浅谈传统段整流直流电连续性问题

1 引言

目前，国内各大汽车生产涂装车间使用的主要电泳方式是阴极整流直流电泳工艺（即车身与阴极相连），采用7段（或4段）整流，保证车身在各个不同区间在不同电压作用下完成良好的电泳过程，形成致密的电泳漆膜，为车身提供优良的防腐性能。相对于目前新兴的IGBT控制电泳方式，传统阴极整流直流电泳工艺主要由以下优点：设备稳定、效率高、带载能力强、对环境适应性强、漆膜均匀，可根据个性化设定获得不同需求的电压曲线。

下面根据一汽-大众汽车有限公司成都分公司涂装使用的7段阴极整流直流电系统做相应的介绍。

2 阴极电泳原理介绍

2.1 基本原理

所谓阴极电泳，是指通过六脉冲触发器，将三相正弦交流电（一般不直接使用400V工业用电，而是通过10KV变压器通过二次变压获得电压可选的交流电，电压一般为336V、420V或600V，以便适应现场的各种需求，现场一般选用420V电压等级），经过整流、滤波、稳压等步骤后，可以得到0-500V可调的直流电。在车身电泳过程中，车身与阴极（即直流电的负极）相连，电泳槽体两侧阳极板带为阳极（即直流电的正极），如图1所示。阴极电泳涂料所含的树脂带有碱性基团，经酸中和后成盐而溶于水。通直流电后，酸根负离子向阳极移动，树脂离子及其包裹的颜料粒子带正电荷向阴极移动，并沉积在阴极上，这就是电泳涂装的基本原理（俗称镀漆），如图2所示。

图1 阴极电泳现场阳极与阴极分布图

图2 阴极电泳原理示意图

2.2 7段整流电泳系统

所谓7段整流，是指由7个整流器系统组成的电泳系统，由于阴极电泳的阳极是共同相连，具有相等的电势，而不同的电压主要依靠阴极的电势高低来进行调整。为此，阴极电泳的阴极是分成不同区域并相互绝缘的。本文中介绍的7段整流共有8段阴极铜排（8段铜排的第1段主要用于选择设置车身是否带电进入电泳槽体，后面7段为主要的各整流器通电工作段）。

2.3 阴极电泳电压控制

图3 打火导致电泳阴极铜排烧蚀、熔化

前文讲到，阴极电泳的每一个铜排都连接了1个整流器系统，可以设置不同高低的电压值，所以当输送（如：RODIP）载具在跨越2个不同电压的铜排时，如果电压不一致，则会出现大电流从高电势往低电势瞬间流动，形成短路电流，表现为打火、巨大火花甚至烧蚀铜排。如图3所示。

为了保证输送载具在跨越不同铜排时，保持相等的电压值，在逻辑控制程序中，设置了如下规则。如图4所示，当上2个:载具（A）、载具（B），此时，整流器3向母排3供电，整流器4向母排4供电。

图4 母排供电原理

当载具（B）离开铜排4时，则整流器4断开，铜排4电压降为0，如图5所示。

图5 母排断开整流器

此时，托架A即将离开母排3进入母排4，为保证母排3和母排4电压相等，必须启动耦合可控硅，将铜排3与铜排4连接，这样就实现了铜排3与铜排4的等电压，如图6所示。

图6 耦合可控硅工作

图7 完成等电压跨越母排

当托架（A）完全进入母排4时，母排3与整流器3断开连接，母排3电压降为0；母排4重新与整流器4建立连接，电压上升至该段母排设定值，如图7所示。

3 阴极电泳电压曲线缺陷

3.1 电泳工艺对电压的要求

阴极电泳的整流器为电泳系统提供直流电，阳极及阴极分经过电解、电泳、电沉积、电渗的过程，在阴极上发生以下反应：

2H2O+2e－→H2+2OH－

而在阳极发生：

2H2O → 4H+ +O2+4e－

如果电压过大或者电压上升速率过高，那么在阴极的反应就会急剧增大，进而产生大量H2，此时车身上的漆膜并未完全形成，从底层钢板生成的H2就会从漆膜下方不断增大，最终发生“爆破”，形成针孔，电泳层出现坑洞。如图8所示，为某汽车生产厂涂装车间电泳车身切片试验图。

图8 电泳车身切片试验图

由上图可以看出，车身上出现了类似“火山口”的凹坑，经过对比各层厚度，锁定凹坑发生在电泳层上。为此，车身电压曲线的稳定性、连续性对车身漆膜质量起着至关重要的作用。

3.2 问题描述

某涂装生产线通过利用通过电压－时间跟踪的潜水艇试验，获得以下曲线：

文章来源：《电镀与精饰》 网址: http://www.ddyjszz.cn/qikandaodu/2021/0304/456.html