CN112865559B - 一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112865559B
CN112865559B CN202011639983.5A CN202011639983A CN112865559B CN 112865559 B CN112865559 B CN 112865559B CN 202011639983 A CN202011639983 A CN 202011639983A CN 112865559 B CN112865559 B CN 112865559B
Authority
CN
China
Prior art keywords
control system
frequency
circuit
pulse voltage
pulse
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011639983.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112865559A (zh
Inventor
马腾峰
关远鹏
陈晓宇
班鹏程
谢运祥
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huagong Technology Guangdong Co ltd
Original Assignee
Huagong Technology Guangdong Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huagong Technology Guangdong Co ltd filed Critical Huagong Technology Guangdong Co ltd
Priority to CN202011639983.5A priority Critical patent/CN112865559B/zh
Publication of CN112865559A publication Critical patent/CN112865559A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112865559B publication Critical patent/CN112865559B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Abstract

本发明公开了一种智能频漂水处理控制系统，包括整流电路、斩波脉冲电路、LCR回路、传感器模块和控制系统，整流电路用于将交流电转换为直流电；斩波脉冲电路与整流电路电连接；LCR回路与斩波脉冲电路电连接，LCR回路包括电流互感器、电容、线圈以及将待处理的水等效的负载，LCR回路产生衰减的振荡电流，振荡电流在线圈中产生交变磁场；传感器模块用于采集待处理水的信息，并与控制系统连接，控制系统与斩波脉冲电路连接以控制斩波脉冲电路输出相应的脉冲电压。并提供了相应的控制方法。可使斩波脉冲电路输出的脉冲电压的频率在主频附近漂移，频率的变化形式可根据不同的水质设置为三角波、锯齿波、正弦波、梯形波等，提高了除垢效率。

Description

一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法。
背景技术
工业循环冷却水广泛的应用于各种换热设备，然而，循环水系统长期运行过程中，会遇到管壁结垢、微生物聚集等问题，污垢的形成过程是质量传递、热量传递和动量传递相互耦合的物理化学过程，甚至是多种十分复杂过程的相互作用，污垢主要可以分为：化学反应污垢、颗粒污垢、析晶污垢、腐蚀污垢、凝固污垢、生物污垢等，循环水系统中的污垢，常常是多个种类污垢相互作用结合在一起的，污垢问题较为严重复杂，污垢给冷却水系统带来的危害表现在：能量能耗的增加；污垢在管道内的沉积降低了水流的截面积，增大了水流的阻力；污垢的积聚导致局部腐蚀，甚至会使设备在短期内穿孔而破坏；增加了停车清洗的时间，降低了运转周期，影响生产过程；根据国家有关部门统计，每年因水垢造成机件报废，经济损失达十多亿元。
针对该问题，各种电子除垢设备应运而生，其基本原理就是利用电磁原理，加速循环水系统中的活性离子运动，促进水对致垢物质或其组分的极化作用，改变水中各种离子的物理性质以及致垢物质的结构、状态，产生对菌藻类的电离分解效应，从而起到抑垢、除垢、缓蚀和杀菌灭藻的作用，避免细微颗粒物在管道壁结合性形成致密而牢固的垢层。现有的各类电子除垢设备主要工作机制运用技术为磁场水处理技术、静电处理技术、脉冲电场水处理技术、超声波水处理技术、高频电磁水处理技术。
