CN109379798B - 一种磁控管驱动电源及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁控管驱动电源及控制方法，属于磁控管技术领域。该磁控管驱动电源包括电源变换电路包括电压变压器，磁控管的灯丝端和阳极端分别与电压变压器连接，电压变压器用于向磁控管的阳极和灯丝提供电压；电压变压器的输出端与控制模块的控制端连接；控制模块处理取样模块的信号并控制阳极和灯丝的电压，控制模块包括PLC可编程逻辑控制器、PLC扩展模块；取样模块包括灯丝取样模块和阳极取样模块，灯丝取样模块用于采集磁控管灯丝的电流及电压并将信号传送给控制模块；阳极取样模块用于采集磁控管阳极的电流及电压并将信号传送给控制模块。本发明采用控制模块控制磁控管的阳极电流和灯丝电流的方法，实现对磁控管电源的智能化控制功能。

Description

一种磁控管驱动电源及控制方法
技术领域
本发明涉及一种磁控管驱动电源及控制方法，属于磁控管技术领域。。
背景技术
传统的磁控管驱动电源控制方法为变频电源控制（见图1），以变频电源控制形式的磁控管控制电源主要首先发送开关控制信号，通过变压器加载灯丝电压，然后根据灯丝功率进而控制磁控管。近年来大多是利用变频电源对磁控管控制的方案，但都未实现磁控管控制电源的智能化。磁控管驱动电源及控制方法专利中，虽然可以实现磁控管输出功率调节，但是存在以下问题：开关管支路的开光管数量复杂众多和变压器输出支路错综交接容易发生故障。磁控管变频电源电路启动过程控制方法专利采用整流滤波和频率/脉宽调制的方法解决了现有的磁控管启动过程中易造成次级整流二极管承受过高反向电压和启动一致性的问题，但是其电源电路启动过程控制方法过程过于复杂，带来过多电力消耗。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种磁控管驱动电源及控制方法；本发明的磁控管驱动电源可实时监控磁控管阳极和磁控管灯丝的电压和电流，根据灯丝电压值和阳极电流值控制磁控管的运行，不同于传统型磁控管通过灯丝功率进而控制磁控管，可解决现有的磁控管启动过程中易造成次级整流二极管承受过高反向电压和启动一致性等问题。
磁控管驱动电源的控制方法为以软启动的方式加载磁控管灯丝电压，以磁控管灯丝电压和磁控管灯丝电流为判断根据，加载磁控管阳极电压，再根据磁控管阳极电压和磁控管阳极电流反馈调节磁控管灯丝和磁控管阳极的电压直至磁控管正常起振，并实时监测磁控管阳极和磁控管灯丝的电流和电压控制磁控管实现智能化。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是：
一种磁控管驱动电源，包括电源变换电路、取样模块和控制模块，
电源变换电路包括电压变压器，磁控管的灯丝端和阳极端分别与电压变压器连接，电压变压器用于向磁控管的阳极和灯丝提供电压；电压变压器的输出端与控制模块的控制端连接；
控制模块处理取样模块的信号并控制阳极和灯丝的电压，控制模块包括PLC可编程逻辑控制器、PLC扩展模块；
取样模块包括灯丝取样模块和阳极取样模块，灯丝取样模块用于采集磁控管灯丝的电流及电压并将信号传送给控制模块，具体包括灯丝电压变送器（PT1）和灯丝电流变送器（CT1），灯丝电压变送器（PT1）串联在PLC扩展模块的B+端口和B-端口之间且灯丝电压变送器（PT1）与磁控管的灯丝并联在灯丝电源两端，灯丝电流变送器（CT1）的一端接PLC扩展模块的C-端且另一端分别接RC端、C+端，磁控管的灯丝输入电导线穿过灯丝电流变送器（CT1）的导线穿孔；阳极取样模块用于采集磁控管阳极的电流及电压并将信号传送给控制模块，具体包括阳极电压变送器（PT2）和阳极电流变送器（CT2），阳极电压变送器（PT2）串联在PLC扩展模块的A+端和A-端之间且阳极电压变送器（PT2）与磁控管的阳极并联在阳极电源两端；电流变送器（CT2）的一端接PLC扩展模块的C-端且另一端分别接RC端、C+端，磁控管的阳极输入电导线穿过阳极电流变送器（CT2）的导线穿孔；
所述控制模块还包括继电器组，继电器组由继电器（KA1）、继电器（KA2）和继电器（KA3）组成，电压变压器包括高压绕组和低压绕组，继电器（KA1）的常开触点和继电器（KA3）的常开触点并联后连接在低压绕组和灯丝电压输入端之间，继电器（KA2）的常开触点串联在高压绕组和阳极电压的输入端之间；PLC可编程逻辑控制器的输出端控制继电器（KA1）、继电器（KA2）和继电器（KA3）的常开触点的闭合状态以控制灯丝和阳极两端的电压；
所述继电器（KA1）的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q0和交流电220V电压之间，继电器（KA2）的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q1和交流电220V电压之间；继电器（KA3）的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q2和交流电220V电压之间；
