CN203711302U - 超声波防垢除垢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于超声波防垢技术领域，尤其是涉及一种超声波防垢除垢装置，包括中央控制处理系统，辅助电源系统，主电源系统，显示系统，换能器，与此换能器相连接的波导，其特征在于还包括绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统，绝缘栅双极型晶体管功率放大系统，辅助电源系统分别与中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统相连接，绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统分别与中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管功率放大系统相连接，绝缘栅双极型晶体管功率放大系统与换能器相连接。本实用新型克服了传统可控硅功率器件频率特性差，功耗大等缺点，具有频率特性好，功耗小，驱动功率小，饱和压降低等优点。

Description

超声波防垢除垢装置

技术领域

本实用新型属于超声波防垢技术领域，尤其是涉及一种超声波防垢除垢装置。

背景技术

许多工业生产工艺过程都离不开热交换设备。热交换设备尤其是以液体作为换热介质为多。在这种以液体作为换热介质的热交换设备在运行过程中经常会产生结垢现象。换热介质不同，结垢性态也各异：可以是水垢（无机盐垢）、尘泥垢、微生物垢（菌类、藻类）；也可以是结晶、结焦、结疤、挂腊等，统称为工业结垢。工业结垢会使热交换设备换热效率大幅度下降，造成巨大的能源浪费，影响产品质量和产量。传统的化学处理方法，防垢作用单一，时效短，不易做到完全彻底的防垢，且运行费用较高；除垢剂对设备的腐蚀严重，废液污染环境，危害极大。除了化学方法之外，还有用电场、磁场等物理防垢方法，但是使用效果普遍不好。实用新型专利L200620090009.7公开了一种自防垢锅炉，包括锅炉本体，在锅炉本体上装有的动态防垢装置，动态防垢装置由产生超音频脉冲信号的主机及其电源，通过电缆与此主机相连接的换能器，与此换能器相连接的波导所组成，波导固定在锅炉的本体上。超声波防垢与除垢技术是一种全新的技术，其作用原理是：利用超声波在媒介中传播时所产生的物理学效应（超声波凝聚、超声波空化、剪切应力等）来实现防垢除垢的。克服了化学方式的所有缺陷。是目前工业防垢与除垢技术领域里最先进、最具实效性的新技术。然而目前应用此技术的超声波脉冲防垢除垢装置普遍采用传统的功率器件，如实用新型专利CN200620092693公开了一种数字式超音频脉冲防垢除垢装置，包括超音频信号发生器、功率放大器、换能器、波导杆、电源。其中所述的功率放大器采用可控硅作为功率放大器，可控硅属于半控型功率器件，它的开通由门极驱动控制，它的关断由外部换向电容所控制，在实际工作中，其频率特性较差，使防垢除垢效果不够理想，同时装置的稳定性较低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种频率特性好，功耗小，防垢除垢效果好且运行稳定的超声波防垢除垢装置。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：

本实用新型的超声波防垢除垢装置，包括中央控制处理系统，辅助电源系统，主电源系统，显示系统，换能器，与此换能器相连接的波导，其特征在于还包括绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统，绝缘栅双极型晶体管功率放大系统，所述的辅助电源系统分别与所述的中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统相连接，所述的主电源系统与所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统相连接，所述的绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统分别与所述的中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管功率放大系统相连接，所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统与所述的换能器相连接。

所述的绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统的驱动器为自带隔离电源的混合集成型驱动器。

所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统为双单元绝缘栅双极型晶体管模块。

所述的换能器主要由变幅杆，与此变幅杆相连接的铁芯，缠绕在此铁芯上的导线所组成，所述的导线为双线并绕的高温导线。

本实用新型的优点：

（1）本实用新型的超声波防垢除垢装置采用绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率器件，克服了传统可控硅功率器件频率特性差，功耗大等缺点，具有频率特性好，功耗小，驱动功率小，饱和压降低等优点。

（2）本实用新型的超声波防垢除垢装置中的IGBT模块集电极的电压限制为300V，不会因为存在反相电压过大而击穿IGBT模块，很大程度的降低了IGBT模块的损坏率，同时也提高了超声波防垢除垢装置整体工作的稳定性，并产生了良好的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理框图。

