Фазлутдинов К.К.

12.12.2019 (обновленно 15.12.2019)

9814 просмотров

Выпрямители для гальваники

Содержание:

1. Введение.
2. Функционал выпрямителей.
3. Выпрямители с неплавной регулировкой тока.
4. Выпрямители серии ВАКГ.
5. Выпрямители серии ВАК и ВАКР.
6. Выпрямители серии ТЕ и ТВ.
7. Импульсные (инверторные) выпрямители.

1. Введение.

Выбор источника питания для гальванической ванны - одна из важнейших задач при проектировании гальванической линии.

Как известно, в промышленной сети ток изначально является переменным. Гальванические же процессы обычно идут на постоянном токе. Задача выпрямителя - преобразовать переменный ток большого напряжения и малой силы в постоянный ток большой силы и малого напряжения. Т.е обязательный конструктивный элемент любого выпрямителя - трансформатор.

В гальванике, как правило, происходит преобразование напряжения 220-380В в 6-12В, за исключением хромирования и анодирования, где иногда реализуются бОльшие значения напряжения на ванне. Максимальная величина выходного тока и напряжения — одни из главных параметров выпрямителя.

Если выпрямленный ток будет иметь несанкционированные пульсации, то это может крайне негативно сказаться на качестве покрытий. Поэтому еще одной значимой характеристикой будет коэффициент пульсации выпрямленного тока. Например, при хромировании заметное снижение блеска начинается при коэффициенте пульсации 20-25%, при пульсации 40% покрытие становится матовым, а затем матово - серым; твердость и износостойкость покрытия начинает снижаться при коэффициенте пульсации 20-25%.

И, наконец, как и у любой электрической машины, выпрямители различаются по КПД.

Кстати, источниками питания гальванических ванн могут быть не только выпрямители, но и электромашинные генераторы. Генератор состоит из шунтовой динамомашины постоянного тока и трехфазного элеткромотора, установленных на общем основании.  Данные приборы сегодня являются крайне архаичными, практически нигде не выпускаются и в современной гальванике почти не применяются. 

2. Функционал выпрямителей.

Выпрямитель для гальваники должен обладать определенными функциями.

Основные функции:

1. Выдавать максимально сглаженный постоянный ток без пульсаций;
2. Иметь плавную регулировку тока (за исключением случая, когда процесс ведется всегда на одном и том же токе, что в практической гальванике встречается крайне редко);
3. Обладать возможностью стабилизации и поддержания постоянного значения заданного тока;
4. Иметь защиту от перегрева;
5. Иметь защиту от замыкания катода и анода;
6. Иметь защиту от замыкания  на корпус;
7. Иметь защиту от перегрузок;

Дополнительные функции:

1. Иметь возможность задавать ток по определенной функции;
2. Иметь возможность работы с нестационарным током (реверсировать ток, делать его импульсным и т.п.);
3. Иметь встроенный счетчик ампер-часов;
4. Включать и выключать ток по таймеру.
   
   Желательно, чтобы при всем этом выпрямитель имел минимальные габариты и вес. Кроме этого, современная тенденция показывает путь к модульным выпрямителям, набранным из блока управления и силовых блоков. Данная конструкция хороша тем, что можно увеличивать или уменьшать допустимую мощность прибора добавлением/убавлением силовых блоков, а также тем, что при выходе одного блока из строя остальные будут продолжать работать и в целом прибор останется на ходу.
   
   Далеко не сразу выпрямители прошли эволюционный путь к приборам, обладающим всеми данными функциями. Одной из важных задач, которую нужно было решить, являлась плавность регулировки тока. Первоначально регулировку вообще выполняли набором реостатов, что резко снижало КПД прибора при работе на малых токах. 

3. Выпрямители с неплавной регулировкой тока.

Для выпрямления тока в первых выпрямителях до 1969 г. применялся диодный мост с медно-закисными диодами (купроксные выпрямители) (рисунок 1).

В cтарых гальванических цехах иногда эксплуатируются селеновые выпрямители ВС, ВСА, ВСГ, ВСМР с воздушным и масляным охлаждением, номинальным напряжением 3,5/4,5/6/12В и силой тока 100/200/300/600/1000/1200/2000/2500/5000 А. Данные агрегаты имеют общий недостаток - отсутствие плавной регулировки напряжения и плотности тока. 