所述控制模块还包括启动按钮（SB）、停止按钮（SBS）和急停按钮（SBE），启动按钮（SB）的常开触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I0和24VDC电源L+端之间，停止按钮（SBS）的常闭触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I1和24VDC电源L+端之间；急停按钮（SBE）的常闭触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I2和24VDC电源L+端之间；
所述控制模块还包括报警灯，报警灯串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q3和交流电220V电压之间。
一种磁控管驱动电源的控制方法，具体步骤如下：
（1）上电后，按下启动按钮（SB），控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器（KA1）发出开关控制信号，磁控管的灯丝电压以软启动的方式加载电压，可避免直接加载额定电压对磁控管灯丝的冲击，降低磁控管灯丝损坏的概率，同时取样模块的灯丝电压变送器（PT1）对灯丝电压进行取样并将灯丝电压取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块，取样模块的灯丝电流变送器（CT1）对灯丝电流进行取样并将灯丝电流取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；
（2）根据取样模块中灯丝电压变送器（PT1）所取样的灯丝电压取样信号判断出磁控管灯丝电压是否达到预设的灯丝电压值，根据取样模块中灯丝电流变送器（CT1）所取样的灯丝电流取样信号判断出磁控管的灯丝电流是否趋近于稳定值：
若达到预设的灯丝电压值，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器（KA3）发出开关控制信号降低磁控管的灯丝电压和磁控管的灯丝电流以延长磁控管的寿命，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器（KA2）发出开关控制信号以2000V为起始电压逐步加压加载磁控管的阳极电压；同时取样模块的阳极电压变送器（PT2）对磁控管的阳极电压进行取样并将阳极电压取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；取样模块的阳极电流变送器（CT2）对磁控管的阳极电流进行取样并将阳极电流取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；
若未达到预设的灯丝电压值，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向报警灯发出开关控制信号，报警灯工作并显示灯丝电路故障；
（3）根据取样模块中阳极电压变送器（PT2）所取样的阳极电压取样信号判断出磁控管阳极电压是否达到预设的阳极电压阶段值，根据取样模块中阳极电流变送器（CT2）所取样的阳极电流取样信号判断出磁控管的阳极电流是否达到预设的阳极电流阶段值：
若阳极电流i接近0mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管不能起振故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i接近320mA时，磁控管正常工作；
若阳极电流i为330 mA≤i且＜350mA并持续5秒后，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示显示磁控管阳极过电流故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i为350 mA≤i且＜380mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管温度过高故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i为i≥380 mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管阳极大电流故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电压调到额定电压4000V时且阳极电流i为i＜200 mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管寿命故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁。
本发明的有益效果：
（1）本发明中继电器（KA1）控制磁控管灯丝电压以软启动的方式加载电压，可避免直接加载额定电压对磁控管灯丝的冲击，降低磁控管灯丝损坏的概率；继电器（KA3）起到降低磁控管灯丝电压的作用，当磁控管正常起振后，可适当的降低磁控管灯丝电压和磁控管灯丝电流以延长磁控管的寿命；
