寬高頻穩壓/穩流脈沖電源電鍍時會產生特殊效應，這也是普通直流電源電鍍無法達到的效果，有些現象還不能用常規電化學理論來加以解釋。而直流波形對電鍍沉積的影響目前還難以從理論上進行預測，只能通過大量的試驗來作相對比較，篩選出適宜的波形。
本文僅就定脈寬高頻穩壓/穩流脈沖電源和低紋波系數整流電源在電鍍行業中的應用所取得的一些經驗和教訓加以介紹，以期讓電鍍界同仁在選擇整流電源、解決電鍍故障、提高電鍍質量方面引起足夠重視。
2 低紋波整流電源
從三相四線交流供電通過各種整流器獲得的是脈動直流電，不是純直流，或多或少地含有交流成分。為了比較脈動成份的多少，可用紋波系數來表示，其含義為交流成份在直流成分中占的百分比，其數值越小，交流成份越少，越接近純直流。
目前，低紋波系數整流電源中輸出紋波系數的大小尚無統一規定，一般認為紋波系數小于5%的整流電源可稱為低紋波電源。
3 獲得低紋波的途徑
整流器輸出直流的紋波大小與整流程式有關，而要獲得低紋波輸出，則必須采用濾波或其它特殊措施。
3.1 普通硅整流器
采用調壓器調壓，50~60Hz工頻變壓器降壓的普通硅整流器，其紋波系數都較大，其由大到小的次序為：單向半波整流﹥單相全波(雙半波或橋式)整流﹥三相半波整流﹥三相全波橋式整流或帶平衡電抗器的六相雙反星形整流。
硅整流器一般未采用濾波措施，除用調壓器調壓帶平衡電抗器的六相雙反星形硅整流器外，大都不可能獲得低紋波直流。因此，普通硅整流器不太可能實現自動控制，且穩定性差，電鍍質量很難控制和提高。
3.2 普通可控硅整流器
利用改變可控硅管導通角來調整輸出平均直流大小的普通可控硅整流器，可控硅管輸出的是間斷脈沖波，其紋波系數的影響因素較多：
(1) 可控硅的導通角越小，紋波越大;當可控硅全導通時，輸出波形與硅整流器相同。換言之，整流器的負荷率越低(大馬拉小車)，其輸出紋波系數越大。
(2) 整流方式影響輸出紋波，其規律與硅整流器一致，而相同整流方式的可控硅整流器比硅整流器紋波要大。
(3) 整流相數越多，紋波系數越小。為此，便出現了不少十二相整流的可控硅整流器，相對紋波系數就越小。
3.3 濾波
利用電容、電感貯能元件進行濾波，是將脈動直流轉變為較為平滑的直流的常用措施。
電容濾波，對工頻整流只適合于非常小功率的整流電源。例如輸出10A的單相全波整流器，要達到低紋波輸出，其濾波電容要達0.1F以上。隨著頻率的提高，所需電容量減小。高頻開關電源其頻率已達音頻，因而易采用電容濾波實現低紋波輸出。具有穩流穩壓功能的高頻開關定脈寬穩壓/穩流脈沖電源電源，其輸出紋波都較小，但有一類高頻開關電源其調壓方式類似可控硅整流器，不具穩流功能，其紋波則大。
采用三相五柱芯六相或十二相整流的可控硅整流器，再采用電感(平波電抗器)濾波，也能獲得低紋波或超低紋波輸出。與穩流穩壓的高頻開關電源相比，也具有一定的*性。例如：不采用積木式并聯輸出即可制成大功率整流器，對元器件的要求相對較低，控制線路較為簡單，維護維修較易，相對售價較低，因而也受到人們的歡迎。
3.4 特殊措施
當生產工藝需要低紋波直流輸出時，相應試驗(例如赫爾槽試驗)用電源，也應當采用定寬高頻穩壓穩流脈沖電源和低紋波直流電源。
大容量電容濾波，在開機瞬間，由于電容充電量大，會產生很大的浪涌電流，易損壞整流元件。對于工藝試驗而又要求低紋波輸出的單相小整流器，可采用特殊方法來獲得低紋波直流輸出。例如：
(1) 采用電容電感的π形濾波，但體積與重量較大，大電流輸出。
(2) 采用適量電容濾波，用普通雙極性大功率三極管，利用直流負反饋環節獲得低紋波輸出;但輸出電流不易做大，一般在50A/48V輸出以下。
(3) 電容濾波后利用具有恒流特性的低壓大功率場效應管(VMOS管)調整直流輸出，此法較為廉價且簡單，一般在100A/24V輸出以下。
(4)定脈寬高頻穩壓/穩流脈沖電源，貴金屬電鍍用較好，1500A/48V輸出以下。
4 采用低紋波電源的電鍍工藝
4.1 鍍鉻
鍍鉻必須采用低紋波直流電源，否則光亮范圍窄，鍍層易發花、發灰，這一點已為不少人認同，但實踐中仍有因對其認識不足，往往由于紋波系數過大影響套鉻質量而束手無策的事時有發生。
例1 某廠小件鍍裝飾鉻，覆蓋能力非常差，反復調整鍍液中硫酸與鉻酐的比值，仍無效。經現場查驗，采用1000A老式可控硅整流器且平均電流僅200A左右，負荷率很低，顯然輸出紋波系數太大。為驗證系電源問題，現場在電流電路中串接一只大功率調壓器線包作電感濾波，在輸出電壓低時，幾乎無直流輸出。臨時換接一臺雙反星形輸出的硅整流器，鍍鉻即轉為正常。