现有的各类电子除垢设备主要运用于循环水系统中容易结垢的部位，安装除垢仪的区域的平均除垢率约为60％～80％，使用效果较为显著，但除垢仪应用于不同的场景，除垢仪器的除垢效果也存在较大差异，除垢的稳定性较差(姜德宁,Sintayehu Zewdu,曹继华.交变磁场对换热器阻垢效果的研究[J].中国给水排水,2008(07):57-59、陈加鹏.交变磁场水处理装置的研制与阻垢除垢的实验研究[D].重庆大学,2014等)，究其原因，循环水系统的电子除垢设备与循环水系统的水质、管路材料与结构、除垢设备本身的因素、安装条件等综合因素密切相关，是一个较复杂的系统应用工程，复杂因素的影响，会给水处理带来巨大的难度，传统的电子除垢设备不能够根据水质情况进行相应的工况调整，此外，根据水质情况，存在最佳除垢的脉冲电压产生主频，传统的电子除垢设备难以使脉冲电压产生主频到达最佳频率，除垢效率受到限制。
发明内容
本发明从影响除垢效果的影响因素出发，提出了一种全新的电子除垢电源设备及其控制策略，通过对斩波脉冲电路输出脉冲电压产生频率进行频漂控制，使水处理设备适应不同冷却水污垢的成因、不同应用现场及环境因素的变化，通过频漂控制，使脉冲电压产生频率在最佳频率附近，提高循环水系统的阻垢和除垢效果。
本发明解决现有的技术问题通过以下技术方案进行实现。
一种智能频漂水处理控制系统，包括整流电路、斩波脉冲电路、LCR回路、传感器模块和控制系统，
所述整流电路用于将交流电转换为直流电，获得直流电压；
所述斩波脉冲电路与所述整流电路电连接，用于输出脉冲电压；
所述LCR回路与所述斩波脉冲电路电连接，所述LCR回路包括电流互感器、电容、线圈以及将待处理的水等效的负载，在脉冲电压作用下所述LCR回路产生衰减的振荡电流，所述振荡电流在所述线圈中产生交变磁场；
所述传感器模块用于采集待处理水的信息，并与所述控制系统连接，所述控制系统与所述斩波脉冲电路连接以根据所述信息控制所述斩波脉冲电路输出相应的脉冲电压。
进一步地，所述斩波脉冲电路中的开关管IGBT与所述控制系统连接，以根据控制系统的开关控制信号实现开关管IGBT的的导通与关断。
进一步地，所述传感器模块包括设置在管道内的用于采集负载的离子浓度的离子浓度传感器和线圈电流互感器，所述离子浓度传感器和所述线圈电流互感器均与所述控制系统连接。
本发明还提供了前述智能频漂水处理控制系统的控制方法，将交流电输入到所述整流电路中，所述整流电路将交流电转换为直流电，输出直流电压至所述斩波脉冲电路，所述控制系统控制所述开关管IGBT的导通与关断；
所述离子浓度传感器采集负载的离子浓度并将离子浓度信号传递至所述控制系统，所述线圈电流互感器采集LCR回路的线圈电流并将线圈电流信号传递至所述控制系统；
所述控制系统根据所述离子浓度信号和所述线圈电流信号确定所述斩波脉冲电路输出脉冲电压的主频，输出的所述脉冲电压的产生频率围绕所述主频漂移；
所述斩波脉冲电路输出所述脉冲电压；
所述LCR回路在所述脉冲电压的作用下产生振荡电流波形，振荡的电流在线圈中产生交变的磁场，通过所述磁场进行除垢工作。
进一步地，所述控制系统控制所述开关管IGBT的导通与关断中，控制反馈输出高电平，开关管IGBT导通，控制反馈输出低电平，开关管IGBT关断。
进一步地，所述确定斩波脉冲电路输出脉冲电压的主频，包括：
设通过线圈的电流为i，线圈电流i到主频的PI控制器的传递函数为Gc，Kp为比例系数，Ki为积分系数，t为运行时间，Gc满足下式：
Figure BDA0002878156130000031
通过所述PI控制器来确定脉冲电压的主频，脉冲电压的产生频率满足下式：
f(t)＝Gc×i+Δf
Δf为漂移频率，f(t)为脉冲电压的产生频率，其值为脉冲电压的主频与漂移频率之和。
进一步地，所述脉冲电压的产生频率的漂移波形为三角波波形、锯齿波波形、正弦波和梯形波中的任一种。
与现有水处理技术相比，本发明能够实现的有益效果至少如下：
本发明运用斩波脉冲电路，通过控制系统对斩波脉冲电路进行控制，使其输出固定宽度和幅值的脉冲电压，根据不同的水质情况自动匹配较为合理的负载阻抗，根据负载情况，通过控制系统控制斩波脉冲电路输出脉冲电压的主频，由于水质情况复杂不易描述，设定主频与最优除垢频率存在偏差，通过令斩波脉冲电路输出的脉冲电压的频率在主频附近漂移，使得脉冲电路输出电压产生频率在最优除垢频率附近波动，以达到更好的阻垢和除垢效果。相比于传统的水处理系统，本发明对水处理更灵活高效。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种智能频漂水处理控制系统的示意图。
图2是模态实现过程图。
图3是控制系统说明图。
图4是实施例一至实施例四的附加频率波形示意图。