（2）本发明中继电器（KA2）起到加载磁控管阳极电压的作用，以2000V为起始电压逐步加压至3000V加载磁控管的阳极电压；当磁控管已起振工作，则根据设定的磁控管阳极电流来调整磁控管阳极电压，使磁控管阳极实际电流趋近于额定电流以达到使磁控管长期稳定工作的目的；
（3）本发明的磁控管驱动电源可实时监控磁控管阳极和磁控管灯丝的电压和电流，根据灯丝电压值和阳极电流值控制磁控管的运行，不同于传统型磁控管通过灯丝功率进而控制磁控管，可解决现有的磁控管启动过程中易造成次级整流二极管承受过高反向电压和启动一致性等问题；
（4）本发明磁控管驱动电源的控制方法为以软启动的方式加载磁控管灯丝电压，以磁控管灯丝电压和磁控管灯丝电流为判断根据，加载磁控管阳极电压，再根据磁控管阳极电压和磁控管阳极电流反馈调节磁控管灯丝和磁控管阳极的电压直至磁控管正常起振，并实时监测磁控管阳极和磁控管灯丝的电流和电压控制磁控管实现智能化；
（5）本发明的磁控管驱动电源的结构简单，可实现磁控管电源控制的智能化。
附图说明
图1为传统型磁控管电源控制框图；
图2为本发明磁控管电源控制框图；
图3为磁控管电源控制电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图2~3所示，一种磁控管驱动电源，包括电源变换电路、取样模块和控制模块，
电源变换电路包括电压变压器，磁控管的灯丝端和阳极端分别与电压变压器连接，电压变压器用于向磁控管的阳极和灯丝提供电压；电压变压器的输出端与控制模块的控制端连接；
控制模块处理取样模块的信号并控制阳极和灯丝的电压，控制模块包括PLC可编程逻辑控制器、PLC扩展模块；
取样模块包括灯丝取样模块和阳极取样模块，灯丝取样模块用于采集磁控管灯丝的电流及电压并将信号传送给控制模块，具体包括灯丝电压变送器（PT1）和灯丝电流变送器（CT1），灯丝电压变送器（PT1）串联在PLC扩展模块的B+端口和B-端口之间且灯丝电压变送器（PT1）与磁控管的灯丝并联在灯丝电源两端，灯丝电流变送器（CT1）的一端接PLC扩展模块的C-端且另一端分别接RC端、C+端，磁控管的灯丝输入电导线穿过灯丝电流变送器（CT1）的导线穿孔；阳极取样模块用于采集磁控管阳极的电流及电压并将信号传送给控制模块，具体包括阳极电压变送器（PT2）和阳极电流变送器（CT2），阳极电压变送器（PT2）串联在PLC扩展模块的A+端和A-端之间且阳极电压变送器（PT2）与磁控管的阳极并联在阳极电源两端；电流变送器（CT2）的一端接PLC扩展模块的C-端且另一端分别接RC端、C+端，磁控管的阳极输入电导线穿过阳极电流变送器（CT2）的导线穿孔；
本实施例所述控制模块还包括继电器组，继电器组由继电器（KA1）、继电器（KA2）和继电器（KA3）组成，电压变压器包括高压绕组和低压绕组，继电器（KA1）的常开触点和继电器（KA3）的常开触点并联后连接在低压绕组和灯丝电压输入端之间，继电器（KA2）的常开触点串联在高压绕组和阳极电压的输入端之间；PLC可编程逻辑控制器的输出端控制继电器（KA1）、继电器（KA2）和继电器（KA3）的常开触点的闭合状态以控制灯丝和阳极两端的电压；
本实施例所述继电器（KA1）的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q0和交流电220V电压之间，继电器（KA2）的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q1和交流电220V电压之间；继电器（KA3）的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q2和交流电220V电压之间；
本实施例所述控制模块还包括启动按钮（SB）、停止按钮（SBS）和急停按钮（SBE），启动按钮（SB）的常开触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I0和24VDC电源L+端之间，停止按钮（SBS）的常闭触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I1和24VDC电源L+端之间；急停按钮（SBE）的常闭触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I2和24VDC电源L+端之间；
所述控制模块还包括报警灯，报警灯串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q3和交流电220V电压之间。
一种磁控管驱动电源的控制方法，具体步骤如下：
（1）上电后，按下启动按钮（SB），控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器（KA1）发出开关控制信号，磁控管的灯丝电压以软启动的方式加载电压，可避免直接加载额定电压对磁控管灯丝的冲击，降低磁控管灯丝损坏的概率，同时取样模块的灯丝电压变送器（PT1）对灯丝电压进行取样并将灯丝电压取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块，取样模块的灯丝电流变送器（CT1）对灯丝电流进行取样并将灯丝电流取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；
