Влияние выпрямления тока с точки зрения гальваников

Целью настоящей статьи является освещение важнейших эксплуатационных параметров, которые зависят от выбора выпрямителя и обусловливают его влияние на рабочий процесс нанесения гальванического покрытия.

Выбор правильного выпрямителя для гальванического покрытия может в значительной степени влиять на качество выполнения работы.  Однако, для многих гальваников выпрямитель тока является простой коробкой, питающей постоянным током гальваническую ванну.  Такой взгляд в некоторой степени может оказаться правильным, но многое остается вне поля зрения.

Ниже предоставлен перечень некоторых наиболее важных параметров гальванического процесса, которые зависят непосредственно от выбора выпрямителей (-ля):

Потребление энергии – определяется по объему тока, потребленного гальванической ванной для достижения желаемого результата. Энергопотребление непосредственно связано с КПД выпрямителя тока, где он равен выходной электроэнергии, деленной на входную энергию, выражаемое в процентном значении. Чем выше это значение, тем лучше.

Современные свитчевые выпрямители предлагают КПД около 90% при типичных уровнях рабочего напряжения (10-12 вольт постоянного тока), в то время как современные тиристорные1 выпрямители, специально предназначенные для такого выходного напряжения, имеют КПД лишь от 80% до 85%.

Важно обратить внимание на тесную корреляцию между КПД выпрямителя и режимом его эксплуатации. Общее правило состоит в том, что КПД выпрямителя падает при снижении рабочего напряжения постоянного тока. Этот график (уменьшение КПД) значительно более крутой при применении тиристорного выпрямителя по сравнению со свитчевым. Благодаря этому уровень КПД импульсного выпрямителя выше на более широком диапазоне выходного напряжения. Благодаря этому ранее обычной практикой была закупка гигантских тиристорных выпрямителей для обеспечения разных процессов с большим запасом «на всякий случай», если в будущем произойдут какие-либо изменения.

На сегодняшний день это привело к возникновению достаточно большого количества громоздких тиристорных выпрямителей2 с низким КПД и высоким уровнем энергопотребления.

Например, KraftPowercon провела испытания в реальных условиях для сравнения в гальванической среде тиристорных выпрямителей (1989 год) с современными импульсными выпрямителями. Это тестирование показало, что было использовано на 34% меньше электроэнергии для производства того же количества ампер-часов.

→ Чтобы определить, есть ли экономия расходов при модернизации современного выпрямителя, сначала следует определить КПД имеющейся установки в обычном режиме работы. Если ваши тиристорные выпрямители работают при напряжении меньше, чем 10-12 вольт постоянного тока или меньше того, на какое они были изначально рассчитаны, тогда переход к импульсным выпрямителям может привести к значительному (10%-30%+) уменьшению энергопотребления.

Другим признаком низкого КПД является нагрев или быстрое перегревание выпрямителей во время обычного рабочего процесса. Нагревание в этом случае является признаком (слишком большого количества) потерь – реальный отрицательный эффект неправильно подобранного оборудования. По подсчетам КПД выпрямителя, который изображен на фото справа, составляет <25% (!) при нормальном рабочем процессе – вентилятор внешнего охлаждения размещен на полу, возле самой установки, свидетельствует о том, что есть возможность для модернизации.

Кроме того, следует обратить внимание на другой отрицательный эффект перегрева – срок службы компонентов выпрямителя. Срок службы большинства электрических и электронных компонентов определяется уровнем их нагрева.

Чем меньше нагревается компонент, тем он дольше служит, чем сильнее он нагревается, тем он быстрее приходит в негодность. Поставщики электронных компонентов гарантируют долговечный срок службы, только если компоненты функционируют в определенном температурном диапазоне. Фактом также является то, что соотношение между температурой и сроком службы не является линейным.

Лучшее определение для него – это экспоненциальная функция, что значительно усугубляет проблему перегрева.

