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
一种消除电解铜箔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，电解铜箔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] 电解铜箔在表面处理的过程中使用的电源为高频开关电源。电解铜箔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，所以无法保证铜箔产品的
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，进而稳定了铜箔产品的质量。
[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，输出到电解铜箔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箔的后处理，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
电缆连接到电解铜箔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C1、C2、C3，
运算放大器，
电阻R1、R2、R3，电容C3与R3
串联后与R1并联输入到运算放大器的负输入端，电容C1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0.1uF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，使电解铜箔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0.1uF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箔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，提高了铜箔产品的质量。
附图说明
[0012] 图1为本发明的电解铜箔表面处理机高频开关电源电路图；
[0013] 图2为包括LC平波网络的电解铜箔表面处理机高频开关电源电路图。
具体实施方式
[0014] 在电解铜箔表面处理中，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箔的后处理。
[0015] 在使用过程中发现铜箔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] 电解铜箔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，导致直流中有高频调制电流
波动。高频调制电流有可能使集电环中产生涡流而发热，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 ＝ -[(1+sR2C1)(1+s(R1+R3)C3)]/[sR1(C1+C2)(1+sR3C3)((1+sR2C1C2)/(C1+C2)))]
[0019] 该传递函数包括:
[0020] a:)一个初始极点，频率为：
[0021] Fp0＝1/[2*3.14*R1(C1+C2)]
[0022] b:)第一个零点，频率为：
[0023] Fz1＝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] Fp1＝1/(2*3.14*R2C2)
[0028] e:)第二个极点，频率为：
[0029] Fp2＝1/(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，该电流通过电缆连接到电解铜箔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C1、C2、C3，运算放大器，电阻R1、R2、R3，电容C3与R3串联后与R1并联输入到运算放大器的负输入端，电容C1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0.1uF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。
[0034] 改变电源内部的三型误差放大器的参数，使C2由0.1uF改为0.22uF，初始极点和第一极点频率下降为先前的一倍，明显降低了极点频率，减小了涡流的产生，由此更好的控制集电环轴承的温度上升问题。也就是说，采用电容值为0.22uF的C2带来了显著的良性技术效果，解决了电解铜箔表面处理机高频开关电源涡流的困扰。
[0035] 在改变三型误差放大器前，电流输出
波形对应为1000A/4V。从示波器可以看出电流波形频率为电源的2倍开关频率，峰峰值约为0.2V即高频纹波电流的峰峰值为50A。
[0036] 将三型误差放大器的C2改为0.22uF后，电流输出波形对应为1000A/7.5V。从示波器可以明显看出输出电流波形已经变得较为平直,高频纹波电流已变的很小。
[0037] 在高频开关电源输出端加上LC平波网络后，输出电流变得更为平直，高频纹波电流几乎消失。
[0038] 另外还可采用如下电路结构，供电直流电源输出带有高频纹波的电流，通过外加的电感L和电容C组成的平波网络，流到集电环的电流中包含的高频电流纹波量就变得很低，因此，集电环轴承因为供电直流电源的高频纹波电流而引起的涡流发热就大为降低。因此改进后的电路结构包括：供电直流电源，其输出含带有高频纹波的电流，通过外加的电感L和电容C组成的平波网络，流到集电环。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，然后经过平波网络输出到集电环用于铜箔的后处理，其中平波网络降低电流中包含的高频电流纹波量。
[0039] 通过在直流电源输出处外接LC平波网络，使输出电流更平滑。
[0040] 上述两种电路结构可以结合使用，即电路结构既改变了三型误差放大器的C2参数(改为0.22uF)又在直流电源输出处外接LC平波网络。上述电路通过降低高频电流幅值和频率，使电解铜箔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。
[0041] 电路改造前后，分别对集电环轴承温度进行了测量，改造前后温度数据对比如下：(
环境温度30°)
[0042]电源输出电流 改造前温升 改造后温升
200A 8° 3°
500A 11° 4°
800A 26° 10°
1000A 40° 15°
[0043] 由此可见，本发明的电路明显降低了轴承的温度，用示波器观察直流电源的输出电流波形，高频调制电流幅值和频率大幅度降低，轴承温升控制在15摄氏度范围之内。有效消除了电解铜箔表面处理机高频开关电源涡流产生的热量。
[0044] 本发明通过改变三型误差放大器的电容值以及在直流电源与集电环之间增加LC平滑网络的方法实现了消除电解铜箔表面处理机高频开关电源涡流的现象，有效控制了集电环轴承的温升范围。
[0045] 上述
实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何
修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