（2）根据取样模块中灯丝电压变送器（PT1）所取样的灯丝电压取样信号判断出磁控管灯丝电压是否达到预设的灯丝电压值，根据取样模块中灯丝电流变送器（CT1）所取样的灯丝电流取样信号判断出磁控管的灯丝电流是否趋近于稳定值：
若达到预设的灯丝电压值，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器（KA3）发出开关控制信号降低磁控管的灯丝电压和磁控管的灯丝电流以延长磁控管的寿命，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器（KA2）发出开关控制信号以2000V为起始电压逐步加压加载磁控管的阳极电压；同时取样模块的阳极电压变送器（PT2）对磁控管的阳极电压进行取样并将阳极电压取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；取样模块的阳极电流变送器（CT2）对磁控管的阳极电流进行取样并将阳极电流取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；
若未达到预设的灯丝电压值，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向报警灯发出开关控制信号，报警灯工作并显示灯丝电路故障；
（3）根据取样模块中阳极电压变送器（PT2）所取样的阳极电压取样信号判断出磁控管阳极电压是否达到预设的阳极电压阶段值，根据取样模块中阳极电流变送器（CT2）所取样的阳极电流取样信号判断出磁控管的阳极电流是否达到预设的阳极电流阶段值：
若阳极电流i接近0mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管不能起振故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i接近320mA时，磁控管正常工作；
若阳极电流i为330 mA≤i且＜350mA并持续5秒后，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示显示磁控管阳极过电流故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i为350 mA≤i且＜380mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管温度过高故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i为i≥380 mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管阳极大电流故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电压调到额定电压4000V时且阳极电流i为i＜200 mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管寿命故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种磁控管驱动电源的控制方法，其特征在于，磁控管驱动电源包括电源变换电路、取样模块和控制模块，
电源变换电路包括电压变压器，磁控管的灯丝端和阳极端分别与电压变压器连接，电压变压器用于向磁控管的阳极和灯丝提供电压；电压变压器的输出端与控制模块的控制端连接；
控制模块处理取样模块的信号并控制阳极和灯丝的电压，控制模块包括PLC可编程逻辑控制器、PLC扩展模块；
取样模块包括灯丝取样模块和阳极取样模块，灯丝取样模块用于采集磁控管灯丝的电流及电压并将信号传送给控制模块，具体包括灯丝电压变送器PT1和灯丝电流变送器CT1，灯丝电压变送器PT1串联在PLC扩展模块的B+端口和B-端口之间且灯丝电压变送器PT1与磁控管的灯丝并联在灯丝电源两端，灯丝电流变送器CT1的一端接PLC扩展模块的C-端且另一端分别接RC端、C+端，磁控管的灯丝输入电导线穿过灯丝电流变送器CT1的导线穿孔；阳极取样模块用于采集磁控管阳极的电流及电压并将信号传送给控制模块，具体包括阳极电压变送器PT2和阳极电流变送器CT2，阳极电压变送器PT2串联在PLC扩展模块的A+端和A-端之间且阳极电压变送器PT2与磁控管的阳极并联在阳极电源两端；电流变送器CT2的一端接PLC扩展模块的C-端且另一端分别接RC端、C+端，磁控管的阳极输入电导线穿过阳极电流变送器CT2的导线穿孔；
控制模块还包括继电器组，继电器组由继电器KA1、继电器KA2和继电器KA3组成，电压变压器包括高压绕组和低压绕组，继电器KA1的常开触点和继电器KA3的常开触点并联后连接在低压绕组和灯丝电压输入端之间，继电器KA2的常开触点串联在高压绕组和阳极电压的输入端之间；PLC可编程逻辑控制器的输出端控制继电器KA1、继电器KA2和继电器KA3的常开触点的闭合状态以控制灯丝和阳极两端的电压；
