一種消除電解銅箔表面處理機(jī)高頻開關(guān)電源渦流的電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種消除渦流的電路以及方法，尤其涉及一種消除電解銅箱表面處理 機(jī)高頻開關(guān)電源渦流的電路及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年，電解銅箱行業(yè)整流電源逐步以高頻開關(guān)電源替代可控硅電源，這種電源 最大的優(yōu)點(diǎn)就是效率高、節(jié)能效果好。但是高頻開關(guān)在使用中存在電磁干擾、諧波污染、渦 流等問題。一般對于電磁干擾常規(guī)采用輸入端加濾波器的方式進(jìn)行降低或消除，對于諧波 污染采取集中處理的方式減小或消除。但是對于渦流現(xiàn)象并沒有較好的處理方法。
[0003] 電解銅箱在表面處理的過程中使用的電源為高頻開關(guān)電源。電解銅箱后處理工藝 中卷筒的自動控制系統(tǒng)，有其固有的傳遞函數(shù)，存在復(fù)雜的零點(diǎn)和極點(diǎn)，與高頻開關(guān)電源組 成一個閉合的環(huán)路，就會產(chǎn)生高頻調(diào)制電流，由于導(dǎo)電輥為316L材料，但其軸承座為鐵材 料，所以這種高頻調(diào)制電流會在導(dǎo)電輥的軸承座中產(chǎn)生渦流。這種渦流用以上兩種方式均 無法消除。渦流的產(chǎn)生迅速把軸承座的溫度升高，極易燒壞軸承座損害設(shè)備。
[0004] 目前常規(guī)處理這一問題的方法是：一方面通過增加導(dǎo)電輥的冷卻水量，從外部對 導(dǎo)電輥降溫，從而帶走軸承座的溫度，對軸承座進(jìn)行冷卻處理，但該方法并不能徹底消除渦 流現(xiàn)象，同時使得處理機(jī)的體積變得龐大；另一方面，通過及時更換軸承座，避免因設(shè)備損 壞造成更多損失，但是該方式明顯增加生產(chǎn)維護(hù)的成本。由于這兩種方法均不能從根本上 消除渦流隱患，所以無法保證銅箱產(chǎn)品的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了克服上述問題，設(shè)計了一種新的電路，從電路參數(shù)的控制以及渦流的 吸收兩方面解決表面處理機(jī)導(dǎo)電輥軸承座發(fā)熱的問題，有效避免了渦流造成軸承座發(fā)熱損 壞的現(xiàn)象，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，進(jìn)而穩(wěn)定了銅箱產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0006] 本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)包括：供電直流電源，其輸出含有高頻紋波的電流，供電直流電 源輸出的電流通過外加的電感L和電容C組成的平波網(wǎng)絡(luò)，輸出到電解銅箱表面處理機(jī)的 集電環(huán)，其中直流電源包括三型誤差放大器和PWM開關(guān)整流器，電流經(jīng)過三型誤差放大器 放大后輸入到PWM開關(guān)整流器進(jìn)行電流平整調(diào)節(jié)，然后經(jīng)過上述平波網(wǎng)絡(luò)輸出到集電環(huán)用 于銅箱的后處理，其中平波網(wǎng)絡(luò)降低電流中包含的高頻電流紋波量。
[0007] 本發(fā)明的另一電路結(jié)構(gòu)，包括供電直流電源，其輸出含有高頻紋波的電流，該電流 通過電纜連接到電解銅箱表面處理機(jī)的集電環(huán)，直流電源包括三型誤差放大器，該三型誤 差放大器包括電容(：1、02、03，運(yùn)算放大器，電阻1?1、1?2、1?3，電容03與1?3串聯(lián)后與1?1并聯(lián) 輸入到運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端，電容Cl和電阻R2串聯(lián)后與C2并聯(lián)跨接到運(yùn)算放大器的負(fù) 輸入端和輸出端，其中電容C2為0. 22uF，該C2電容值使得該三型誤差放大器的初始極點(diǎn)和 第一極點(diǎn)頻率比電容C2為0.1 uF的三型誤差放大器下降一倍，由此PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速 度變慢，系統(tǒng)的超調(diào)量顯著減小，供電直流電源與大慣性的后處理卷繞控制系統(tǒng)的匹配更 穩(wěn)定。
[0008] 上述兩種電路結(jié)構(gòu)可以結(jié)合使用。上述電路通過降低高頻電流幅值和頻率，使電 解銅箱表面處理機(jī)的軸承溫升控制在15攝氏度范圍之內(nèi)。本發(fā)明通過改動直流電源的頻 率響應(yīng)來改善整個后處理系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性；而且在直流電源輸出處增加 LC網(wǎng)絡(luò)，使輸出 電流更加平滑，減少高頻電流分量，從而消除渦流現(xiàn)象。
