缠绕式电脉冲水处理器负载特性及高频电源的研制

发布时间：2017-07-18 16:22

  本文关键词：缠绕式电脉冲水处理器负载特性及高频电源的研制

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【摘要】：在生产和生活中,循环水中杂质成分会在管道内壁结垢,进而腐蚀管道,水垢不仅加速了设备的老化,同时也增加了安全隐患。长期以来,人们对除防垢机理进行了大量的研究,发现电磁水处理法是一种高效的物理水处理方法,且具有操作简单、绿色环保等优点。但目前市场上的电磁水处理器因为输出单一固定频率、环境适应性差、输出功率小等缺点,水垢处理效果并不理想。本文在针对现有的电磁水处理器的缺点,设计了一种缠绕式电脉冲水处理装置,可以根据水质环境的变化实时的调整输出正弦电磁场的频率,且有效的提高了除防垢的效率。本文首先分析了缠绕式电脉冲水处理器的工作原理,建立了决定除垢效率的溶液感生电流的解析模型,根据等效电路列出微分方程组求出溶液感生电流,利用感生电流对溶液的做功平均功率来衡量水处理器的工作效率,得出了平均功率和激磁信号以及激磁线圈尺寸的函数关系。通过对水处理器的负载特性进行理论分析,并以此为依据确定装置的技术指标。其次,本文选择了电压型逆变器作为高频电源主电路结构,通过对水处理器高频电源常用调功方式的特点进行分析和比较,提出了电流过零锁相感性PWM方式的高频电源更适合水处理器负载的特点,分析了基于电流过零锁相感性PWM方式的高频电源控制方式的实现原理和主电路换流过程。再次,根据技术指标分别从主电路和控制电路两部分对水处理器进行设计和研制。通过对主电路中各电路拓扑选择和器件参数分析进行研究,给出了水处理主电路的硬件设计,控制电路则主要以MC9S12XS128单片机为核心,配合CD4046锁相环的频率跟踪技术,实现了水处理器实时输出谐振频率,功率调节和电源故障保护等功能。最后,本文设计了三组对照试验,通过测量缠绕在加湿罐上的线圈电感值以及观察水桶内水体浑浊度来验证除垢效果。试验结果表明:本文设计的电脉冲水处理器装置具有良好的除垢效果,且对环境的适应能力更强。
【关键词】：电脉冲水处理器 感生电流 高频电源 电流过零锁相
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ085;TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题来源10-11
• 1.1.1 工业用水现状10
• 1.1.2 工业用水面临的挑战10-11
• 1.1.3 工业用水常规处理方法11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 化学水处理法11
• 1.2.2 物理水处理法11-14
• 1.2.3 缠绕式电脉冲水处理器的原理14-16
• 1.3 课题研究的目的和意义16
• 1.4 本文的研究内容16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第二章 缠绕式电脉冲水处理技术理论分析18-29
• 2.1 缠绕式电脉冲水处理器的工作原理18-19
• 2.2 系统数学模型建立19-20
• 2.3 溶液感生电流表达式的求解20-22
• 2.4 关键参数和平均功率的函数关系22-25
• 2.5 感生电流模型仿真验证25-27
• 2.5.1 有限元法及ANSYS的简单介绍25-26
• 2.5.2 基于ANSYS的电磁场建模分析26-27
• 2.6 缠绕式电脉冲水处理器的技术指标27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 缠绕式电脉冲水处理器高频电源的研究29-43
• 3.1 系统电源的组成结构29-30
• 3.2 逆变器的基本拓扑结构30-31
• 3.3 串联谐振负载电路理论分析31-34
• 3.4 直流侧调功方式的特点34-37
• 3.4.1 相控式整流电路34
• 3.4.2 PWM整流电路34-35
• 3.4.3 直流斩波电路35
• 3.4.4 逆变器的工作情况分析35-37
• 3.5 逆变侧调功方式的特点37-42
• 3.5.1 脉冲密度调制（PDM）37
• 3.5.2 脉冲频率调制（PFM）37-38
• 3.5.3 脉冲宽度调制（PWM）38-40
• 3.5.4 感性移相PWM调功方式理论分析40-42
• 3.5.4.1 感性移相PWM调功方式技术分析40-41
• 3.5.4.2 过零锁相感性移相PWM换流过程分析41-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 缠绕式电脉冲水处理器主电路及控制设计43-66
• 4.1 主电路基本结构43
• 4.2 整流侧主电路参数设计43-47
• 4.2.1 单相整流桥的设计43-44
• 4.2.2 滤波电路设计44-45
• 4.2.3 降压斩波电路45-47
• 4.3 逆变侧主电路设计47-51
• 4.3.1 逆变电路的选择47
• 4.3.2 功率管的参数选择47-48
• 4.3.3 驱动信号放大电路实现48-50
• 4.3.4 电磁转换电路的器件参数50-51
• 4.4 缠绕式电脉冲水处理器控制电路51-52
• 4.5 锁相环控制电路52-56
• 4.5.1 锁相环的基本原理52
• 4.5.2 锁相环的数学模型52-54
• 4.5.3 锁相芯片CD4046的介绍54-55
• 4.5.4 CD4046频率跟踪测试波形55-56
• 4.6 基于CD4046的频率跟踪控制电路设计56-60
• 4.6.1 他激转自激的启动电路58
• 4.6.2 采样电流的过零比较电路58-59
• 4.6.3 死区形成电路59-60
• 4.7 基于Freescale单片机的移相控制电路研究60-61
• 4.8 电源故障保护电路61-63
• 4.8.1 过流保护电路62
• 4.8.2 过压保护电路62
• 4.8.3 过热保护电路62
• 4.8.4 故障保护信号的处理62-63
• 4.9 控制系统整体程序框架63-66
• 第五章 缠绕式电脉冲水处理器效果试验验证66-71
• 5.1 实验原理及过程66
• 5.2 实验设计66-67
• 5.3 水处理器的样机研制67-68
• 5.4 实验记录68-69
• 5.5 实验分析及结论69-70
• 5.6 本章小结70-71
• 总结与工作展望71-73
• 图表清单73-75
• 参考文献75-78
• 在学研究成果78-79
• 致谢79

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本文编号：558630