基本介紹
- 中文名：電泳電源
- 類型：交流-直流-交流變換電路
- 整個過程：交流電網輸入、整流濾波、逆變
- 一：主電路
簡介,一,主電路,二,控制電路,三,檢測電路,四,輔助電源,開關控制穩壓原理,一,脈衝寬度調製,二,脈衝頻率調製,三,混合調製,開關電源的發展和趨勢,電泳電源的選擇,選擇依據,電源容量的計算,電泳電源性能簡介,
簡介
一,主電路
從交流電網輸入,直流輸出的全過程,包括:
1,輸入濾波器:其作用是將電網存在的雜波過濾,同時也阻礙本機產生的雜波反饋到公共電網.
2,整流與濾波:將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電,以供下一級變換.
3,逆變:將整流後的直流電變為高頻交流電,這是高頻開關電源的核心部分,頻率越高,體積,重量與輸出功率之比越小.
4,輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源.
二,控制電路
一方面從輸出端取樣,經與設定標準進行比較,然後去控制逆變器,改變其頻率或脈寬,達到輸出穩定,另一方面,根據測試電路提供的數據,經保護電路鑑別,提供控制電路對整機進行各種保護措施.
三,檢測電路
除了提供保護電路中正在運行中各種參數外,還提供各種顯示儀表數據.
四,輔助電源
提供所有單一電路的不同要求電源.
開關控制穩壓原理
開關K以一定的時間間隔重複地接通和斷開,在開關K接通時,輸入電源E通過開關K和濾波電路提供給負載RL,在整個開關接通期間,電源E向負載提供能量;當開關K斷開時,輸入電源E便中斷了能量的提供.可見,輸入電源向負載提供能量是斷續的,為使負載能得到連續的能量提供,開關穩壓電源必須要有一套儲能裝置,在開關接通時將一部份能量儲存起來,在開關斷開時,向負載釋放.圖中,由電感L,電容C2和二極體D組成的電路,就具有這種功能.電感L用以儲存能量,在開關斷開時,儲存在電感L中的能量通過二極體D釋放給負載,使負載得到連續而穩定的能量,因二極體D使負載電流連續不斷,所以稱為續流二極體.在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示:
EAB=TON/T*E
式中TON為開關每次接通的時間,T為開關通斷的工作周期(即開關接通時間TON和關斷時間TOFF之和).
由式可知,改變開關接通時間和工作周期的比例,AB間電壓的平均值也隨之改變,因此,隨著負載及輸入電源電壓的變化自動調整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變.改變接通時間TON和工作周期比例亦即改變脈衝的占空比,這種方法稱為"時間比率控制"(Time Ratio Control,縮寫為TRC).
按TRC控制原理,有三種方式:
一,脈衝寬度調製
(Pulse Width Modulation,縮寫為PWM)
開關周期恆定,通過改變脈衝寬度來改變占空比的方式.
二,脈衝頻率調製
(Pulse Frequency Modulation,縮寫為PFM)
導通脈衝寬度恆定,通過改變開關工作頻率來改變占空比的方式.
三,混合調製
導通脈衝寬度和開關工作頻率均不固定,彼此都能改變的方式,它是以上二種方式的混合.
開關電源的發展和趨勢
1955年美國羅耶(GH.Roger)發明的自激振盪推挽電晶體單變壓器直流變換器,是實現高頻轉換控制電路的開端,1957年美國查賽(Jen Sen)發明了自激式推挽雙變壓器,1964年美國科學家們提出取消工頻變壓器的串聯開關電源的構想,這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑.到了1969年由於大功率矽電晶體的耐壓提高,二極體反向恢復時間的縮短等元器件改善,終於做成了25千赫的開關電源.
