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变频式直流脉冲电磁水处理装置的研制和作用效果研究

2020-12-12阅读(351)

变频式直流脉冲电磁水处理装置的研制和作用效果研究

论文摘要

目前我国工业用水比重逐年增加,但用水效率却不高,盲目的靠浓缩提高用水效率使得系统内极易出现腐蚀、锈垢、水垢、微生物和粘泥等,不但加速了设备了老化,同时也增加了安全隐患。常用缓蚀剂等化学方法尽管效果良好,但不可避免的会造成污染,而运用超声、电场、磁场等物理方式来解决腐蚀、积垢、微生物滋生等问题的方法,不但可以降低成本,最重要的是不会引起二次污染,一时成为研究热点。目前实际应用中的电磁水处理器效果良莠不齐,而其中效果比较理想的也不能根据实际情况对脉冲频率和输出电压电流做出调整,在实际应用中有很大的局限性。由于电磁场对水的作用机理仍然不清晰,电磁激励与作用效果之间存在的内在联系也众说纷纭。因此迫切需要一种完全可控的变频式直流脉冲电磁水处理装置来适应各种不同水质,同时方便进行实验,进而帮助电磁水处理技术的理论研究。本文首先提出了变频式直流脉冲电磁水处理技术的作用原理,并分别从与装置作用效果相关的线圈电感储能、水体感生电流以及通电螺线管产生的磁场三方面建立模型,分析了装置输出频率、线圈匝数与作用效果的关系,并分别计算出不同频率和匝数对应的线圈电感储能、水体感生电流以及通电螺线管产生的磁场,确定了最佳参数范围,并以此为依据确定了装置的技术指标。本文根据系统指标以STC12C2052单片机为核心,配合IR2110驱动器驱动的H桥MOSFET驱动电路设计了一种变频式直流脉冲电磁水处理装置,并针对STC12C2052单片机进行了软件设计,实现了定频、变频、PWM输出等不同功能。该装置具有脉冲输出频率高,频率稳定度好、分辨率高、转换速度快、功率大等特点,满足实际应用和各种实验要求。此外,本文针对MOSFET驱动电路在高频大电流工作状态下工作并不稳定,时常出现振荡、上冲等问题分析了相应原因,并在电路设计上加以改进,使得输出波形更加稳定。本文利用变频式直流脉冲电磁水处理装置分别从静水和循环水两个角度设计了相关试验,研究了电磁水处理技术对水的物理性质的影响,以及线圈缠绕匝数、脉冲频率对抑垢效果的影响,并同理论计算做了比对,得到了较好的一致性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源
  • 1.2 国内外电磁水处理技术研究状况
  • 1.2.1 电磁水处理技术的发展
  • 1.2.2 电磁水处理设备简介
  • 1.2.3 变频式直流脉冲电磁水处理方法理论发展
  • 1.3 课题研究的目的和意义
  • 1.4 本文的主要研究内容
  • 第2章 变频式直流脉冲电磁水处理技术理论分析
  • 2.1 变频式直流脉冲电磁水处理装置的工作原理
  • 2.2 系统线圈储能分析及仿真
  • 2.3 系统水体感生电流分析及仿真
  • 2.4 系统电磁场分析及建模仿真
  • 2.4.1 电磁场有限元分析基本原理
  • 2.4.2 电磁场边界条件
  • 2.4.3 基于ANSYS 的2-D 电磁场建模分析
  • 2.5 变频式直流脉冲电磁水处理装置需求分析和技术指标
  • 2.6 本章小结
  • 第3章 变频式直流脉冲电磁水处理装置硬件设计
  • 3.1 水处理装置硬件总体方案
  • 3.2 STC12C2052AD 单片机应用设计
  • 3.2.1 单片机最小系统
  • 3.3 固定频率脉冲发生电路
  • 3.4 矩阵键盘电路
  • 3.5 LCD 显示电路
  • 3.6 H 桥功率放大电路
  • 3.7 高频大电流MOSFET 驱动电路设计
  • 3.7.1 MOSFET 工作原理
  • 3.7.2 影响功率MOSFET 开关速度的因素分析
  • 3.7.3 高频情况下MOSFET 突波抑制探讨
  • 3.7.4 典型MOSFET 驱动电路
  • 3.7.5 死区电路设计
  • 3.7.6 基于IR2110 的MOSFET 驱动电路
  • 3.7.7 PCB 设计优化
  • 3.8 本章小结
  • 第4章 变频式直流脉冲电磁水处理装置软件设计
  • 4.1 高速脉冲输出原理
  • 4.2 主控制框架
  • 4.3 系统初始化
  • 4.4 高速脉冲输出
  • 4.4.1 PCA 高速输出模式初始化
  • 4.4.2 工作方式配置
  • 4.4.3 定时器1 中断
  • 4.4.4 PCA 中断
  • 4.5 PWM 脉宽调制输出
  • 4.5.1 PWM 输出模式初始化
  • 4.5.2 工作方式配置
  • 4.5.3 定时器0 中断
  • 4.6 人机交互软件设计
  • 4.6.1 矩阵键盘输入模块软件设计
  • 4.6.2 矩阵键盘返回值处理
  • 4.6.3 LCD 显示模块软件设计
  • 4.7 本章小结
  • 第5章 电磁水处理系统作用效果试验分析
  • 5.1 变频式电磁水处理系统指标和功能测试
  • 5.1.1 变频式脉冲信号源空载测试
  • 5.1.2 变频式直流脉冲电磁水处理系统测试
  • 5.2 静水电磁处理实验和分析
  • 5.2.1 实验平台的搭建
  • 5.2.2 电磁场水处理对水表面张力的影响
  • 5.2.3 电磁场处理对静水防垢抑垢效果的影响
  • 5.3 循环水电磁处理实验和分析
  • 5.3.1 实验平台的搭建
  • 5.3.2 电磁场处理对循环水水防垢抑垢效果的影响
  • 5.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢

    • 相关论文文献

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