图5是实施例一在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图6是实施例一在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图7是实施例一在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图8是实施例二在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图9是实施例二在在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图10是实施例二在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图11是实施例三在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图12是实施例三在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图13是实施例三在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图14是实施例四在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图15是实施例四在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
图16是实施例四在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一
如图1所示，市电通过AC交流输入后，经过整流电路进行整流获得DC直流电压；所得直流电压通过斩波脉冲电路输出脉冲电压，斩波脉冲电路所用的开关管为IGBT，通过控制系统反馈的控制信息，实现对开关管的导通与关断；斩波脉冲电路后级的电容、线圈、待处理水三部分可以等效为LCR回路，所得脉冲电压作用于LCR回路产生衰减的振荡电流波形，振荡的电流在线圈中产生交变的磁场；管道的内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，通过传感器获得待处理水的水质信息；根据传感器反馈得到的负载信息，通过智能频漂调制，控制系统通过控制斩波脉冲电路控制脉冲电路的产生频率，来输出适应相应负载的脉冲电压。如图2所示，斩波脉冲电路输出固定宽度和幅值的脉冲电压，脉冲电压产生频率适应于不同负载情况。
如图3所示，管道内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，离子浓度传感器和电流互感器均与控制系统连接。通过其采集的线圈电流、离子浓度的模拟量，经过A/D转换，获得数字量后，通过数字控制处理器DSP为核心的控制电路进行数据处理，设通过线圈的电流为i，线圈电流i到主频的PI控制器的传递函数为Gc，Gc满足下式：
Figure BDA0002878156130000041
通过PI控制器确定脉冲电压的主频，负载越重，脉冲电压的主频越高，负载越轻，脉冲电压的主频越低；智能频漂控制通过使斩波脉冲电路输出的脉冲电压的产生频率在主频附近漂移，智能漂移频率为Δf，脉冲电压的产生频率满足下式：
f(t)＝Gc×i+Δf
获得的脉冲电压产生频率经过D/A转换后，得到的开关驱动信号对斩波电路开关进行控制。
如图4所示，所述斩波脉冲电路输出的脉冲电压的频率在主频附近进行周期性漂移。根据不同的水质要求(以循环水的钙硬度+全碱度的含量为依据)，频漂波形可设置为不同的周期性智能频漂模式，进而实现智能频漂运行。对于水质好的循环水(例如：钙硬度+全碱度含量小于等于500mg/L)，本实施例频漂波形设置为三角波。
如图5至图7所示，LCR电路振荡频率只与线圈电感与回路设置电容有关，通过设置这两个参数，使得LCR电路振荡频率为100kHz，斩波脉冲电路输出脉冲电压主频设定为20kHz，三角波变化频率为2kHz，即斩波脉冲电路输出脉冲电压产生频率在18～22kHz之间变化。
图5为水处理设备在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，斩波脉冲电路输出脉冲电压频率的频漂形式为三角波时，可以看出每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的最大振幅不同，最大振幅变化规律总体接近于三角波波形。
图6为水处理设备在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，当线圈电流突增，即负载突增后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为25kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅增加，施加于管道的交变磁场也会因此增强，从而可以适应突然增大的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
图7为水处理设备在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，负载突减后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为15kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅减小，施加于管道的交变磁场也因此减弱，从而可以适应突然减小的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况可以根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