例2 某廠鍍鉻上午生產正常，下午即出現裝飾鉻局部發灰，無法生產，懷疑鍍液故障，反復加硫酸、碳酸鋇調整一兩天，均無法解決。分析原因，鍍液成分不可能突變，懷疑硅整流管有損壞造成波形殘缺而增大紋波。用鉗形電流表測定各整流管電流，發現斷路2支，更換新管后，故障消除。
例3 鍍鉻很少有人作赫爾槽試驗。當年在某地推廣CS稀土鍍鉻時，提供樣品作小試。有的單位在實驗室用單相小整流器作赫爾槽試驗，發現光亮范圍并不寬而持否定態度。筆者認為是實驗電源紋波系數太大造成，專門開發了用VMOS管控制的恒流試驗電源，再作試驗，證明稀土鍍鉻的確具有寬的光亮電流密度范圍，體現了“三高一低”的優點。
鍍鉻不允許中途斷電，否則鍍層立即發灰，其原因是鉻為極易鈍化的金屬，在斷電瞬間，已經鈍化，再通電后在鈍化的鉻上沉積的第二層鉻即為灰色。輸出紋波系數過大時，脈動部分的低谷處，也易造成鉻層或亮鎳層鈍化或者不能使已局部鈍化處活化(特別是低電流密度部位)。當亮鎳鍍液中糖精、含硫的低區走位劑過多時，鎳層更易鈍化，高紋波直流的活化作用差，亮鎳上套鉻時未活化部分會沉積不上鉻，或者使鉻層發灰、發黃、起彩(三價鉻不當時更易導致低電流密度區起彩)。
鍍微裂紋硬鉻，輸出紋波過大時，裂紋不細密且分布不均勻。
4.2 光亮酸性鍍銅
一般情況下，光亮鍍銅都有一個規律：從赫爾槽試片上看，陰極電流密度越大的地方，鍍層光亮整平性越好;電流密度越低，光亮整平性越差。試圖擴展低電流密度區光亮范圍，始終是電鍍工作者不斷追求的目標。這就要從光亮劑、工藝配方與工藝條件、設備等多方面入手。可以認為，光亮酸性鍍銅是迄今光亮整平性鍍種之一。但在實踐中，采用同樣的配方、工藝條件，使用相同的光亮劑，得到的光亮整平性與光亮范圍，卻可能出現較大差異。究其原因，與所用直流電源輸出紋波系數大小有很大關系。具有關資料，二十多年前，國內在開發MN系列光亮酸性鍍銅添加劑時，即對采用不同整流程式的，也即具有不同紋波系數的直流電源所得鍍層光亮范圍作過系統試驗，結論很明確：輸出紋波系數越小，鍍層光亮整平性越好，光亮電流密度范圍越寬。事實上，紋波小時，光亮劑的用量也會越小。遺憾的是，時至今日，問及許多電鍍廠點工藝技術人員，對此都感到陌生，并未引起重視。為此次提醒在光亮酸性鍍銅時，一定要采用定脈寬高頻穩壓/穩流脈沖電源和低紋波系數直流電源，不可隨便選用電鍍用整流器。
另一方面，對這種現象的機理缺乏研究。推測光亮劑的吸附需要相對平穩的電極電位，即電極電位越平穩，光亮劑的吸附性越好，特別在低電流密度區，即陰極過電位低的地方，脈動直流產生的諧波更會降低光亮劑的吸附效果。另一個事實是，在直流電鍍時有效的添加劑，在脈沖電鍍時就不一定湊效或效能降低。因而脈沖電鍍的重要課題之一是開發相應波形下的專用添加劑。
4.3 半光亮和光亮鍍鎳
通常情況下，光亮鍍鎳對整流輸出紋波系數要求沒有鍍鉻和光亮酸性鍍銅那樣高，但也確實需要采用普通低紋波輸出直流電源，才能確保光亮鍍鎳層質量，且能保證后續套鉻的質量。有好多單位在做精品裝飾鍍時，都不同程度地出現過鍍亮鎳層時由電源引發質量問題的事例。原先使用的都是調壓器式六相雙反星形帶平衡電抗器的老式硅整流器，質量還可以，因老式機器操作控制比較麻煩、穩定性較差，后改用12V普通可控硅整流器，大電流使用時效果還可以，但在小電流輸出時就很不理想，鍍層出現發花、發灰等鈍化現象，使用18V普通可控硅電源，效果更差，致使后續套鉻頻頻出現質量問題，要指出的是，套鉻電源沒有問題。開始時只是在鍍鎳液和光亮劑上找原因，做試驗，一直不得其解，最后查到是否是電源引起，換用定脈寬高頻穩壓/穩流脈沖電源，問題一下子就解決了，效果一直很好，后續鍍鉻也一直不再發生類似質量問題。這里有二點需要特別予以重視，，仍然是普通可控硅電源額定輸出電壓電流與實際使用之間不能相差太大，致使輸出紋波太大。使用定脈寬高頻穩壓/穩流脈沖電源和低紋波輸出電源就不會出現以上問題。
4.4 硫酸鹽光亮酸性鍍錫
硫酸鹽光亮酸性鍍錫本身就是不易鍍好的鍍種，其原因是大生產中易引入雜質且不好處理(包括四價錫離子)、允許溫度范圍窄，目前光亮劑多數不理想，可供選擇的中間體遠不如鍍亮鎳的多，因而鍍層光亮范圍很不易調寬。