Качество покрытия – является одним из важнейших рабочих параметров для гальваников, особенно если приходится иметь дело с высокоточными процессами, протекающими в строгих технических условиях.

Растрескивание, недостаточная адгезия, неравномерная толщина гальванического покрытия, чрезмерный уровень покрытия или неоднородность внешнего вида покрытия – все это влияет на качество изделия и непосредственно или косвенно связано с качеством или точностью постоянного тока. Справедливым было бы сказать, что это является только одной из многих переменных составляющих, которая действительно играет важную роль.

Для таких чувствительных к уровню риппель-фактора покрытий, как, например, хром, декоративный хром, драгоценные металлы и медное покрытие, качество постоянного тока непосредственно влияет на качество готового изделия. Из-за высокого или переменного уровня пульсаций, как известно, возникает плохая адгезия, неравномерная скорость образования покрытия и растрескивания. По своей конструкции тиристорный блок имеет высокие пульсации на выходе.

Именно поэтому при использовании этих технологий крайне важно приобретать фильтр пульсации.

Более того, уровень пульсаций тиристорного блока также меняется при выходном напряжении, что в свою очередь означает его изменение при изменении сопротивления ванны (сопротивление в свою очередь зависит от концентрации химического раствора, температуры и расстояния между электродами).

По своей конструкции свитчевый выпрямитель постоянного тока отличается очень малым уровнем пульсаций. Обычно меньше 2% по всему выходному диапазону для выпрямителя, сконструированного должным образом и меньше 1% при целевом режиме эксплуатации. Это означает, что источник постоянного тока более-менее устраняет переменную пульсаций из сложного уравнения для производства высококачественных деталей.

Хорошо известно, что существует другая переменная величина, влияющая на качество. Это ручной режим работы. По умолчанию, ручной режим работы, такой как плавное нарастание мощности вращением регулятора, смена полярности и т.д. Большинство современных высококачественных выпрямителей (импульсные и тиристорные) оснащены опциями управления, которые предлагают высокую точность и готовые программные возможности для снижения переменности таких значений, как время, ампер-часы, напряжение и ток.

Минимизация ручных режимов управления вместе с низким уровнем пульсаций дает пользователю возможность оптимизировать каждую гальваническую программу и достичь высокой по точности повторяемости качества нанесения покрытия.

→ Если вам не удается достичь высокой повторяемости качества гальванического покрытия, и вы получаете неравномерную толщину покрытия, чрезмерную или недостаточную толщину покрытия, растрескивание или недостаточную адгезию, не исключайте ваши выпрямители из списка потенциальных источников неравномерности/брака. Современные выпрямители дают возможность устранить, в большей или меньшей мере, такие неравномерности.

Обслуживание и текущий ремонт – Конечно, поддержание выпрямителей в рабочем состоянии является важным, поскольку без электроснабжения не может быть готовой продукции. Тем не менее, всем нам известно, что иногда выпрямители перегреваются, не запускаются, работают с перебоями или не обладают необходимой точностью или мощностью по разным причинам.

Когда случаются сбои в работе, важно уметь идентифицировать источник неисправности, устранить его и как можно скорее восстановить нормальную работу.

Очень вероятно, что устранение проблем, возникающих в тиристорах, потребует технического ремонтного обслуживания и проверки с учетом разнообразных видов выпрямителей и их внутренних компонентов, высокого числа потенциальных проблем и сложности определения первопричины поломки. Во время выхода из строя тиристорного блока он становится нерабочим. На практике это означает, что под рукой наготове всегда должен быть запасной выпрямитель для замены и/или соответствующие запчасти, а также квалифицированные инженеры по техническому обслуживанию. Если у вас этого нет, поломка выпрямителя может привести к затяжному простою, что приводит в свою очередь к большим потерям.

Современные модульные импульсные выпрямители предлагают преимущества дублирования, то есть выпрямитель будет продолжать работу даже если один из силовых модулей перестанет работать. Это дает пользователю возможность запланировать обслуживание и текущий ремонт агрегата во время плановой остановки работы, до того сохраняя более-менее нормальный режим работы. Модульные системы, спроектированные надлежащим образом, также очень легко починить.