[0009] 同時本發(fā)明還提供了一種消除渦流的方法，包括：通過過改變供電直流電源內(nèi)部 的三型誤差放大器的參數(shù)，將電容C2從0.1 uF改為0. 22uF，該C2電容值使得該三型誤差放 大器的初始極點(diǎn)和第一極點(diǎn)頻率比電容C2為0. 1的三型誤差放大器下降一倍。使PID調(diào) 節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，系統(tǒng)的超調(diào)量顯著減小，使供電直流電源與大慣性的后處理卷繞 控制系統(tǒng)的匹配更穩(wěn)定。
[0010] 通過在供電直流電源輸出處外接由外加的電感L和電容C組成的平波網(wǎng)絡(luò)，使輸 出電流更平滑，減少高頻電流分量。
[0011] 上述兩種方式可結(jié)合使用。該方法徹底消除了電解銅箱表面過程中的渦流現(xiàn)象， 有效的改善了渦流造成軸承座發(fā)熱損壞的問題，提高了銅箱產(chǎn)品的質(zhì)量。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的電解銅箱表面處理機(jī)高頻開關(guān)電源電路圖；
[0013] 圖2為包括LC平波網(wǎng)絡(luò)的電解銅箱表面處理機(jī)高頻開關(guān)電源電路圖。
【具體實施方式】
[0014] 在電解銅箱表面處理中，供電直流電源輸出含有高頻紋波的電流，通過電纜連接 到后處理設(shè)備的集電環(huán)。其中直流電源包括三型誤差放大器和PWM開關(guān)整流器，電流經(jīng)過 三型誤差放大器放大后輸入到PWM開關(guān)整流器進(jìn)行電流平整調(diào)節(jié)，然后輸出到集電環(huán)用于 銅箱的后處理。
[0015] 在使用過程中發(fā)現(xiàn)銅箱表面處理機(jī)的集電環(huán)軸承座發(fā)熱，溫升最高達(dá)100攝氏 度，是影響后處理線正常運(yùn)行的重要因素，分析原因如下：
[0016] 電解銅箱的后處理工藝中卷筒的自動控制系統(tǒng)，有其固有的傳遞函數(shù)，存在復(fù)雜 的零點(diǎn)和極點(diǎn)，與直流電源組成一個閉合的控制環(huán)路，某種情況會使得閉合環(huán)路不穩(wěn)定，導(dǎo) 致直流中有尚頻調(diào)制電流波動。尚頻調(diào)制電流有可能使集電環(huán)中廣生禍流而發(fā)熱，由此使 鐵質(zhì)的軸承座發(fā)熱。
[0017] 直流電源中三型誤差放大器的傳遞函數(shù)為：
[0018] G(s) = DVo/DVin = -[(l+sR2Cl)(1+s(R1+R3)C3)]/[sRl(C1+C2)(l+sR3C3) ((1+sR2C1C2)/(C1+C2)))]
[0019] 該傳遞函數(shù)包括：
[0020] a:) -個初始極點(diǎn)，頻率為：
[0021] FpO = 1/[2*3. 14*R1 (C1+C2)]
[0022] b:)第一個零點(diǎn)，頻率為：
[0023] Fzl = 1/(2*3· 14*R2C1)
[0024] c:)第二個零點(diǎn)，頻率為：
[0025] Fz2 = 1/(2*3· 14*R1C3)
[0026] d:)第一個極點(diǎn)，頻率為：
[0027] Fpl = l/(2*3. 14*R2C2)
[0028] e:)第二個極點(diǎn)，頻率為：
[0029] Fp2 = l/(2*3. 14*R3C3)
[0030] 通過以上分析，設(shè)想用以下方法消除渦流：
[0031] 一方面，改動供電直流電源的頻率響應(yīng)來改善整個后處理系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性；這 是因為高頻開關(guān)電源為了適應(yīng)快速的負(fù)載變化，其PID響應(yīng)速度很快，PID響應(yīng)速度快，必 然超調(diào)大，如果與負(fù)載的控制系統(tǒng)匹配得不是特別優(yōu)化，則容易導(dǎo)致高頻紋波電流增大。而 后處理線由于機(jī)械慣性和電化學(xué)反應(yīng)比較平穩(wěn)的原因，屬于大慣性系統(tǒng)，所以可以降低供 電電源的PID調(diào)節(jié)速度來改善整個系統(tǒng)的超調(diào)量，只是電源達(dá)到穩(wěn)定的時間會略微增加。
[0032] 另一方面，在供電直流電源輸出處增加 LC網(wǎng)絡(luò)，使輸出電流更加平滑，減少高頻 電流分量。
[0033] 因此，電路結(jié)構(gòu)，包括供電直流電源，其輸出含有高頻紋波的電流，該電流通過電