0. 引言
目前，國(guó)內(nèi)的著色工藝仍主要生產(chǎn)從淺香檳色到黑色的顏色，色系單一。而國(guó)外已有成熟的多彩著色應(yīng)用。多彩著色工藝的最大特點(diǎn)是可生產(chǎn)出多種耐光及耐熱的顏色。但該種工藝難度大，不確定性多，若購(gòu)買(mǎi)國(guó)外設(shè)備或技術(shù)合作成本無(wú)法承受。因而，我司順應(yīng)市場(chǎng)需求，根據(jù)多彩著色對(duì)電源的特殊要求，并結(jié)合目前著色市場(chǎng)的應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)一款全新的可任意波形著色的設(shè)備。
1. 傳統(tǒng)著色電源
在建筑鋁型材陽(yáng)極氧化生產(chǎn)線(xiàn)中，電解著色總是處于技術(shù)核心的地位。我司順應(yīng)市場(chǎng)需要，于09年研制了一批輸出電流達(dá)15KA，適應(yīng)大型立式陽(yáng)極氧化生產(chǎn)線(xiàn)電解工藝，可輸出直流-交流、交流、不對(duì)稱(chēng)交流三種波形的大功率全密閉水冷電解著色電源。這批電源在近幾年得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可，它們主要有以下幾種：
●交流著色電源
交流著色電源是淺田法工藝中使用最廣的著色電源，在我國(guó)已應(yīng)用了20余年。這種著色電源輸出波形是50Hz（或60 Hz）的交流電，與電網(wǎng)的波形一致，因此較容易得到。進(jìn)入我國(guó)大陸鋁材著色行業(yè)的比較早的交流著色電源，這類(lèi)著色電源實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)是單相動(dòng)力電輸入，輸出低壓交流電。
圖1 交流著色電源輸出波形
●直流－交流著色電源
直流-交流著色電源是一種即可以輸出直流電，又可以輸出交流電的著色電源。在著色過(guò)程中，一般是先施加直流電壓一段時(shí)間，再換成正弦交流電壓，如圖2所示。該種電源在歐洲應(yīng)用較為廣泛，我國(guó)也從意大利ELCA公司、日本SANREN、德國(guó)和西班牙等國(guó)引進(jìn)過(guò)此種類(lèi)型的著色電源。該著色電源一般是輸入單相動(dòng)力電源，采用調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)壓，副邊使用晶閘管來(lái)控制直流和交流輸出，如圖2所示。
圖2 直流-交流著色電源輸出波形
●住化法著色電源
住化法是日本研究出的一種電解著色方法，其著色電源工作時(shí)首先輸出正向具有軟起動(dòng)的直流電壓一段時(shí)間，然后輸出反向具有軟起動(dòng)的直流電壓一段時(shí)間，接著再輸出正向具有軟起動(dòng)的直流電壓，以此類(lèi)推，交替輸出，如圖3所示。
圖3 住化法著色電源輸出波形
●均勻化著色電源
均勻化著色電源工作過(guò)程是：首先輸出正向直流電流（稱(chēng)為P處理）一段時(shí)間，然后輸出頻率為1～30Hz范圍內(nèi)特定值，正負(fù)方波占寬比為0.005～0.30內(nèi)特定值的脈沖電流（稱(chēng)為C處理），如圖4所示。C處理常用的頻率為5Hz，正負(fù)方波占寬比為1:9。
均勻化著色方法可在較短的時(shí)間里得到效果好、均勻的著色氧化膜。
圖4 均勻著色電源輸出波形
2. 多彩著色電源
雖然電解著色已經(jīng)廣泛使用，但是顏色比較單一（香檳色、古銅色、黑色）。粉末噴涂雖然能得到許多豐富的顏色，但金屬質(zhì)感差，耐光耐熱性等也不如電解方法生成的產(chǎn)品，因而國(guó)外研究了一種多彩著色工藝。
所謂多彩著色，即是在一個(gè)電解著色槽中實(shí)現(xiàn)“紅橙黃綠青藍(lán)紫”發(fā)出的色系。它主要依據(jù)干涉光效應(yīng)，通過(guò)控制阻擋層及孔底的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)。多彩著色要求電解液成分和工藝參數(shù)控制非常精細(xì)，濃度的細(xì)微偏差或者著色時(shí)間一點(diǎn)的偏差都將導(dǎo)致顏色的變化，因而，多彩著色在著色液的配置以及電源的控制上都提出了更高要求。