控制模块还包括启动按钮SB、停止按钮SBS和急停按钮SBE，启动按钮SB的常开触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I0和24VDC电源L+端之间，停止按钮SBS的常闭触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I1和24VDC电源L+端之间；急停按钮SBE的常闭触点串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口I2和24VDC电源L+端之间；
控制模块还包括报警灯，报警灯串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q3和交流电220V电压之间；
控制方法的具体步骤如下：
（1）上电后，按下启动按钮SB，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器KA1发出开关控制信号，磁控管的灯丝电压以软启动的方式加载电压，同时取样模块的灯丝电压变送器PT1对灯丝电压进行取样并将灯丝电压取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块，取样模块的灯丝电流变送器CT1对灯丝电流进行取样并将灯丝电流取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；
（2）根据取样模块中灯丝电压变送器PT1所取样的灯丝电压取样信号判断出磁控管灯丝电压是否达到预设的灯丝电压值，根据取样模块中灯丝电流变送器CT1所取样的灯丝电流取样信号判断出磁控管的灯丝电流是否趋近于稳定值：
若达到预设的灯丝电压值，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器KA3发出开关控制信号降低磁控管的灯丝电压和磁控管的灯丝电流，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向继电器KA2发出开关控制信号以2000V为起始电压逐步加压加载磁控管的阳极电压；同时取样模块的阳极电压变送器PT2对磁控管的阳极电压进行取样并将阳极电压取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；取样模块的阳极电流变送器CT2对磁控管的阳极电流进行取样并将阳极电流取样信号输出至控制模块的PLC扩展模块；
若未达到预设的灯丝电压值，控制模块的PLC可编程逻辑控制器向报警灯发出开关控制信号，报警灯工作并显示灯丝电路故障；
（3）根据取样模块中阳极电压变送器PT2所取样的阳极电压取样信号判断出磁控管阳极电压是否达到预设的阳极电压阶段值，根据取样模块中阳极电流变送器CT2所取样的阳极电流取样信号判断出磁控管的阳极电流是否达到预设的阳极电流阶段值：
若阳极电流i接近0mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管不能起振故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i接近320mA时，磁控管正常工作；
若阳极电流i为330 mA≤i＜350mA并持续5秒后，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示显示磁控管阳极过电流故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i为350 mA≤i＜380mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管温度过高故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电流i为i≥380 mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管阳极大电流故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁；
若阳极电压调到额定电压4000V时且阳极电流i为i＜200 mA时，磁控管停止工作，控制模块的PLC可编程逻辑控制器显示磁控管寿命故障信号同时PLC可编程逻辑控制器控制报警灯闪烁。
2.根据权利要求1所述磁控管驱动电源的控制方法，其特征在于：继电器KA1的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q0和交流电220V电压之间，继电器KA2的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q1和交流电220V电压之间；继电器KA3的线圈串联在PLC可编程逻辑控制器的输出端口Q2和交流电220V电压之间。
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