实施例二：
如图1所示，市电通过AC交流输入后，经过整流电路进行整流获得DC直流电压；所得直流电压通过斩波脉冲电路输出脉冲电压，斩波脉冲电路所用的开关管为IGBT，通过控制系统反馈的控制信息，实现对开关管的导通与关断；斩波脉冲电路后级的电容、线圈、待处理水三部分可以等效为LCR回路，所得脉冲电压作用于LCR回路产生衰减的振荡电流波形，振荡的电流在线圈中产生交变的磁场；管道的内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，通过传感器获得待处理水的水质信息；根据传感器反馈得到的负载信息，通过智能频漂调制，通过控制斩波脉冲电路控制脉冲电路的产生频率，来输出适应相应负载的脉冲电压。如图2所示，斩波脉冲电路输出固定宽度和幅值的脉冲电压，脉冲电压产生频率适应于不同负载情况。
如图3所示，管道内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，所述传感器装置与所述控制系统连接。通过所述传感器采集的线圈电流、离子浓度的模拟量，经过A/D转换，获得数字量后，通过数字控制处理器DSP为核心的控制电路进行数据处理，设通过线圈的电流为i，线圈电流i到主频的PI控制器的传递函数为Gc，Gc满足下式：
Figure BDA0002878156130000061
通过控制器确定脉冲电压的主频，负载越重，脉冲电压的主频越高，负载越轻，脉冲电压的主频越低；智能频漂控制通过使斩波脉冲电路输出的脉冲电压的产生频率在主频附近漂移，智能漂移频率为Δf，脉冲电压的产生频率满足下式：
f(t)＝Gc×i+Δf
获得的脉冲电压产生频率经过D/A转换后，得到的开关驱动信号对斩波电路开关进行控制。
如图4所示，所述斩波脉冲电路输出的脉冲电压的频率在主频附近漂移，对于水质差的循环水(例如：钙硬度+全碱度含量大于等于900mg/L)，本实施例频漂波形设置为锯齿波。
如图5至图7所示，LCR电路振荡频率只与线圈电感与回路设置电容有关，通过合理设置这两个参数，使得LCR电路振荡频率为100kHz，斩波脉冲电路输出脉冲电压主频设定为20kHz，锯齿波变化频率为2kHz，即斩波脉冲电路输出脉冲电压产生频率在18～22kHz之间变化。
图5为水处理设备在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，斩波脉冲电路输出脉冲电压频率的频漂形式为锯齿波时，可以看出每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的最大振幅不同，最大振幅变化规律总体接近于锯齿波波形。
图6为水处理设备在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，当线圈电流突增，即负载突增后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为25kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅增加，施加于管道的交变磁场也会因此增强，从而可以适应突然增大的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
图7为水处理设备在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，负载突减后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为15kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅减小，施加于管道的交变磁场也因此减弱，从而可以适应突然减小的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况可以根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
实施例三：
如图1所示，市电通过AC交流输入后，经过整流电路进行整流获得DC直流电压；所得直流电压通过斩波脉冲电路输出脉冲电压，斩波脉冲电路所用的开关管为IGBT，通过控制系统反馈的控制信息，实现对开关管的导通与关断；斩波脉冲电路后级的电容、线圈、待处理水三部分可以等效为LCR回路，所得脉冲电压作用于LCR回路产生衰减的振荡电流波形，振荡的电流在线圈中产生交变的磁场；管道的内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，通过传感器获得待处理水的水质信息；根据传感器反馈得到的负载信息，通过智能频漂调制，通过控制斩波脉冲电路控制脉冲电路的产生频率，来输出适应相应负载的脉冲电压。如图2所示，斩波脉冲电路输出固定宽度和幅值的脉冲电压，脉冲电压产生频率适应于不同负载情况。