為配合多彩著色工藝，我司根據(jù)其需求專(zhuān)門(mén)研制了一套全數(shù)字化的多波形著色電源。該電源采用數(shù)字控制系統(tǒng)，使用靈活，能對(duì)輸出波形進(jìn)行任意編程并進(jìn)行精確控制，能很好滿(mǎn)足多彩著色的需求，自然地，他也能替換現(xiàn)有所有著色電源，真正實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。
樣機(jī)主要參數(shù)如下：
進(jìn)線(xiàn)：三相交流380V
輸出電壓：30V（RMS）
輸出電流：2000A（RMS）
穩(wěn)壓穩(wěn)流精度：≤1%
波形畸變率：≤1%
預(yù)浸時(shí)間、軟起時(shí)間、工作時(shí)間、軟關(guān)時(shí)間、波形轉(zhuǎn)換時(shí)間：均0~9999s可設(shè)
波形帶寬：正弦0~100Hz，方波0~1KHz;
最大效率：≥85%；
用戶(hù)可對(duì)系統(tǒng)存在的基本波形進(jìn)行任意順序組合；
基本波形：直流、交流、不對(duì)稱(chēng)交流、方波、不對(duì)稱(chēng)方波；
具備基本的保護(hù)功能；
更加直觀(guān)方便的操作界面；
水冷
雖然基本波形只有5種，但只要工藝需要，設(shè)備可實(shí)現(xiàn)0~100Hz內(nèi)電壓-30V至30V的任意波形。下圖展示了部分波形。
圖5 不對(duì)稱(chēng)交流，正頻率15Hz，有效值10V，負(fù)頻率10Hz，有效值15V
圖6 不對(duì)稱(chēng)交流，正頻率80Hz，有效值16V，負(fù)頻率27Hz，有效值16V
圖7 不對(duì)稱(chēng)交流方波，正頻率15Hz，有效值10V，負(fù)頻率10Hz，有效值15V
3. 多彩著色電源對(duì)比傳統(tǒng)著色電源的優(yōu)勢(shì)
多彩著色利用用干涉光效應(yīng)，在著色過(guò)程中不斷進(jìn)行擴(kuò)孔和調(diào)節(jié)阻擋層。這要求電源具有極快的響應(yīng)速度和電壓精度。因此，傳統(tǒng)的著色電源根本無(wú)法滿(mǎn)足需求。我們根據(jù)該電源的需求，設(shè)計(jì)多彩著色電源，相比傳統(tǒng)著色電源（包括柱化法、山樹(shù)法、均勻著色法等），該電源除了可以滿(mǎn)足多彩著色的要求，在替換傳統(tǒng)著色電源時(shí)還具有以下特性及優(yōu)勢(shì)。
1）采用交流三相進(jìn)線(xiàn)，無(wú)配電不對(duì)稱(chēng)等問(wèn)題；
2）正弦波畸變較小，更有利于著色；
3）不對(duì)稱(chēng)交流可根據(jù)工藝加快著色速度，提高著色質(zhì)量；
4）不對(duì)稱(chēng)交流正負(fù)半波電壓電流完全連續(xù)，比以脈沖等效的不對(duì)稱(chēng)交流著色質(zhì)量及效率更高；
5）軟起時(shí)間、軟關(guān)時(shí)間、波形過(guò)渡時(shí)間都可以在1s內(nèi)完成，傳統(tǒng)電源無(wú)法實(shí)現(xiàn)，這也是多彩著色工藝最看重的指標(biāo)之一；
6）電源可實(shí)現(xiàn)帶寬內(nèi)任意波形，兼容目前所有著色電源，同時(shí)高度的波形靈活性可以讓客戶(hù)研制出有獨(dú)立核心技術(shù)的工藝；
7）電源采用電力電子器件實(shí)現(xiàn)，除主回路開(kāi)關(guān)外，無(wú)調(diào)壓器、變頻器等一切機(jī)械式元件，可靠性大為增加；
8）體積大為縮小，一個(gè)主柜即可，節(jié)省客戶(hù)用地；
4. 多彩著色電源的應(yīng)用
本文主要介紹了多彩鋁電解著色電源，并對(duì)比分析了它相對(duì)傳統(tǒng)著色電源的優(yōu)勢(shì)。最后簡(jiǎn)要分析了多彩著色電源的應(yīng)用前景。目前，在多彩著色領(lǐng)域，無(wú)論是工藝過(guò)程、生產(chǎn)線(xiàn)，還是電源，國(guó)外都處于壟斷位置。高端的多彩著色鋁型材產(chǎn)品不是靠進(jìn)口，就是通過(guò)購(gòu)買(mǎi)昂貴的生產(chǎn)線(xiàn)及其配套設(shè)備按其規(guī)定生產(chǎn)產(chǎn)品，卻無(wú)法掌握核心技術(shù)。
我司研制的多彩著色電源首先在電源產(chǎn)品這一重要環(huán)節(jié)上打破了國(guó)外壟斷，同時(shí)，一機(jī)多用的新特性還將引領(lǐng)國(guó)內(nèi)著色電源的一次變革。
如今，我司與某鋁型材廠(chǎng)配合攻克多彩著色這一國(guó)內(nèi)技術(shù)難題，已取得良好效果。