引言：
氧化電源是鋁型材陽(yáng)極氧化過(guò)程中的重要設(shè)備，也是氧化電泳車間的主要耗電設(shè)備，近年來(lái)隨著對(duì)節(jié)能降耗和清潔生產(chǎn)的重視，很多鋁型材廠逐漸開(kāi)始使用更加節(jié)能環(huán)保的氧化高頻開(kāi)關(guān)電源，某鋁型材廠試用一臺(tái)額定功率為600Kw的某型號(hào)高頻硅機(jī)，本文通過(guò)理論計(jì)算和記錄實(shí)際耗電量，分析了該型號(hào)高頻硅機(jī)與普通硅機(jī)效率及單位膜體積耗電情況，以及高頻硅機(jī)省電規(guī)律。
一、原始數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算部分
記錄部分?jǐn)?shù)據(jù)包括：硅機(jī)號(hào)；槽溫（實(shí)測(cè)氧化槽溫度）；膜厚；面積；電流密度；設(shè)定電流、時(shí)間（按公式δ=kit計(jì)算，k=0.3）；輸出電流、輸出電壓（氧化電源控制系統(tǒng)顯示）；初始電表數(shù)、末期電表數(shù)（硅機(jī)電度度表）。
計(jì)算部分?jǐn)?shù)據(jù)包括：耗電數(shù)=末期電表數(shù)-初始電表數(shù)；實(shí)際耗電=耗電數(shù)×倍率（氧化硅機(jī)倍率=200）；理論耗電=輸出電流×輸出電壓×時(shí)間（定義理論耗電即為電流所做有用功，非純電阻電路有用功W=UIt）；效率=理論耗電÷實(shí)際耗電（η=W有用功/W總功）；膜體積=膜厚×面積；單位膜體積耗電=實(shí)際耗電/膜體積。
表1 原始數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算部分統(tǒng)計(jì)表
2.1 高頻硅機(jī)與普通硅機(jī)制備相同膜體積的氧化膜實(shí)際耗電對(duì)比
以膜體積為橫坐標(biāo)，實(shí)際耗電量為縱坐標(biāo)，分別作普通硅機(jī)和高頻硅機(jī)的XY散點(diǎn)圖，可以看出隨著膜體積的增大，耗電量也逐漸增大，通過(guò)添加趨勢(shì)線發(fā)現(xiàn)實(shí)際耗電量與膜體積呈線性關(guān)系。對(duì)于高頻硅機(jī)線性方程為y=11.23x-4.3505（相關(guān)系數(shù)R2=0.995），普通硅機(jī)線性方程y=14.581x-28.503（相關(guān)系數(shù)R2=0.9791）。因?yàn)閿?shù)據(jù)有限可能存在一定誤差，但是可以看出在膜體積低于10×10-4m3（相當(dāng)于100m2面積上做10個(gè)膜的體積）左右時(shí)，普通硅機(jī)與高頻硅機(jī)耗電量差別不大（甚至當(dāng)膜體積小于7.21×10-4m3時(shí)，普通硅機(jī)略省點(diǎn)電），但是膜體積大于10×10-4m3時(shí)，隨著膜體積的增大高頻硅機(jī)的耗電量明顯低于普通硅機(jī)，省電量隨著膜體積的增大而增大。
相同膜體積高頻硅機(jī)省電計(jì)算公式：省電率=（普通硅機(jī)耗電-高頻硅機(jī)耗電）/普通硅機(jī)耗電=（14.581V-28.503-11.23V-4.3505）/（14.581V-28.503）=（3.351V-24.1525）/（14.581V-28.503）,其中V表示膜體積。膜體積為15×10-4m3時(shí)，高頻硅機(jī)省電13.68%；膜體積為20×10-4m3（相當(dāng)于200m2面積上做10個(gè)膜的體積）時(shí)，高頻硅機(jī)省電16.30%。某廠青光料電流密度取140 A/m2，著色料電流密度取130 A/m2，而硅機(jī)輸出最大電流為23500A，對(duì)于青光料168m2為超面積料，著色料180m2為超面積料，可以看出超面積料用高頻硅機(jī)省電效果更加明顯。
圖為：高頻硅機(jī)與普通硅機(jī)同膜體積實(shí)際耗電對(duì)比
上圖用不同顏色表示1號(hào)高頻硅機(jī)和2~6號(hào)普通硅機(jī)膜體積與實(shí)際耗電關(guān)系圖，可以得到與上面相同的結(jié)論，即膜體積大于10×10-4m3時(shí)，隨著膜體積的增大高頻硅機(jī)的耗電量明顯低于2~6號(hào)普通硅機(jī)，省電量隨著膜體積的增大而增大。
2.2 高頻硅機(jī)與普通硅機(jī)制備相同膜體積的氧化膜電源效率對(duì)比