如图3所示，管道内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，所述传感器装置与所述控制系统连接。通过所述传感器采集的线圈电流、离子浓度的模拟量，经过A/D转换，获得数字量后，通过数字控制处理器DSP为核心的控制电路进行数据处理，设通过线圈的电流为i，线圈电流i到主频的PI控制器的传递函数为Gc，Gc满足下式：
Figure BDA0002878156130000071
通过控制器确定脉冲电压的主频，负载越重，脉冲电压的主频越高，负载越轻，脉冲电压的主频越低；智能频漂控制通过使斩波脉冲电路输出的脉冲电压的产生频率在主频附近漂移，智能漂移频率为Δf，脉冲电压的产生频率满足下式：
f(t)＝Gc×i+Δf
获得的脉冲电压产生频率经过D/A转换后，得到的开关驱动信号对斩波电路开关进行控制。
如图4所示，所述斩波脉冲电路输出的脉冲电压的频率在主频附近漂移，对于水质适中的循环水(例如：钙硬度+全碱度含量在500-900mg/L之间)，本实施例频漂波形设置为正弦波。
如图5至图7所示，LCR电路振荡频率只与线圈电感与回路设置电容有关，通过合理设置这两个参数，使得LCR电路振荡频率为100kHz，斩波脉冲电路输出脉冲电压主频设定为20kHz，正弦波变化频率为2kHz，即斩波脉冲电路输出脉冲电压产生频率在18～22kHz之间变化。
图5为水处理设备在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，斩波脉冲电路输出脉冲电压频率的频漂形式为正弦波时，可以看出每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的最大振幅不同，最大振幅变化规律总体接近于正弦波波形。
图6为水处理设备在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，当线圈电流突增，即负载突增后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为25kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅增加，施加于管道的交变磁场也会因此增强，从而可以适应突然增大的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
图7为水处理设备在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，负载突减后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为15kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅减小，施加于管道的交变磁场也因此减弱，从而可以适应突然减小的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况可以根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
实施例四：
如图1所示，市电通过AC交流输入后，经过整流电路进行整流获得DC直流电压；所得直流电压通过斩波脉冲电路输出脉冲电压，斩波脉冲电路所用的开关管为IGBT，通过控制系统反馈的控制信息，实现对开关管的导通与关断；斩波脉冲电路后级的电容、线圈、待处理水三部分可以等效为LCR回路，所得脉冲电压作用于LCR回路产生衰减的振荡电流波形，振荡的电流在线圈中产生交变的磁场；管道的内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，通过传感器获得待处理水的水质信息；根据传感器反馈得到的负载信息，通过智能频漂调制，通过控制斩波脉冲电路控制脉冲电路的产生频率，来输出适应相应负载的脉冲电压。如图2所示，斩波脉冲电路输出固定宽度和幅值的脉冲电压，脉冲电压产生频率适应于不同负载情况。
如图3所示，管道内壁设置有离子浓度传感器、LCR回路设置电流互感器，所述传感器装置与所述控制系统连接。通过所述传感器采集的线圈电流、离子浓度的模拟量，经过A/D转换，获得数字量后，通过数字控制处理器DSP为核心的控制电路进行数据处理，设通过线圈的电流为i，线圈电流i到主频的PI控制器的传递函数为Gc，Gc满足下式：
Figure BDA0002878156130000081
通过控制器确定脉冲电压的主频，负载越重，脉冲电压的主频越高，负载越轻，脉冲电压的主频越低；智能频漂控制通过使斩波脉冲电路输出的脉冲电压的产生频率在主频附近漂移，智能漂移频率为Δf，脉冲电压的产生频率满足下式：
f(t)＝Gc×i+Δf
获得的脉冲电压产生频率经过D/A转换后，得到的开关驱动信号对斩波电路开关进行控制。