Рисунок 1 — Внешний вид селенового выпрямителя ВСА-3М

Регулировка выпрямленного напряжения осуществляется путем изменения напряжения, подаваемого к селеновому мосту при помощи регулятора с магнитным шунтом. Шунт передвигается с помощью винтовой передачи.

После селеновых выпрямителей изготавливались германиевые выпрямители типа ВАГГ для напряжения 4,5/6/9/12В и силы тока 600/3000/6000А.

 4. Выпрямители серии ВАКГ.

Выпрямители серии ВАКГ базируются на кремниевых вентилях (рисунок 2). Регулировка напряжения производится дросселями насыщения ДН на напряжение 6/9/12/18 В и силу тока 320/630/1600/3200А. По сравнению с тиристорными агрегатами выпрямители ВАКГ имеют большую массу, габариты. Также они хуже регулируются.

Рисунок 2 — Выпрямители ВАКГ в рабочем цехе гальванических покрытий

 5. Выпрямители серии ВАК и ВАКР.

ВАК - (В) выпрямитель (А) автоматизированный (К) на кремниевых вентилях.

Выпрямители ВАК были широко распространены в цехах гальванических покрытий в СССР. До сих пор есть заводы, где эти приборы исправно работают. Благодаря использованию тиристоров агрегаты обладают плавным регулированием  выпрямленного напряжения до 6/12/9/18/24/48 В и автоматической стабилизацией выпрямленного напряжения и тока до 100/320/630/1600/3200/6300/12500/25000 А. Точность стабилизации составляет +/- 5%.

Внешний вид агрегата аналогичен ВАКГ. 

6. Выпрямители серии ТЕ и ТВ.

Выпрямители ТЕ и ТВ - усовершенствованные модели выпрямителей ВАК. Данные приборы используют сильноточные тиристоры на низкоомном кремнии и микросхемы. Обозначение выпрямителей зависит от способа охлаждения и дополнительных режимов тока. Так, естественное тиристоров охлаждение обозначается Е, водяное - В, реверсирование тока - Р, а получение на выходе импульсного тока - И.

Технические характеристики выпрямителей были улучшены в сериях ТУ и ТВ. Точность стабилизации напряжения и тока повышена до +/- 3%, плотности тока до +/- 6%, снижена пульсация выпрямленного тока предусмотрено дистанционное и программное управление, повышен КПД, уменьшены габаритные размеры, унифицированы схемные и конструктивные решения, что улучшило их ремонтоспособность.

На рисунке 3 представлены вид снаружи и вид изнутри выпрямителя ТЕ-100. 

Рисунок 3 — Выпрямитель ТЕ-100 (внешняя панель)

Особым качеством выпрямителей серии ВАК и ТЕ/ТВ следует назвать их надежность и долговечность. Заявленный срок службы приборов составляет около 20 лет, однако многие агрегаты служат значительно больше, до сих пор работая в некоторых заводских гальванических цехах (вся их внутренность может быть полностью ржаво - зеленой от коррозии, но они будут продолжать работу). Кроме этого, они весьма ремонтопригодны.    

7. Импульсные (инверторные) выпрямители.

Импульсные выпрямители - самый современный на сегодняшний день тип выпрямителей (рисунок 4-8).

Основной принцип работы импульсных источников питания строился на выпрямлении сетевого напряжения с последующим преобразованием его в переменное высокочастотное напряжение прямоугольной формы, которое понижается трансформатором до нужных значений, выпрямляется и фильтруется (широтно - импульсная модуляция).

На данный момент это самый современный тип выпрямителей. Он производится в двух исполнениях - обычном (IP20) и пыле - влагозащищенном (IP33-IP65).

Если сравнить тиристорные и импульсные выпрямители, то сразу бросается в глаза отличие в размерах. Выпрямитель ТЕ-100 с параметрами 12В/100А весит 135 кг, аналогичный импульсный - не больше 5 кг. 

Следует отметить, что средняя гарантия производителей импульсных выпрямителей на свои приборы - 1 год, максимум - 2. Вспомним, что советские тиристорные выпрямители должны были служить не менее 20 лет.
Общим у современных выпрямителей является возможность плавной регулировки тока со стабилизацией.