引言：

氧化電源是鋁型材陽極氧化過程中的重要設備，也是氧化電泳車間的主要耗電設備，近年來隨著對節能降耗和清潔生產的重視，很多鋁型材廠逐漸開始使用更加節能環保的氧化高頻開關電源，某鋁型材廠試用一臺額定功率為600Kw的某型號高頻硅機，本文通過理論計算和記錄實際耗電量，分析了該型號高頻硅機與普通硅機效率及單位膜體積耗電情況，以及高頻硅機省電規律。

一、原始數據記錄及計算部分

記錄部分數據包括：硅機號；槽溫（實測氧化槽溫度）；膜厚；面積；電流密度；設定電流、時間（按公式δ=kit計算，k=0.3）；輸出電流、輸出電壓（氧化電源控制系統顯示）；初始電表數、末期電表數（硅機電度度表）。

計算部分數據包括：耗電數=末期電表數-初始電表數；實際耗電=耗電數×倍率（氧化硅機倍率=200）；理論耗電=輸出電流×輸出電壓×時間（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=實際耗電/膜體積。

表1  原始數據記錄及計算部分統計表

2.1 高頻硅機與普通硅機制備相同膜體積的氧化膜實際耗電對比 

以膜體積為橫坐標，實際耗電量為縱坐標，分別作普通硅機和高頻硅機的XY散點圖，可以看出隨著膜體積的增大，耗電量也逐漸增大，通過添加趨勢線發現實際耗電量與膜體積呈線性關系。對于高頻硅機線性方程為y=11.23x-4.3505（相關系數R2=0.995），普通硅機線性方程y=14.581x-28.503（相關系數R2=0.9791）。因為數據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（相當于100m2面積上做10個膜的體積）左右時，普通硅機與高頻硅機耗電量差別不大（甚至當膜體積小于7.21×10-4m3時，普通硅機略省點電），但是膜體積大于10×10-4m3時，隨著膜體積的增大高頻硅機的耗電量明顯低于普通硅機，省電量隨著膜體積的增大而增大。

相同膜體積高頻硅機省電計算公式：省電率=（普通硅機耗電-高頻硅機耗電）/普通硅機耗電=（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，高頻硅機省電13.68%；膜體積為20×10-4m3（相當于200m2面積上做10個膜的體積）時，高頻硅機省電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，而硅機輸出最大電流為23500A，對于青光料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省電效果更加明顯。

圖為：高頻硅機與普通硅機同膜體積實際耗電對比 

上圖用不同顏色表示1號高頻硅機和2~6號普通硅機膜體積與實際耗電關系圖，可以得到與上面相同的結論，即膜體積大于10×10-4m3時，隨著膜體積的增大高頻硅機的耗電量明顯低于2~6號普通硅機，省電量隨著膜體積的增大而增大。

2.2 高頻硅機與普通硅機制備相同膜體積的氧化膜電源效率對比 

定義硅機電源效率為η=W有用功/W總功 ，從上圖可以看出隨著膜體積的增大，因為耗電量越來越大，普通硅機的電源效率有下降的趨勢，效率與膜體積的線性關系方程為y=-0.7552x+93.678。而高頻硅機電源效率沒有明顯的下降，都在88%到91%左右，統計計算得到高頻硅機效率平均值為89.76%。膜體積小于10×10-4m3時普通硅機與高頻硅機效率差別不大，但當膜體積大于10×10-4m3時普通硅機效率明顯下降，而高頻硅機效率幾乎不變。對于普通硅機當膜體積為20×10-4m3時，效率降至78%左右，對于超面積的料，普通硅機效率更低。這是因為膜體積越大，用到的電流越大，氧化時間越長，電流所做的無用功越多，電流通過鋁材導體電阻放熱越多，通過實際觀察普通硅機做10個膜并且超面積的料用23500A的大電流氧化23min以上，在不開冰機和冷卻的情況下，槽溫會升高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。公式計算推導：

W體積膜=W實際耗電/V=W總/δS=W有用功/ηδS=UIt/ηδS

t=δ/60ki(小時)   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，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時普通硅機效率明顯下降，而高頻硅機效率一直很高幾乎不變，這也驗證了2.1的結論，膜體積大于10×10-4m3時，隨著膜體積的增大高頻硅機的耗電量明顯低于普通硅機，省電量隨著膜體積的增大而增大。

用表1中2號硅機第一組數據驗證公式1，需要數據輸出電壓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號硅機第一組數據單位膜體積耗電為9.5×104 kwh/m3，計算數據在誤差范圍內，另隨機取表1任意硅機（包括1號高頻硅機）的數據按公式計算的結果與表中數據相差不大，證明公式1可以用來計算單位膜體積耗電。

誤差出現的原因是因為陽極氧化用恒電流模式，電壓在一定范圍內變化，所以對計算結果產生了影響。實際生產溫度對電壓的影響很明顯，溫度越低，電壓越大，單位膜體積耗電越大。

2.4 高頻硅機與普通硅機單位膜體積耗電對比 

通過上圖可以得出普通硅機單位膜體積耗電平均數為12.702×104kwh/m3，高頻硅機單位膜體積耗電平均數為10.878×104kwh/m3。

四、結論 

某鋁型材廠氧化電泳車間氧化電源為一臺高頻硅機（1號）和五臺普通硅機（2~6號），本文通過理論計算和實際記錄耗電量，對比分析了高頻硅機與普通硅機效率及單位膜體積耗電情況。

1、膜體積低于10×10-4m3（相當于100m2面積上做10個膜的體積）時，普通硅機與高頻硅機耗電量差別不大，但是膜體積大于10×10-4m3時，隨著膜體積的增大高頻硅機的耗電量明顯低于普通硅機，省電量隨著膜體積的增大而增大。

2、省電量=普通硅機耗電-高頻硅機耗電=3.351V-24.1525，其中V表示膜體積。

省電率=（普通硅機耗電-高頻硅機耗電）/普通硅機耗電=（3.351V-24.1525）/（14.581V-28.503）,膜體積為20×10-4m3（相當于200m2面積上做10個膜的體積）時，高頻硅機省電16.30%。

3、隨著膜體積的增大，普通硅機電源效率逐漸降低，當膜體積為20×10-4m3時，效率降至78%左右，而高頻硅機電源效率不隨膜體積的增大而明顯變化，高頻硅機效率平均值為89.76%。

4、通過推導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，所以高頻硅機單位膜體積耗電更少。

5、普通硅機單位膜體積耗電平均數為12.702×104kwh/m3，高頻硅機單位膜體積耗電平均數為10.878×104kwh/m3。