如图4所示，所述斩波脉冲电路输出的脉冲电压的频率在主频附近漂移，对于水质差的循环水(例如：钙硬度+全碱度含量大于1100g/L)，本实施例频漂波形设置为梯形波。
如图5至图7所示，LCR电路振荡频率只与线圈电感与回路设置电容有关，通过合理设置这两个参数，使得LCR电路振荡频率为100kHz，斩波脉冲电路输出脉冲电压主频设定为20kHz，梯形波变化频率为2kHz，即斩波脉冲电路输出脉冲电压产生频率在18～22kHz之间变化。
图5为水处理设备在额定工况运行的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，斩波脉冲电路输出脉冲电压频率的频漂形式为梯形波时，可以看出每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的最大振幅不同，最大振幅变化规律总体接近于梯形波波形。
图6为水处理设备在负载突增情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，当线圈电流突增，即负载突增后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为25kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅增加，施加于管道的交变磁场也会因此增强，从而可以适应突然增大的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
图7为水处理设备在负载突减情况下的线圈电流波形、脉冲电压、脉冲电压产生频率示意图。从图中可以看出，负载突减后，在一个周期内斩波脉冲电路的输出脉冲频率由20kHz变为15kHz，每个脉冲电压作用下的LCR电路振荡的平均最大振幅减小，施加于管道的交变磁场也因此减弱，从而可以适应突然减小的负载需求，本发明提出的控制方案可以使水处理设备的运行工况可以根据变化的水质情况做出相应的工况调整。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能频漂水处理控制系统的控制方法，其特征在于，所述智能频漂水处理控制系统，包括整流电路(1)、斩波脉冲电路(2)、LCR回路(3)、传感器模块和控制系统(5)，
所述整流电路(1)用于将交流电转换为直流电，获得直流电压；
所述斩波脉冲电路(2)与所述整流电路(1)电连接，用于输出脉冲电压；
所述LCR回路(3)与所述斩波脉冲电路(2)电连接，所述LCR回路(3)包括电流互感器、电容、线圈以及将待处理的水等效的负载，在脉冲电压作用下所述LCR回路(3)产生衰减的振荡电流，所述振荡电流在所述线圈中产生交变磁场；
所述传感器模块用于采集待处理水的信息，并与所述控制系统(5)连接，所述控制系统(5)与所述斩波脉冲电路(2)连接以根据所述信息控制所述斩波脉冲电路(2)输出相应的脉冲电压；所述斩波脉冲电路(2)中的开关管IGBT与所述控制系统(5)连接，以根据控制系统(5)的开关控制信号实现开关管IGBT的的导通与关断；所述传感器模块包括设置在管道内的用于采集负载的离子浓度的离子浓度传感器和线圈电流互感器，所述离子浓度传感器和所述线圈电流互感器均与所述控制系统连接；所述控制方法包括以下步骤：
将交流电输入到所述整流电路(1)中，所述整流电路(1)将交流电转换为直流电，输出直流电压至所述斩波脉冲电路(2)，所述控制系统控制所述开关管IGBT的导通与关断；
所述离子浓度传感器采集负载的离子浓度并将离子浓度信号传递至所述控制系统，所述线圈电流互感器采集LCR回路的线圈电流并将线圈电流信号传递至所述控制系统；
所述控制系统根据所述离子浓度信号和所述线圈电流信号确定所述斩波脉冲电路(2)输出脉冲电压的主频，输出的所述脉冲电压的产生频率围绕所述主频漂移；
所述斩波脉冲电路(2)输出所述脉冲电压；
所述LCR回路(3)在所述脉冲电压的作用下产生衰减的振荡电流波形，振荡的电流在线圈中产生衰减的交变磁场，通过所述磁场进行除垢工作；所述确定斩波脉冲电路(2)输出脉冲电压的主频，包括：
设通过线圈的电流为i，线圈电流i到主频的PI控制器的传递函数为Gc，Kp为比例系数，Ki为积分系数，t为运行时间，Gc满足下式：
Figure FDA0003658770360000021
通过所述PI控制器来确定脉冲电压的主频，脉冲电压的产生频率满足下式：
f(t)＝Gc×i+Δf
Δf为漂移频率，f(t)为脉冲电压的产生频率，其值为脉冲电压的主频与漂移频率之和。
2.一种用于权利要求1所述控制方法的智能频漂水处理控制系统，其特征在于：包括整流电路(1)、斩波脉冲电路(2)、LCR回路(3)、传感器模块和控制系统(5)，
所述整流电路(1)用于将交流电转换为直流电，获得直流电压；
所述斩波脉冲电路(2)与所述整流电路(1)电连接，用于输出脉冲电压；
所述LCR回路(3)与所述斩波脉冲电路(2)电连接，所述LCR回路(3)包括电流互感器、电容、线圈以及将待处理的水等效的负载，在脉冲电压作用下所述LCR回路(3)产生衰减的振荡电流，所述振荡电流在所述线圈中产生交变磁场；
