主題詞：電力半導(dǎo)體整流電源現(xiàn)狀發(fā)展方向

      我國電力半導(dǎo)體器件的開發(fā)應(yīng)用始于六十年代，由于電力半導(dǎo)體器件具有能量消耗低、可靠性高、容易實(shí)現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點(diǎn)，成為變流技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，得到了飛速發(fā)展。電力半導(dǎo)體器件被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域的整流、變頻、逆變、調(diào)壓等裝備，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要支柱之一，也是電力電子整流電源發(fā)展的基礎(chǔ)。

      金屬表面處理用電力半導(dǎo)體整流電源的品種較多，應(yīng)用的行業(yè)有電鍍、鋁合金型材表面氧化、噴涂加工電子鋁箔腐蝕和化成、電泳涂漆和表面氮化等。不同的行業(yè)使用的直流電源技術(shù)性能是不一樣的，有些行業(yè)要求使用電壓高達(dá)千伏，有的只有二伏;不少行業(yè)對直流紋波系數(shù)有嚴(yán)格的要求，例如：某些軍工裝備配件和耐磨性工件、電子鋁箔腐蝕、化成等都對直流電源的紋波是有嚴(yán)格的要求;至于輸出電流要求也相差懸殊，有的高達(dá)幾萬安培(例如：武漢鋼鐵公司電鍍分廠使用了20KA的電鍍電源)。隨著電力半導(dǎo)體器件品種和技術(shù)水平的不斷提高，花都噴涂加工在金屬表面處理行業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。

      一、鋁合金陽極氧化、電鍍電源

      長期以來，人們對金屬表面處理過程，比較注重工藝技術(shù)、添加劑等方面的改進(jìn)和提高，噴涂加工與表面處理相關(guān)的電源的性能和作用往往放在次要方面。金屬表面形成和性能不僅與其工藝配方、添加劑有密切的關(guān)系，而且與電源技術(shù)水平息息相關(guān)，是工藝與設(shè)備配合的結(jié)果。隨著我國鋁加工、金屬電鍍、電泳涂裝等行業(yè)的不斷發(fā)展，一花都噴涂加工個年銷售額超過200億人民幣的鋁型材行業(yè)及年超過6億平方米電鍍面積的電鍍工業(yè)已經(jīng)形成，該類電力整流電源的需求量是有相當(dāng)可觀的。

      鋁合金陽極氧化、電鍍電源主要特點(diǎn)是：電流大、電壓低、功能較為簡單及使用環(huán)境相對較差。八十年代引進(jìn)的電源設(shè)備有共同的特點(diǎn)，就是電源的形式采用可控硅整流?？煽毓枵麟娫淳哂泄?jié)約能源、控制先進(jìn)等特點(diǎn)。引進(jìn)的電源設(shè)備各有特色，意大利、西德的氧化電源多為脈沖整流方式，日本、美國采用普通整流方式。在冷卻設(shè)計方面，西德、美國的氧化電源以水冷為主，主變壓器和匯流母排都設(shè)置了水冷管道，設(shè)備的密封性較好。日本、意大利卻以風(fēng)冷設(shè)計，主變壓器和整流元件采用風(fēng)冷，控制線路有良好的隔離密封，主變壓器經(jīng)過嚴(yán)格的絕緣密封處理，抗腐蝕性能好。以上產(chǎn)品使用中各有千秋，總體來說使用性能良好，可靠性高。而臺灣產(chǎn)的氧化電源主要用油冷方式，主變壓器甚至硅元件也浸在絕緣油中，整體密封性好?；ǘ紘娡考庸た刂凭€路是日本產(chǎn)品的復(fù)制品，元器件多為進(jìn)口。由于產(chǎn)品設(shè)計的缺陷，使用中的缺點(diǎn)、故障較多。

      八十年代初我國整流器行業(yè)受到大功率半道體制造水平及一貫設(shè)計規(guī)范的制約，噴涂加工還處于發(fā)展較慢、技術(shù)水平落后階段。采用可控硅形式的整流設(shè)備較少。八十年代后期，國家機(jī)械工業(yè)部對表面處理電源專門列項(xiàng)進(jìn)行研究、公關(guān)。廣州電器科學(xué)研究所作為承擔(dān)單位之一，通過了解引進(jìn)電源在國內(nèi)的使用情況，主要解剖學(xué)習(xí)日本(例如三社、千代田等)風(fēng)冷式可控硅整流氧化電源。在研制過程中主要突破了多方面的技術(shù)的問題：

    (1)主變壓器形式：氧化、電鍍電源的關(guān)鍵部分是主變壓器，廣州噴涂加工其功率大、重量占整臺設(shè)備重量百分之五十以上，也是節(jié)能的關(guān)鍵。研究解決主變壓器結(jié)構(gòu)形式是設(shè)計的難點(diǎn)。國外很早研究節(jié)能型、特殊結(jié)構(gòu)整流變壓器，特別是日本生產(chǎn)的大小功率的表面處理電源，采用三相五芯柱風(fēng)冷、節(jié)能和特殊結(jié)構(gòu)的變壓器技術(shù)相當(dāng)普遍。國內(nèi)首先突破特殊變壓器的理論計算、采用國產(chǎn)材料制造的工藝控制，同時改進(jìn)了繞組方式，用小并聯(lián)、多繞組有效地解決了大電流氧化電源的整流元件均流技術(shù)，為全風(fēng)冷結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了條件。

    (2)整流形式選擇：全風(fēng)冷式結(jié)構(gòu)受到大功率半道體元件風(fēng)冷散熱器極限的限制，決定了整流元件必須小容量并聯(lián)。由于國外半道體功率器件的生產(chǎn)技術(shù)、工藝條件比國內(nèi)優(yōu)越，產(chǎn)品的一致性好，因此采用電流容量更小的螺旋式二極管多個并聯(lián)，均流系數(shù)仍然很高，國內(nèi)卻難于采用這種形式。因此，主變壓器多繞組均流和平板型硅元件安裝專用散熱器小并聯(lián)技術(shù)，成功地解決了大電流氧化電源采用全風(fēng)冷形式的難題。

    (3)控制電路：整流電源的控制電路是設(shè)備的“靈魂”。廣州噴涂加工控制電路的先進(jìn)性、可靠性和操作性直接影響電源的性能。國內(nèi)一貫采用的控制電路結(jié)構(gòu)、安裝方式及控制性能等已不適用于整流電源的需要。為了迅速提高電源的控制電路的技術(shù)水平、減少重復(fù)研究，通過消化、吸收和改進(jìn)進(jìn)口電源控制性能，大大提高了控制線路的控制性能和可靠性。廣州噴涂加工集成電路的技術(shù)應(yīng)用，大大簡化了控制線路板的結(jié)構(gòu)，整臺設(shè)備所有控制功能集中在一塊電路板上，電路板的互換性好，維修極為方便。目前國產(chǎn)可控硅整流設(shè)備控制電路采用的幾乎是國外(大多是日本的)八十年代普遍采用的模擬控制電路的翻版。大大提高了國內(nèi)電源的整體水平。

    (4)防腐技術(shù)：由于主變壓器為風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，空氣中腐蝕性氣體高速流過主變壓器時腐蝕性加強(qiáng)。采用常規(guī)變壓器難于實(shí)現(xiàn)防腐，必須對主變壓器采取真空浸漆的特殊方式，即使有腐蝕性介質(zhì)吸附在變壓器表面，也不可能對變壓器產(chǎn)生腐