定義硅機(jī)電源效率為η=W有用功/W總功 ，從上圖可以看出隨著膜體積的增大，因?yàn)楹碾娏吭絹?lái)越大，普通硅機(jī)的電源效率有下降的趨勢(shì)，效率與膜體積的線性關(guān)系方程為y=-0.7552x+93.678。而高頻硅機(jī)電源效率沒(méi)有明顯的下降，都在88%到91%左右，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到高頻硅機(jī)效率平均值為89.76%。膜體積小于10×10-4m3時(shí)普通硅機(jī)與高頻硅機(jī)效率差別不大，但當(dāng)膜體積大于10×10-4m3時(shí)普通硅機(jī)效率明顯下降，而高頻硅機(jī)效率幾乎不變。對(duì)于普通硅機(jī)當(dāng)膜體積為20×10-4m3時(shí)，效率降至78%左右，對(duì)于超面積的料，普通硅機(jī)效率更低。這是因?yàn)槟んw積越大，用到的電流越大，氧化時(shí)間越長(zhǎng)，電流所做的無(wú)用功越多，電流通過(guò)鋁材導(dǎo)體電阻放熱越多，通過(guò)實(shí)際觀察普通硅機(jī)做10個(gè)膜并且超面積的料用23500A的大電流氧化23min以上，在不開(kāi)冰機(jī)和冷卻的情況下，槽溫會(huì)升高2~3℃（冬天水槽溫5℃左右）。
2.3 單位膜體積耗電分析
定義單位膜體積耗電量為W體積膜。公式計(jì)算推導(dǎo)：
W體積膜=W實(shí)際耗電/V=W總/δS=W有用功/ηδS=UIt/ηδS
t=δ/60ki(小時(shí)) I=i?S
則W體積膜=U/60kη=(U/1.8η)×104 kwh/m3 （公式1）
即單位體積膜消耗的電量只與電壓和電源效率有關(guān)，且與電壓成正比，與效率成反比，電源效率越高單位膜體積耗電越少。上圖2.2分析得出膜體積大于10×10-4m3時(shí)普通硅機(jī)效率明顯下降，而高頻硅機(jī)效率一直很高幾乎不變，這也驗(yàn)證了2.1的結(jié)論，膜體積大于10×10-4m3時(shí)，隨著膜體積的增大高頻硅機(jī)的耗電量明顯低于普通硅機(jī)，省電量隨著膜體積的增大而增大。
用表1中2號(hào)硅機(jī)第一組數(shù)據(jù)驗(yàn)證公式1，需要數(shù)據(jù)輸出電壓U=16V，效率η=92.63%，代入公式1中，W體積膜=(U/1.8η)×104=（16÷1.8÷0.9263）×104=9.60×104kwh/m3，查表一知道2號(hào)硅機(jī)第一組數(shù)據(jù)單位膜體積耗電為9.5×104 kwh/m3，計(jì)算數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)，另隨機(jī)取表1任意硅機(jī)（包括1號(hào)高頻硅機(jī)）的數(shù)據(jù)按公式計(jì)算的結(jié)果與表中數(shù)據(jù)相差不大，證明公式1可以用來(lái)計(jì)算單位膜體積耗電。
誤差出現(xiàn)的原因是因?yàn)殛?yáng)極氧化用恒電流模式，電壓在一定范圍內(nèi)變化，所以對(duì)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生了影響。實(shí)際生產(chǎn)溫度對(duì)電壓的影響很明顯，溫度越低，電壓越大，單位膜體積耗電越大。
2.4 高頻硅機(jī)與普通硅機(jī)單位膜體積耗電對(duì)比
通過(guò)上圖可以得出普通硅機(jī)單位膜體積耗電平均數(shù)為12.702×104kwh/m3，高頻硅機(jī)單位膜體積耗電平均數(shù)為10.878×104kwh/m3。
四、結(jié)論
某鋁型材廠氧化電泳車間氧化電源為一臺(tái)高頻硅機(jī)（1號(hào)）和五臺(tái)普通硅機(jī)（2~6號(hào)），本文通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)際記錄耗電量，對(duì)比分析了高頻硅機(jī)與普通硅機(jī)效率及單位膜體積耗電情況。
1、膜體積低于10×10-4m3（相當(dāng)于100m2面積上做10個(gè)膜的體積）時(shí)，普通硅機(jī)與高頻硅機(jī)耗電量差別不大，但是膜體積大于10×10-4m3時(shí)，隨著膜體積的增大高頻硅機(jī)的耗電量明顯低于普通硅機(jī)，省電量隨著膜體積的增大而增大。
2、省電量=普通硅機(jī)耗電-高頻硅機(jī)耗電=3.351V-24.1525，其中V表示膜體積。
省電率=（普通硅機(jī)耗電-高頻硅機(jī)耗電）/普通硅機(jī)耗電=（3.351V-24.1525）/（14.581V-28.503）,膜體積為20×10-4m3（相當(dāng)于200m2面積上做10個(gè)膜的體積）時(shí)，高頻硅機(jī)省電16.30%。
3、隨著膜體積的增大，普通硅機(jī)電源效率逐漸降低，當(dāng)膜體積為20×10-4m3時(shí)，效率降至78%左右，而高頻硅機(jī)電源效率不隨膜體積的增大而明顯變化，高頻硅機(jī)效率平均值為89.76%。
4、通過(guò)推導(dǎo)得出單位膜體積耗電公式W體積膜=(U/1.8η)×104kwh/m3，效率越高，耗電越少，所以高頻硅機(jī)單位膜體積耗電更少。
5、普通硅機(jī)單位膜體積耗電平均數(shù)為12.702×104kwh/m3，高頻硅機(jī)單位膜體積耗電平均數(shù)為10.878×104kwh/m3。