所述传感器模块用于采集待处理水的信息，并与所述控制系统(5)连接，所述控制系统(5)与所述斩波脉冲电路(2)连接以根据所述信息控制所述斩波脉冲电路(2)输出相应的脉冲电压；所述斩波脉冲电路(2)中的开关管IGBT与所述控制系统(5)连接，以根据控制系统(5)的开关控制信号实现开关管IGBT的的导通与关断；所述传感器模块包括设置在管道内的用于采集负载的离子浓度的离子浓度传感器和线圈电流互感器，所述离子浓度传感器和所述线圈电流互感器均与所述控制系统连接。
3.根据权利要求2所述的智能频漂水处理控制系统，其特征在于，所述控制系统控制所述开关管IGBT的导通与关断中，控制反馈输出高电平，开关管IGBT导通，控制反馈输出低电平，开关管IGBT关断。
4.根据权利要求2所述的智能频漂水处理控制系统，其特征在于，所述脉冲电压的产生频率的漂移波形为三角波波形、锯齿波波形、正弦波和梯形波中的任一种。
CN202011639983.5A 2020-12-31 2020-12-31 一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法 Active CN112865559B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011639983.5A CN112865559B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011639983.5A CN112865559B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112865559A CN112865559A (zh) 2021-05-28
CN112865559B true CN112865559B (zh) 2022-07-05

Family

ID=76000577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011639983.5A Active CN112865559B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112865559B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113364312B (zh) * 2021-06-16 2023-05-30 华工科技(广东)有限公司 一种适用于智能频漂水处理电源前级的三电平整流电路

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7646178B1 (en) * 2009-05-08 2010-01-12 Fradella Richard B Broad-speed-range generator
CN102225390A (zh) * 2011-03-29 2011-10-26 上海兴全电力技术有限公司 全自动超大功率超声波防垢、除垢装置
CN104167938A (zh) * 2014-08-25 2014-11-26 广东顺德三扬科技股份有限公司 脉动电流稳定控制系统
WO2017147899A1 (zh) * 2016-03-04 2017-09-08 马翼 一种脉冲占空比可调的多功能电子除垢器
CN108880305A (zh) * 2018-07-26 2018-11-23 中车青岛四方车辆研究所有限公司 动车组高频辅助变流器及其控制方法
CN208743269U (zh) * 2018-08-02 2019-04-16 杭州洋澄科技有限公司 一种智能脉冲管道清洗机

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2677367Y (zh) * 2004-02-20 2005-02-09 北京众博达石油科技有限公司 微耗智能广谱电子除垢器
EP1741677A1 (de) * 2005-07-06 2007-01-10 Hartmut Schulte Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Wasser
US8045344B2 (en) * 2007-04-23 2011-10-25 Active-Semi, Inc. Regulating output current from a primary side power converter by clamping an error signal
US10053381B2 (en) * 2011-08-30 2018-08-21 Environmental Energy Technologies, Inc. Pulse-power apparatus and water treatment system for inhibiting scale formation and microorganism growth