目前,開關電源以小型,輕量和高效率的特點被廣泛套用於以電子計算機為主導的各種終端設備,通信設備等幾乎所有的電子設備,是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式.目前市場上出售的開關電源中採用雙極性電晶體製成的100kHz,用MOS-FET製成的500kHz電源,雖已實用化,但其頻率有待進一步提高.要提高開關頻率,就要減少開關損耗,而要減少開關損耗,就需要有高速開關元器件.然而,開關速度提高后,會受電路中分布電感和電容或二極體中存儲電荷的影響而產生浪涌或噪聲.這樣,不僅會影響周圍電子設備,還會大大降低電源本身的可靠性.其中,為防止隨開關啟-閉所發生的電壓浪涌,可採用R-C或L-C緩衝器,而對由二極體存儲電荷所致的電流浪涌可採用非晶態等磁芯製成的磁緩衝器.不過,對1MHz以上的高頻,要採用諧振電路,以使開關上的電壓或通過開關的電流呈正弦波,這樣既可減少開關損耗,同時也可控制浪涌的發生.這種開關方式稱為諧振式開關.目前對這種開關電源的研究很活躍,因為採用這種方式不需要大幅度提高開關速度就可以在理論上把開關損耗降到零,而且噪聲也小,可望成為開關電源高頻化的一種主要方式.當前,世界上許多國家都在致力於數兆Hz的變換器的實用化研究.
電泳電源的選擇
電泳電源是電泳塗裝設備中關鍵的配套設備，適當選擇電泳電源的容量，可明顯提高電泳塗裝設備的性價比。所以在設計電泳塗裝設備工作中，電泳電源的選擇顯得格外重要。下面就電泳電源的選擇進行簡要的說明，希望大家都有正確選擇電泳電源
電泳塗裝是將被塗物(工件)浸漬在水性塗料中作為一個電極(陽極或陰極)，另設一個與之相對應的電極(陰極或陽極)，在兩極之間施加一直流電場，靠電場所產生的物理化學作用，使塗料粒子均勻地塗布在工件表面上的塗裝方法。這是一種先進的、現代的塗裝新技術。
依據電泳塗裝的工作原理，電泳電源即直流電源，是電泳塗裝設備中關鍵的配套設備，沒有直流電源就談不上電泳。適當選擇直流電源的容量，可明顯提高電泳塗裝設備的性價比。如果電源容量選擇過大，會提高設備的製造成本，提高設備的裝機功率，造成浪費。反之，則使整條生產線得不到充分利用，生產效率無法提高。如有大件需上線塗裝，電泳電流過大，造成直流電源過流保護，不能正常生產。所以在設計電泳塗裝設備工作中，直流電源的選擇顯得格外重要。
選擇依據
直流電源的主要特性和參數要完全滿足電泳塗裝的工藝要求。主要依據以下幾個方面：
1).電泳漆的固有特性；
a、電泳漆的“破壞電壓”；b 、電泳漆的“臨界電壓”；c 、電泳漆的“庫侖效率”。
2).被塗裝工件的表面積(內外表面積之和)；
3).工件材質及工件外形的複雜程度。
電源容量的計算
電泳電源的容量根據電泳的電壓和電流進行選擇，電壓的高低主要取決於電泳的類型，適當考慮工件情況。
2.1 電壓的確定：
電泳電源的額定電壓應滿足電泳漆施工電壓要求，應小於電泳漆“破壞電壓”，而大於電泳漆的“臨界電壓”。
對於陰極電泳，電泳過程中，工件作為陰極的叫做陰極電泳，反之，則稱為陽極電泳。陰極電泳施工電壓一般在200－350V之間，而對於陽極電泳(低壓型)施工電壓在50－100V之間，高壓型陽極電泳漆施工電壓在150－250V之間。總之，用戶選用的電泳漆類型一但確定，則電泳電源的電壓指標即可確定2.2 電泳電流的計算；
依據“庫侖效率”的定義，要塗上一定重量的膜，必須要消耗一定量的電量。 假設要求工件上的塗膜重量為p，則p=sδγ式中：q——電泳漆的“庫侖效率”(mg/c)；
[註：“庫侖效率”為電泳漆的固有特性，表征每消耗1庫侖電量泳塗到工件表面的膜的重量]
s——被塗工件的表面積(m2)；[註：有效時間內槽內被塗工件表面積之和]
δ——塗膜厚度（μm）；
γ——電泳漆膜的乾膜比重（g/cm3）。
