張懷宇
(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 宜賓644003)
電源在電鍍過(guò)程中發(fā)揮著難以替代的作用,它用以提供電極反應(yīng)所需的能量。依照輸出類型,電鍍電源可分為直流型和脈沖型兩大類。其中脈沖電鍍電源由于可明顯增強(qiáng)陰極極化作用并減弱濃差極化程度,有利于改善鍍層的形貌質(zhì)量和物化性能,因而在電鍍生產(chǎn)和電鍍實(shí)驗(yàn)中獲得普遍的應(yīng)用[1-2]。然而在實(shí)際應(yīng)用中,受脈沖頻率不可調(diào)和脈寬調(diào)節(jié)區(qū)間偏窄等缺陷的影響,脈沖電鍍電源并非均能物盡其用。對(duì)此,為使其盡可能滿足應(yīng)用要求,就必須加以改進(jìn)。有關(guān)于此,已有部分文獻(xiàn)報(bào)道[3-6]。
本文根據(jù)電鍍工藝特點(diǎn)并結(jié)合實(shí)際需要,經(jīng)改進(jìn)優(yōu)化,研制出一款以單片機(jī)為控制核心且可實(shí)現(xiàn)參數(shù)寬幅調(diào)節(jié)及組合調(diào)節(jié)的脈沖電鍍電源。
脈沖電鍍電源的工作原理可概括為:外部輸入交流電依次經(jīng)可控整流、電容濾波環(huán)節(jié),轉(zhuǎn)變?yōu)槠交绷麟?,再?jīng)全橋逆變轉(zhuǎn)變成脈沖電流輸出。其除了具備同其他款式電源相同的基本功能外,還應(yīng)額外具備良好的兼容性和動(dòng)態(tài)特性、較寬的參數(shù)調(diào)節(jié)范圍、較高的效率,以及人性化的顯示界面。圖1為研制的脈沖電鍍電源。對(duì)于其外觀造型,不做過(guò)多介紹。本文主要從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩方面詳細(xì)闡述原理及構(gòu)成。
圖1 研制的脈沖電鍍電源
硬件系統(tǒng)主要包含脈沖形成電路、檢測(cè)反饋電路、信號(hào)放大電路和輸入鍵盤等。脈沖形成電路中涉及微處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等器件。其中微處理器(由單片機(jī)充當(dāng))起到關(guān)鍵作用,它接收系統(tǒng)外部輸入信號(hào)并進(jìn)行處理,形成要求的脈沖信號(hào)后輸出。為實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)脈沖輸出并提高電源穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能,就必須實(shí)施檢測(cè)及實(shí)時(shí)反饋。在檢測(cè)反饋電路中,信號(hào)采樣由高靈敏度霍爾傳感器實(shí)現(xiàn),電路如圖2所示。信號(hào)放大電路發(fā)揮雙重作用:其一,放大脈沖形成電路輸出的脈沖信號(hào),使之滿足實(shí)際應(yīng)用要求;其二,顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)及各狀態(tài)量(如輸出電流、輸出電壓等),同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。與前三者相比,輸入鍵盤在硬件系統(tǒng)中的作用稍顯遜色,但其同樣不可或缺。借助輸入鍵盤,可控制硬件系統(tǒng)的開啟或關(guān)閉,并可實(shí)現(xiàn)輸出參數(shù)的設(shè)置及調(diào)節(jié)。
圖2 檢測(cè)反饋電路
作為脈沖電鍍電源的核心部分,軟件肩負(fù)著依托指令控制硬件系統(tǒng)的任務(wù)。圖3為軟件系統(tǒng)流程圖。按順序依次為初始狀態(tài)、預(yù)置狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和反饋保護(hù)狀態(tài)。
圖3 脈沖電鍍電源軟件系統(tǒng)流程圖
(1)初始狀態(tài)(即系統(tǒng)初始化)
主要進(jìn)行顯示界面清空、寄存器清零和輸出抑制等操作。
(2)預(yù)置狀態(tài)
該狀態(tài)下,可實(shí)現(xiàn)脈寬、頻率和峰值電流等多個(gè)參數(shù)的設(shè)置及調(diào)節(jié),并可實(shí)現(xiàn)新置信息的存儲(chǔ)。
(3)運(yùn)行狀態(tài)
單片機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)得以發(fā)揮作用,通過(guò)控制高低電平進(jìn)而間接調(diào)整脈沖輸出。
(4)反饋保護(hù)狀態(tài)
采集到的關(guān)鍵工作狀態(tài)參數(shù),經(jīng)比對(duì)若超出設(shè)定安全區(qū)間,系統(tǒng)即刻切換至保護(hù)狀態(tài),并隨即退至前一狀態(tài),以適時(shí)保護(hù)電源。
性能可靠且穩(wěn)定、滿足應(yīng)用要求,是設(shè)計(jì)研制脈沖電鍍電源的目標(biāo)所在。對(duì)此,為考察研制電源的實(shí)際工作特性,借助萬(wàn)用表和示波器等設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。脈沖電鍍電源輸出波形,如圖4所示。結(jié)果顯示:輸出電壓較為精確,與設(shè)定值近似吻合。并且輸出波形平穩(wěn),形狀規(guī)整,波動(dòng)幅度輕微。帶載測(cè)試進(jìn)一步證實(shí):電源無(wú)明顯壓降,表明運(yùn)行狀況穩(wěn)定。
圖4 脈沖電鍍電源輸出波形
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