CN102761270A (zh) * 2012-07-28 2012-10-31 中国科学院近代物理研究所 一种用于产生励磁电流的扫描电源
CN102838214B (zh) * 2012-09-21 2013-10-23 安徽工业大学 一种线圈缠绕式电子感应水处理电路及其水处理方法
US10411524B2 (en) * 2015-06-23 2019-09-10 Witricity Corporation Systems, methods and apparatuses for guidance and alignment in electric vehicles wireless inductive charging systems
CN206720872U (zh) * 2017-05-16 2017-12-08 湖州市特种设备检测研究院 一种工业锅炉水质动态监护装置
CN110061679B (zh) * 2019-05-31 2021-03-12 西安石油大学 一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7646178B1 (en) * 2009-05-08 2010-01-12 Fradella Richard B Broad-speed-range generator
CN102225390A (zh) * 2011-03-29 2011-10-26 上海兴全电力技术有限公司 全自动超大功率超声波防垢、除垢装置
CN104167938A (zh) * 2014-08-25 2014-11-26 广东顺德三扬科技股份有限公司 脉动电流稳定控制系统
WO2017147899A1 (zh) * 2016-03-04 2017-09-08 马翼 一种脉冲占空比可调的多功能电子除垢器
CN108880305A (zh) * 2018-07-26 2018-11-23 中车青岛四方车辆研究所有限公司 动车组高频辅助变流器及其控制方法
CN208743269U (zh) * 2018-08-02 2019-04-16 杭州洋澄科技有限公司 一种智能脉冲管道清洗机

Also Published As

Publication number Publication date
CN112865559A (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7160426B2 (en) Water treatment apparatus
CN112865559B (zh) 一种智能频漂水处理控制系统及其控制方法
CN106277368B (zh) 一种管道水处理设备及处理方法以及电路
CN101698265B (zh) 全数字化双逆变型交变磁控电弧发生装置
CN102838214B (zh) 一种线圈缠绕式电子感应水处理电路及其水处理方法
CN107176143A (zh) 一种新型蒸汽洗车装置
CN102328973A (zh) 一种高效电絮凝处理机及其智能电控装置
CN204241883U (zh) 一种电化学水处理电源控制系统
Lu et al. Quasi current mode control for the phase-shifted series resonant converter
CN201742308U (zh) 一种超声波清洗机电路
CN202898118U (zh) 一种等脉宽串联谐振式电磁感应水处理装置
CN110311575B (zh) 电源控制方法及装置、电源设备及等离子体发生设备
CN1092345A (zh) 脉宽调制电火花加工脉冲电源
CN203741198U (zh) 一种污泥连续型微波分离装置
CN103241844B (zh) 双极脉冲除垢方法及其除垢装置
CN101746859B (zh) 一种非接触式电子流体处理装置
CN116216649A (zh) 一种功率和频率自适应控制的臭氧发生器电源及控制方法
CN201572990U (zh) 全数字化双逆变型交变磁控电弧发生装置
CN114538579A (zh) 一种基于感应电流信号反馈的交变磁场阻垢方法及装置
Chen et al. Application of pulse electrocoagulation to dye wastewater treatment
CN202170261U (zh) 一种高效电絮凝处理机及其智能电控装置
CN201212023Y (zh) 高频电极水处理装置
CN205158101U (zh) 一种反渗透系统物理阻垢装置
CN215480051U (zh) 一种在线冷凝器管道的阻垢装置
CN201386034Y (zh) 一种非接触式电子流体处理装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant