扫频电磁场除垢装置的研制

论文摘要

随着现代工业的迅速发展,工业生产中需要大量的水用于换热设备。然而换热设备的水垢沉积会给工业设备及工业生产带来严重的危害。水溶液在工业设备中受热使溶液中的钙镁离子加速形成难容解的垢盐,并附着在管道及容器壁上形成水垢。不仅降低热传导效率,还会腐蚀设备造成能源资源浪费。因此,研制一套安全高效节能的防垢除垢装置对工业生产具有重大意义。本文针对现有的电磁水处理器频率单一、频谱范围窄、不能对不同环境进行频率自动选择及处理效果差等缺点,设计了一种扫频电磁场除垢装置。利用单相全桥逆变电路将控制器产生的单极性PWM波转换成双极性脉冲信号,通过感性负载RL将双极性脉冲信号调制成正负对称的三角波。利用含有大量高次谐波的三角波,结合扫频方式产生的扫频电磁场对水垢进行处理,并且根据不同的水体环境自动选择输出最佳的扫频范围。首先,介绍扫频电磁场除垢机理,通过对三角波进行傅里叶级数展开分析以及Matlab建模仿真,分析三角波的频谱图,得出扫频三角波产生的扫频电磁场对除垢的影响效果。利用ANSYS磁场分析软件,分别从电磁转换装置的线圈匝数、管道材料及管道内径等参数对磁场强度的影响进行仿真分析,优选出本装置最合适的绕线匝数和管道。其次,设计三角波发生装置的硬件电路,利用MC9S12XS128单片机设计控制部分的频率自动选择系统,根据采样信号选择输出最佳扫频信号。最后,搭建扫频磁场除垢装置的实验平台,验证除垢系统的实际效果。通过测量各个固定频率和不同扫频范围下的除垢效果,验证了本文设计的扫频电磁场除垢装置具有良好的防垢除垢效果,相比于固定频率的水处理器有更好的环境适应性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 化学除垢法
•     1.2.2 物理除垢法
•   1.3 本文设计方案简介
•   1.4 本文研究主要研究内容和主要创新点
•   1.5 本章小结
• 第二章 扫频电磁场除垢装置的基本原理及理论分析
•   2.1 扫频电磁场除垢机理
•   2.2 三角波抑垢除垢理论分析
•     2.2.1 三角波傅利叶级数展开
•     2.2.2 基于Matlab的仿真分析
•   2.3 三角波形成原理
•     2.3.1 基于比较器和积分器产生三角波
•     2.3.2 利用电感充放电
•     2.3.3 方案综合分析
•   2.4 单相全桥逆变电路
•     2.4.1 单相全桥逆变电路的基本原理
•     2.4.2 全桥逆变仿真分析
•   2.5 本章小结
• 第三章 电磁转换装置的电磁场分析及建模仿真
•   3.1 电磁场有限元分析基本原理
•   3.2 密绕螺线管磁场分析
•     3.2.1 单匝线圈电流磁场强度分析
•     3.2.2 多匝线圈电流磁场强度分析
•   3.3 磁场仿真软件介绍
•     3.3.1 ANSYS Electrionics软件介绍
•     3.3.2 求解及建模原则
•   3.4 基于ANSYS Electrionics的螺线管磁场仿真
•     3.4.1 不同材料管道的磁场强度仿真
•     3.4.2 不同绕线匝数的磁场强度仿真
•     3.4.3 不同管道直径的磁场强度仿真
•   3.5 本章小结
• 第四章 扫频电磁场除垢装置的主电路及控制部分设计
•   4.1 扫频电磁场除垢装置的总体设计
•     4.1.1 扫频电磁场除垢装置的结构框图
•     4.1.2 扫频电磁场除垢装置的主电路
•   4.2 单相桥式不可控整流电路的设计
•     4.2.1 电容滤波的单相不可控整流
•     4.2.2 整流桥的选择
•     4.2.3 滤波电容的选择
•   4.3 降压斩波电路的设计
•     4.3.1 Buck电路选择
•     4.3.2 Buck斩波电路开关管的选型
•   4.4 逆变电路的设计
•     4.4.1 逆变电路的选择
•     4.4.2 开关器件的选择
•     4.4.3 关断缓冲电路的设计
•   4.5 全桥驱动信号放大电路
•     4.5.1 光耦隔离驱动电路设计
•     4.5.2 辅助电源设计
•   4.6 扫频电磁场控制电路
•     4.6.1 控制芯片介绍
•     4.6.2 电流检测单元
•     4.6.3 频率调节系统设计
•   4.7 本章小结
• 第五章 扫频电磁场应用于水垢去除的实验分析
•   5.1 实验装置搭建
•     5.1.1 整体装置设计
•     5.1.2 系统硬件搭建
•   5.2 扫频电磁场除垢实验研究
•     5.2.1 实验方法
•     5.2.2 实验测量方法
•     5.2.3 实验结果分析
•   5.3 不同电压幅值的实验研究
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 本文工作总结
•   6.2 工作展望
• 参考文献
• 插图清单
• 表格清单
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯相永

导师: 冯德仁

关键词: 扫频,自动选频,三角波,交变磁场,除垢

来源: 安徽工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,动力工程,无线电电子学

单位: 安徽工业大学

分类号: TK172;O441.4

DOI: 10.27790/d.cnki.gahgy.2019.000005

总页数: 79

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