據電泳塗裝的工作方式（槽浸式、連續式）及通電方式(帶電入槽、入槽後通電)不同，電泳電流的計算方法略有不同。
2.2.1 連續通電入槽情況
由於工件是連續通電入槽，因此工件出入電泳槽的面積可以認為是相等的，所以電泳電流是均勻的，其電流強度可以按下式計算：式中：I——電泳時的電流強度A；
fs——按塗漆面積計算的生產率m2/h；
δ——電泳塗層厚度μm；
γ——電泳漆的乾膜比重g/cm3 (一般的陰極電泳漆為1.3～1.4 g/cm3 )；
q ——電泳漆的庫侖效率mg/c(一般的陰極電泳漆為20～30 mg/c，陽極電泳漆為10～20 mg/c)。
2.2.2 單個工件入槽後通電清況
時間內，只有一個工件或一掛進行電泳的情況，其平均電流按下式
式中：Iep——平均電流強度(A)；
F1——每掛工件的塗裝面積(m2) ；
t1——電泳時間(s)；
最大電流強度Imax=K0Iep (K0無量綱。一般取K0<4；軟起動時K0≤2)；
單個工件電泳時，電流與時間的關係如下圖所示：
如果單個工件電泳時採用帶電入槽方式，可不考慮最大電流。由於這種情況下，電泳面積是從0開始逐漸增加的，因此，電泳電流也是平穩增加，不會產生衝擊電流。
2.2.3 多個工件連續入槽後通電情況。
這種情況是指在工件連續入槽後通電進行電泳時，在有效時間內有一個(一掛)以上的工件在同時進行電泳。
平均電流可按2.2公式計算
總電流強度：由於在連續入槽通電的情況下，漆膜完全形成後，工件成近似絕緣體，所以在有效時間內其電流強度可以看成與電泳時間呈線性關係，第一掛電流最大，最後一掛電流為0，如下圖所
總電流強度按下式計算：
式中：n——在有效時間內進行電泳的掛件數， n≥2；
I1——第一掛的電泳電流強度(最大電流)
S1——第一掛的電泳塗漆面積(m2)；
In=0。
依據電泳漆的施工電壓和電泳電流的計算結果（取最大電流和總電流值），即可選定直流電源的容量。一般地電源的額定電壓大於施工電壓，小於電泳漆的破壞電壓。
電泳電源性能簡介
基本原理：三相交流電源經整流變壓器形成電壓有效值相等，電氣上隔離，但有30°相位差的兩組三相電源送到兩組三相全控橋，經平衡電抗器實現12脈波整流，當電網頻率為50HZ時，輸出電壓的脈動頻率為600HZ ，經濾波後使直流輸出的紋波指標達到電泳塗裝工藝的要求。
主要技術性能：
a.輸出電壓調節範圍 DV——額定輸出直流電壓；
b.穩壓精度：當輸出電流為10～100%額定值，輸出電壓為50～100%時，穩壓精度為1%；
c.紋波係數：當輸出電壓為50～100%額定值，輸出電流為20～100%額定值時，紋波係數不大於7.5～1%；
d.輸出電壓上升率：輸出電壓值由0上升到額定值的時間可在5－30秒內隨意整定；
e.自動降低電壓控制功能；
f.具有軟啟動，軟停止功能；
g.輸出電壓可分段運行，每段電壓、時間可按工藝要求設定。
4、電泳電源選擇舉例
某廠陰極電泳塗裝生產線：
1).被塗工件表面積：60m2；
2).要求電泳塗膜厚度：外表面22μm，內表面18μm；
3).選用PPG公司陰極電泳漆，牌號P648-576E；
4).步進輸送，單件入槽後通電方式。
查PPG公司產牌號P648-576E型陰極電泳漆有關參數如下：
施工電壓：150～400V
庫侖效率：2.5A/m2.min.μm (約合25mg/c)
乾膜比重：1.3g/cm3
綜合考慮確定電泳工藝時間為180s
工藝要求步進輸送，單件入槽後通電方式，因此電泳電流可按（2.2）式計算：
最大電流： Imax=K0Iep K0取1.2
所以Imax=1.2Iep=416(A)
要求：額定電壓：400V
額定電流：500A
分兩段加壓，軟起動、軟停止最低電壓(保護電壓)控制20V
其餘要求同(3)
