一种消除电解铜箔表面处理机高频开关电源涡流的电路及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种消除涡流的电路以及方法，尤其涉及一种消除电解铜箱表面处理 机高频开关电源涡流的电路及方法。
【背景技术】
[0002] 近些年，电解铜箱行业整流电源逐步以高频开关电源替代可控硅电源，这种电源 最大的优点就是效率高、节能效果好。但是高频开关在使用中存在电磁干扰、谐波污染、涡 流等问题。一般对于电磁干扰常规采用输入端加滤波器的方式进行降低或消除，对于谐波 污染采取集中处理的方式减小或消除。但是对于涡流现象并没有较好的处理方法。
[0003] 电解铜箱在表面处理的过程中使用的电源为高频开关电源。电解铜箱后处理工艺 中卷筒的自动控制系统，有其固有的传递函数，存在复杂的零点和极点，与高频开关电源组 成一个闭合的环路，就会产生高频调制电流，由于导电辊为316L材料，但其轴承座为铁材 料，所以这种高频调制电流会在导电辊的轴承座中产生涡流。这种涡流用以上两种方式均 无法消除。涡流的产生迅速把轴承座的温度升高，极易烧坏轴承座损害设备。
[0004] 目前常规处理这一问题的方法是：一方面通过增加导电辊的冷却水量，从外部对 导电辊降温，从而带走轴承座的温度，对轴承座进行冷却处理，但该方法并不能彻底消除涡 流现象，同时使得处理机的体积变得庞大；另一方面，通过及时更换轴承座，避免因设备损 坏造成更多损失，但是该方式明显增加生产维护的成本。由于这两种方法均不能从根本上 消除涡流隐患，所以无法保证铜箱产品的质量。
【发明内容】
[0005] 本发明为了克服上述问题，设计了一种新的电路，从电路参数的控制以及涡流的 吸收两方面解决表面处理机导电辊轴承座发热的问题，有效避免了涡流造成轴承座发热损 坏的现象，提高了设备的稳定性，进而稳定了铜箱产品的质量。
[0006] 本发明的电路结构包括：供电直流电源，其输出含有高频纹波的电流，供电直流电 源输出的电流通过外加的电感L和电容C组成的平波网络，输出到电解铜箱表面处理机的 集电环，其中直流电源包括三型误差放大器和PWM开关整流器，电流经过三型误差放大器 放大后输入到PWM开关整流器进行电流平整调节，然后经过上述平波网络输出到集电环用 于铜箱的后处理，其中平波网络降低电流中包含的高频电流纹波量。
[0007] 本发明的另一电路结构，包括供电直流电源，其输出含有高频纹波的电流，该电流 通过电缆连接到电解铜箱表面处理机的集电环，直流电源包括三型误差放大器，该三型误 差放大器包括电容(：1、02、03，运算放大器，电阻1?1、1?2、1?3，电容03与1?3串联后与1?1并联 输入到运算放大器的负输入端，电容Cl和电阻R2串联后与C2并联跨接到运算放大器的负 输入端和输出端，其中电容C2为0. 22uF，该C2电容值使得该三型误差放大器的初始极点和 第一极点频率比电容C2为0.1 uF的三型误差放大器下降一倍，由此PID调节系统的响应速 度变慢，系统的超调量显著减小，供电直流电源与大惯性的后处理卷绕控制系统的匹配更 稳定。
[0008] 上述两种电路结构可以结合使用。上述电路通过降低高频电流幅值和频率，使电 解铜箱表面处理机的轴承温升控制在15摄氏度范围之内。本发明通过改动直流电源的频 率响应来改善整个后处理系统的整体稳定性；而且在直流电源输出处增加 LC网络，使输出 电流更加平滑，减少高频电流分量，从而消除涡流现象。
[0009] 同时本发明还提供了一种消除涡流的方法，包括：通过过改变供电直流电源内部 的三型误差放大器的参数，将电容C2从0.1 uF改为0. 22uF，该C2电容值使得该三型误差放 大器的初始极点和第一极点频率比电容C2为0. 1的三型误差放大器下降一倍。使PID调 节系统的响应速度变慢，系统的超调量显著减小，使供电直流电源与大惯性的后处理卷绕 控制系统的匹配更稳定。
[0010] 通过在供电直流电源输出处外接由外加的电感L和电容C组成的平波网络，使输 出电流更平滑，减少高频电流分量。
[0011] 上述两种方式可结合使用。该方法彻底消除了电解铜箱表面过程中的涡流现象， 有效的改善了涡流造成轴承座发热损坏的问题，提高了铜箱产品的质量。
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的电解铜箱表面处理机高频开关电源电路图；
[0013] 图2为包括LC平波网络的电解铜箱表面处理机高频开关电源电路图。
【具体实施方式】
[0014] 在电解铜箱表面处理中，供电直流电源输出含有高频纹波的电流，通过电缆连接 到后处理设备的集电环。其中直流电源包括三型误差放大器和PWM开关整流器，电流经过 三型误差放大器放大后输入到PWM开关整流器进行电流平整调节，然后输出到集电环用于 铜箱的后处理。
[0015] 在使用过程中发现铜箱表面处理机的集电环轴承座发热，温升最高达100摄氏 度，是影响后处理线正常运行的重要因素，分析原因如下：
[0016] 电解铜箱的后处理工艺中卷筒的自动控制系统，有其固有的传递函数，存在复杂 的零点和极点，与直流电源组成一个闭合的控制环路，某种情况会使得闭合环路不稳定，导 致直流中有尚频调制电流波动。尚频调制电流有可能使集电环中广生祸流而发热，由此使 铁质的轴承座发热。
[0017] 直流电源中三型误差放大器的传递函数为：
[0018] G(s) = DVo/DVin = -[(l+sR2Cl)(1+s(R1+R3)C3)]/[sRl(C1+C2)(l+sR3C3) ((1+sR2C1C2)/(C1+C2)))]
[0019] 该传递函数包括：
[0020] a:) -个初始极点，频率为：
[0021] FpO = 1/[2*3. 14*R1 (C1+C2)]
[0022] b:)第一个零点，频率为：
[0023] Fzl = 1/(2*3· 14*R2C1)
[0024] c:)第二个零点，频率为：
[0025] Fz2 = 1/(2*3· 14*R1C3)
[0026] d:)第一个极点，频率为：
[0027] Fpl = l/(2*3. 14*R2C2)
[0028] e:)第二个极点，频率为：
[0029] Fp2 = l/(2*3. 14*R3C3)
[0030] 通过以上分析，设想用以下方法消除涡流：
[0031] 一方面，改动供电直流电源的频率响应来改善整个后处理系统的整体稳定性；这 是因为高频开关电源为了适应快速的负载变化，其PID响应速度很快，PID响应速度快，必 然超调大，如果与负载的控制系统匹配得不是特别优化，则容易导致高频纹波电流增大。而 后处理线由于机械惯性和电化学反应比较平稳的原因，属于大惯性系统，所以可以降低供 电电源的PID调节速度来改善整个系统的超调量，只是电源达到稳定的时间会略微增加。
[0032] 另一方面，在供电直流电源输出处增加 LC网络，使输出电流更加平滑，减少高频 电流分量。
[0033] 因此，电路结构，包括供电直流电源，其输出含有高频纹波的电流，该电流通过电