1.1 电源

  电源是将其他形式能量转换成电能的装置。如发电机将机械能转换为电能,电池或蓄电池将化学能转换为电能,光电池将光能转换为电能。电镀用直流电源并非真正意义的电源,而是指提供电镀所需直流电流的装置。

1.2 电流

  在电源作用下,导体中电荷的定向运动会形成电流。在固体导体(称为第一类导体)中,原先处于无规则运动的自由电子在电源作用下从低电位处向高电位处作定向运动,形成电流。在电解质溶液或熔融电解质(称为第二类导体)中,正负离子在电源作用下作定向运动。很早以前,人们以为电流是正电荷的定向运动,因而将电流的方向规定为正电荷运动的方向。后来才认识到,在第一类导体中实际上是带负电荷的电子在作定向运动。但这一规定没有更改,故必须明确:电子运动方向与电流方向刚好相反。电镀电路中,电镀液是第二类导体,而外电路则是第一类导体,两类导体与直流电源共同组成电流的闭合回路。在外电路中,直流电源产生的电场力作用不断地将电子强行从阳极抽走,通过电源送到阴极。直流电源的电压越高,产生的电场力越大,对电子的“抽速”越大,因而电流越大。在第二类导体(电镀液)中,正离子从阳极向阴极流动,而负离子从阴极向阳极运动。

1.3 直流电与交流电

  大小和方向都不变的电流称为直流电,简称直流;大小和方向按一定规律交替变化的电流称为交变电流,简称交流。严格意义上的直流电波形应为一条与时间坐标轴平行的直线(见图1),即指纯直流电。只有电池或蓄电池能提供出这种纯直流。电镀电源提供的直流电达不到纯直流水平,其中总有些大小变化的成分,实际上只保证电流方向不变化。电网供应的市电则是大小与方向按数学上正弦规律交替变化的交流电。这一变化规律由交流发电机的构造所决定。
  纯直流电不能由变压器来改变电压的大小,即它通不过变压器。只有交流电才可以通过变压器来改变电压的大小。在供电系统中,先用变压器将交流发电机发出的电压提升为高压电(10万伏以上)进行输电,在供给用户使用前,再用变压器将电压降低为规定值供用户使用。之所以采用高压输电,是因为输送同样多的电功率时,电压越高,电流越小。在输电线路电阻一定的情况下,输电线路上的发热损耗按电流大小的平方成比例下降,即输电电压越高,电流越小,输电线路上的热损失越小。

1.4 整流

  将交流电转换为直流电的过程叫整流。整流是利用半导体的单向导电作用来完成的。在整流时,采用不同结构的变压器及不同形式的半导体元件组合方式,可以有不同的整流程式。对单相交流电整流的,称为单相整流器,它可以是半波整流、全波整流或桥式整流;对三相交流电整流的,称为三相整流器,它可以是三相半波、三相全波、三相桥式、六相半波、带平衡电抗器的六相双向反星形整流、五柱芯变压器的十二相整流,等等。不同整流程式整流出来的直流波形不一样,对整流半导体元件的要求不一样,整流效率也不一样(整流过程中的功率损失不一样)。
  在变压器的输入端(原边)进行整流后,再变成低压直流的,称为原边整流。先将电压经变压器降压后,在变压器降压后的输出端(付边)再整流的,称为付边整流。原边高压整流时,半导体元件承受的电流小,但要求整流元件耐压高;付边整流则刚好相反。

1.5 调压

  调整输出直流电压大小的过程叫调压。对于市电输入电压,可以通过自耦式调压器(接触式带碳刷的)或感应式调压器连续调压来改变交流变压器原边电压来调压,也可以通过改变低压直流波形来改变输出平均电压的方法来调压。

1.6 直流纹波系数

  由于整流后的直流电不可能是纯直流,其中总存在交流成分,为了比较直流中交流成分的多少,引进了“直流纹波系数”的概念。它是指非纯直流的直流电中交流成分占总直流的百分比。纹波系数越小,交流成分越少。一般将纹波系数小于5%的直流称为低纹波直流。

1.7 滤波

  将非纯直流电中的交流成分去掉或转化为直流成分,从而降低直流纹波系数的过程称为滤波。在直流电输出的正、负极间并接大容量电容器的方法叫电容滤波。单纯的电容滤波只适于功率很小的整流电源在输出直流电路中串接一个大电感量的电感器(又叫平波电抗器)进行滤波,则称为电感滤波。大电流必须采用电感滤波才行。若在电感器的输入与输出两端均再采用电容滤波,则成为π型滤波,其效果更好。

1.8 整流效率

  整流器中存在的许多发热器件及耗能器件,会消耗部分输入的交流功率,使直流输出功率小于交流输入功率。整流效率则是输出直流功率与输入交流功率之比(以百分数表示)。整流效率小于100%,其值越大,说明整流器自身耗电越少,性能越好。
  由于整流器内器件的发热,不但耗电、降低整流效率,而且器件温升过大时易损坏或缩短使用寿命,因此要对整流器采用降温措施,如风冷、水冷、油冷、油浸加水冷等。风冷较为简单,但风扇不断鼓入或吸入电镀车间的腐蚀性空气,易腐蚀整流器的元器件,故障率高。水冷或油浸加水冷可做到整流器全密封而具有好的防腐能力,且比风冷效果好,宜提倡。但要接进水和出水。出水可用于电镀清洗水或收集冷却后循环使用。

1.9 平均电压与平均电流

  将不同输出波形的导电部分面积加起来再作平均计算,则得到平均电压或平均电流。整流器电压表或电流表反映的都是平均值。某一吋刻的实际电压只能用示波器进行测定。

1.10 有效值

  实际起作用的是电流的有效值。有效值不好测定,特定波型的可以计算。一般只能凭电镀效果来判断有效值在平均值中所占的比例。譬如,可控硅整流后不经滤波,输出的是切割正弦波。此时,输出平均电流越小,则有效值与平均值的比值越大。对于相同峰值电流的方波脉冲电流而言,方波的占空比(见7.2.1)越小,有效值与平均值之比越大。