Их конструкция обычно предусматривает модули самодиагностики и несколько легкозаменяемых запчастей, при помощи которых можно осуществить техническое обслуживание этих систем без посторонней поддержки.

В компании «Cromofix» одной из самых распространенных проблем, связанных со сбоями в работе тиристорных блоков, являются «перегоревшие» диоды. Примерно 50% всех диодов приходится ежегодно заменять, в основном из-за случайных коротких замыканий.

Это дорого и длительно по времени: примерно 2-3 часа уходит на то, чтобы заменить целый набор перегоревших диодов. Длительная работа выпрямителя с перегоревшими диодами отрицательно влияет на уровень пульсаций тока, что в свою очередь может негативно сказаться на качестве продукции, как и объяснялось выше.

→ Всегда уточняйте у своего поставщика выпрямителей или партнеров по их обслуживанию время ответа в случае выхода выпрямителя из строя. Остерегайтесь затяжного периода поставки запчастей, это может иметь неприятные последствия.

→ При наличии тиристорных выпрямителей и проблем, связанных с перегоревшими диодами, инвестирование в выпрямители, которые имеют защиту от коротких замыканий, – хороший способ снизить неплановое время простоя и расходы на хозяйственно-техническое обслуживание.

Производительность – Представьте возможность производства (продажи) большего количества продукции с меньшей затратой усилий. Это достигается совмещением улучшенного качества продукции и уменьшения времени простоя гальванических линий. Мы уже объясняли, каким образом качество изделия можно улучшить при помощи стабилизации качества электроэнергии и точности, что дает возможность реализовать повторяемое качество гальванического покрытия и конечные результаты. Теперь давайте обратим внимание на простои.

Время простоя или, если быть более точным, незапланированное время простоя возникает тогда, когда процесс необходимо остановить из-за неожиданного сбоя.

Незапланированное время простоя, связанное с выпрямителем, означает, что один или больше выпрямителей неспособны функционировать надлежащим образом.

Типовые проблемы, связанные с выпрямителями (тиристорные или импульсные) охватывают определенный вид связи между компонентами или сбой в их работе или/и перегрев.

Именно в этом случае надежность конструкции и выбор внутренних компонентов выпрямителя играет важную роль. Не все тиристоры одинаковы, ни один из них не работает в импульсном режиме.

Однако, в общей сложности, надежная конструкция выпрямителя предусматривает защиту от тяжелых условий окружающей среды, в которой выпрямителю придется работать, а также эффективное охлаждение в сочетании с выбором испытанных, высококачественных компонентов.

Напоследок, очень вероятно, что нагревание или ржавчина, или же сочетание этих двух факторов снижают эффективность надлежащего функционирования выпрямителя для гальванического покрытия. Для обеспечения долговечности выпрямителя крайне важно удостовериться в том, что этот агрегат приспособлен к соответствующим условиям окружающей среды и рассчитан на график нагрузки, который соответствует плановому использованию.

→ Хотя у многих производителей выпрямителей есть похожие разработки, нет похожих на 100% агрегатов и тех, которые используют одинаковые рабочие компоненты.

Внимательно проанализируйте, какого поставщика выбрать, переговорите с другими пользователями, прочтите важную информацию в технических инструкциях.

ОЦЕНИТЕ ВАШИ ВАРИАНТЫ

Основным выбором пользователя на сегодняшний день является покупка современных импульсных или тиристорных выпрямителей, а также текущий ремонт или обслуживание уже готовой установки (обычно это тиристорный блок предыдущего поколения). Ниже размещена таблица, определяющая некоторые ключевые параметры, связанные с каждой из этих трех альтернатив:

ВЫВОДЫ:

  • Выбор выпрямителя для гальваники может иметь существенное значение для успешного ведения бизнеса в сфере покрытия металлов.
  • Основные эксплуатационные параметры (такие как потребление энергии, текущий ремонт или расходы на обслуживание, качество продукции и объем производства) непосредственно или косвенно обусловлены выбором выпрямителя.
  • На сегодняшний день существует основная альтернатива, которая заключается в инвестировании в современный тиристорный или постоянного тока выпрямитель, Свяжитесь с профессиональным поставщиком, чтобы сделать правильный выбор для вашего бизнеса, – а мы вас не подведём!

