一種消除電解銅箔表面處理機高頻開關電源渦流的電路及方法
【技術領域】
[0001] 本發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 機高頻開關電源渦流的電路及方法。
【背景技術】
[0002] 近些年，電解銅箱行業整流電源逐步以高頻開關電源替代可控硅電源，這種電源 最大的優點就是效率高、節能效果好。但是高頻開關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采用輸入端加濾波器的方式進行降低或消除，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電源。電解銅箱后處理工藝 中卷筒的自動控制系統，有其固有的傳遞函數，存在復雜的零點和極點，與高頻開關電源組 成一個閉合的環路，就會產生高頻調制電流，由于導電輥為316L材料，但其軸承座為鐵材 料，所以這種高頻調制電流會在導電輥的軸承座中產生渦流。這種渦流用以上兩種方式均 無法消除。渦流的產生迅速把軸承座的溫度升高，極易燒壞軸承座損害設備。
[0004] 目前常規處理這一問題的方法是：一方面通過增加導電輥的冷卻水量，從外部對 導電輥降溫，從而帶走軸承座的溫度，對軸承座進行冷卻處理，但該方法并不能徹底消除渦 流現象，同時使得處理機的體積變得龐大；另一方面，通過及時更換軸承座，避免因設備損 壞造成更多損失，但是該方式明顯增加生產維護的成本。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品的質量。
【發明內容】
[0005] 本發明為了克服上述問題，設計了一種新的電路，從電路參數的控制以及渦流的 吸收兩方面解決表面處理機導電輥軸承座發熱的問題，有效避免了渦流造成軸承座發熱損 壞的現象，提高了設備的穩定性，進而穩定了銅箱產品的質量。
[0006] 本發明的電路結構包括：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組成的平波網絡，輸出到電解銅箱表面處理機的 集電環，其中直流電源包括三型誤差放大器和PWM開關整流器，電流經過三型誤差放大器 放大后輸入到PWM開關整流器進行電流平整調節，然后經過上述平波網絡輸出到集電環用 于銅箱的后處理，其中平波網絡降低電流中包含的高頻電流紋波量。
[0007] 本發明的另一電路結構，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的集電環，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，運算放大器，電阻1?1、1?2、1?3，電容03與1?3串聯后與1?1并聯 輸入到運算放大器的負輸入端，電容Cl和電阻R2串聯后與C2并聯跨接到運算放大器的負 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和 第一極點頻率比電容C2為0.1 uF的三型誤差放大器下降一倍，由此PID調節系統的響應速 度變慢，系統的超調量顯著減小，供電直流電源與大慣性的后處理卷繞控制系統的匹配更 穩定。
[0008] 上述兩種電路結構可以結合使用。上述電路通過降低高頻電流幅值和頻率，使電 解銅箱表面處理機的軸承溫升控制在15攝氏度范圍之內。本發明通過改動直流電源的頻 率響應來改善整個后處理系統的整體穩定性；而且在直流電源輸出處增加 LC網絡，使輸出 電流更加平滑，減少高頻電流分量，從而消除渦流現象。
[0009] 同時本發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部 的三型誤差放大器的參數，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 大器的初始極點和第一極點頻率比電容C2為0. 1的三型誤差放大器下降一倍。使PID調 節系統的響應速度變慢，系統的超調量顯著減小，使供電直流電源與大慣性的后處理卷繞 控制系統的匹配更穩定。
[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組成的平波網絡，使輸 出電流更平滑，減少高頻電流分量。
[0011] 上述兩種方式可結合使用。該方法徹底消除了電解銅箱表面過程中的渦流現象， 有效的改善了渦流造成軸承座發熱損壞的問題，提高了銅箱產品的質量。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明的電解銅箱表面處理機高頻開關電源電路圖；
[0013] 圖2為包括LC平波網絡的電解銅箱表面處理機高頻開關電源電路圖。
【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 到后處理設備的集電環。其中直流電源包括三型誤差放大器和PWM開關整流器，電流經過 三型誤差放大器放大后輸入到PWM開關整流器進行電流平整調節，然后輸出到集電環用于 銅箱的后處理。
[0015] 在使用過程中發現銅箱表面處理機的集電環軸承座發熱，溫升最高達100攝氏 度，是影響后處理線正常運行的重要因素，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，有其固有的傳遞函數，存在復雜 的零點和極點，與直流電源組成一個閉合的控制環路，某種情況會使得閉合環路不穩定，導 致直流中有尚頻調制電流波動。尚頻調制電流有可能使集電環中廣生禍流而發熱，由此使 鐵質的軸承座發熱。
[0017] 直流電源中三型誤差放大器的傳遞函數為：
[0018] G(s) = DVo/DVin = -[(l+sR2Cl)(1+s(R1+R3)C3)]/[sRl(C1+C2)(l+sR3C3) ((1+sR2C1C2)/(C1+C2)))]
[0019] 該傳遞函數包括：
[0020] a:) -個初始極點，頻率為：
[0021] FpO = 1/[2*3. 14*R1 (C1+C2)]
[0022] b:)第一個零點，頻率為：
[0023] Fzl = 1/(2*3· 14*R2C1)
[0024] c:)第二個零點，頻率為：
[0025] Fz2 = 1/(2*3· 14*R1C3)
[0026] d:)第一個極點，頻率為：
[0027] Fpl = l/(2*3. 14*R2C2)
[0028] e:)第二個極點，頻率為：
[0029] Fp2 = l/(2*3. 14*R3C3)
[0030] 通過以上分析，設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來改善整個后處理系統的整體穩定性；這 是因為高頻開關電源為了適應快速的負載變化，其PID響應速度很快，PID響應速度快，必 然超調大，如果與負載的控制系統匹配得不是特別優化，則容易導致高頻紋波電流增大。而 后處理線由于機械慣性和電化學反應比較平穩的原因，屬于大慣性系統，所以可以降低供 電電源的PID調節速度來改善整個系統的超調量，只是電源達到穩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網絡，使輸出電流更加平滑，減少高頻 電流分量。
[0033] 因此，電路結構，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