1Существует несколько вариантов схем для тиристорных выпрямителей. Для данной статьи мы взяли выпрямитель с импульсно-фазовым удаленным управлением, что является наиболее распространенным вариантом в данной отрасли.

2Сравнительные данные собственного тиристорного выпрямителя компании «KraftPowercon» (макс. 24 вольт постоянного тока) и модульного постоянного тока (макс. 15 вольт постоянного тока) показывают разницу 8-10% КПД в пользу импульсного выпрямителя при 12В постоянного выходного тока, ~25% при 6В пост. тока и >50% при 3В пост. тока.

Вадим Патраков – руководитель русскоязычного отдела продаж по направлению источников большого тока KraftPowercon Sweden. Он работает в данной компании с 2010 года.

KraftPowercon является мировым лидером в отрасли преобразования электрической энергии с 1935 года. Компания «KraftPowercon» имеет множество достижений, в частности, она изобрела в 1983 выпрямитель постоянного тока по технологии высокочастотного переключения, специально предназначенный для гальваники. 35 лет спустя эта технология стала стандартом в данной области. Головной офис компании, который занимается торговлей, обслуживанием и производством продукции, расположен в Сюрте, в пригороде Гётеборга – второго по размеру города Швеции и его крупнейшем промышленном центре.

Felipe Atti Dos Santos является руководителем по производству компании Cromofix Cromo Duro Ltda. Он работает в этой компании со времен своего обучения производству электроники с 1991 года. Получил степень бакалавра наук в сфере «Технология машиностроения» во время обучения в Universidade de Caxias do Sul, в Бразилии, и степень магистра управления предприятием в Fundacao Getulio Vargas, в Бразилии.

Компания «Cromofix» была основана в 1982 году. Это завод по нанесению гальванического покрытия в Бразилии, специализирующийся на хромировании. Felipe, работая в Cromofix, имел возможность сравнить эксплуатационные качества разных производителей выпрямителей постоянного тока и технологий: устройство для регулирования напряжения под нагрузкой, дроссели насыщения, тиристорные выпрямители первого и второго поколений, высокочастотная техника переключения «switch mode».

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Открыта регистрация на выставку ExpoCoating Moscow
Открыта регистрация на выставку ExpoCoating Moscow
25-27 октября 2022 года в МВЦ «Крокус Экспо» пройдет ключевая выставка материалов и оборудования для…
15.06.2022
1083
Маленькие выпрямители с большими возможностями
Маленькие выпрямители с большими возможностями
В статье рассмотрены новые возможности выпрямителей Гальванотех, их применение в лабораторных и производственных условиях.
Логинов Д.В., Ананченко В.В
09.11.2020
423
Намеренное избыточное нанесение покрытия
Намеренное избыточное нанесение покрытия
Технология нанесения покрытий развивалась медленнее, чем другие производственные процессы. В то время как в этой…
Фелипе Атти, KraftPowercon
24.09.2019
554
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
ExpoCoating Moscow – ключевая в России специализированная международная выставка материалов и оборудования для обработки поверхности,…
28.11.2022
35
Истинные затраты при использовании кремниевых управляемых выпрямителей и переключаемых выпрямителей
Истинные затраты при использовании кремниевых управляемых выпрямителей и переключаемых выпрямителей
Замена старых кремниевых управляемых выпрямителей может способствовать снижению затрат на электроэнергию, однако выбор между современными…
Дуг Делани
09.11.2020
128