图2为本实用新型的换能器绕线框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1、2所示，本实用新型的超声波防垢除垢装置，包括中央控制处理系统，辅助电源系统，主电源系统，显示系统，换能器，与此换能器相连接的波导，其特征在于还包括绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统，绝缘栅双极型晶体管功率放大系统，所述的辅助电源系统分别与所述的中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统相连接，所述的主电源系统与所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统相连接，所述的绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统分别与所述的中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管功率放大系统相连接，所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统与所述的换能器相连接。

绝缘栅双极型晶体管，即IGBT（insulated Gate BitpolarTransistor），是由BJT（双极型三极管）和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，由栅极正压驱动开通，由栅极负压驱动关断，由于这两种功率模块的内部组成及工作原理完全不同，这种功率器件对可控硅属于半控型功率器件的替代将会使功率放大系统与其他部分连接工作原理发生变化，并且IGBT模块具有频率特性好，功耗小，驱动功率小，饱和压降低等优点，现已广泛的应用在变频器，照明电路，牵引传动等领域。

本实用新型的中央控制处理系统采用的是嵌入式技术，提供控制工作波形、波形保护以及故障处理信号。

所述的绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统的驱动器为自带隔离电源的混合集成型驱动器，即QP12W05S-37混合集成型IGBT驱动器，QP12W05S-37是一种自带隔离电源的混合集成型IGBT驱动器，通过光耦为功率器件提供必要的初/次级之间电气隔离，并且采用检测IGBT的集电极欠饱和压降的方法来实现过流及短路保护功能，当IGBT功率放大系统存在过流或短路时，将有反馈信号通过驱动器QP12W05S-37的第13管脚反馈到QP12W05S-37驱动器中，此时驱动器将输出故障信号到中央控制处理系统中，中央控制处理系统接收到故障信号后会立即终止它的控制信号的输出，同时驱动器QP12W05S-37将停止工作，防止IGBT损坏。QP12W05S-37混合集成型驱动器的保护软关断时间和短路保护抑制时间都是可以调整的。本实用新型中保护软关断时间是5.3us,通过外部接Rf和Cf来调整保护软关断时间；本实用新型中的短路保护抑制时间是2.2us,通过外接Ctrip电容来调整短路保护抑制时间。

所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统为双单元绝缘栅双极型晶体管模块。即IGBT功率放大系统应用的是一对双单元SKM200GB124（063）D型IGBT模块，IGBT全称绝缘栅双极晶体管，是MOSFET（场效应管）和GTR（功率晶管）相结合的产物，它的三个极分别为集电极、发射极和栅极。击穿电压可达1200V，集电极允许最大直流电流为1500A。本实用新型中的IGBT模块采用的是击穿电压1200V，集电极允许最大直流电流200A的模块，模块的集电极供电由交流220V整流滤波后300V固定供给，发射极与换能器绕线连接，其工作形式由驱动器QP12W05S-37栅极驱动控制，正压+15V驱动开通，负压-9V驱动关断。采用的是两只IGBT模块交替工作的方式工作的。打破了传统的应用可控硅及换向电容控制工作的开关形式。

显示系统是由一块数字电压表和一块数字电流表组成，两块数显表的供电均由上面所述的5V电压提供，数字电压表显示的是超声波防垢除垢装置的正常工作电压，数字电流表显示的是超声波防垢除垢装置的正常工作电流，当超声波防垢除垢装置出现故障时，数字电流表显示“EEEE”，起到故障指示的作用。

主电源系统由220V电压供电，经整流滤波给IGBT功率放大系统供电。

所述的辅助电源系统是由220V电压供电，经过FAT-20-050515-WFCI型集成电源模块变为直流15V和两个直流5V，其中直流15V电压给IGBT驱动与检测系统供电，而其中一个直流5V电压给中央处理系统供电，另一个直流5V给数字电压表和数字电流表供电。

所述的换能器主要由变幅杆2，与此变幅杆2相连接的铁芯1，缠绕在此铁芯1上的导线所组成，所述的导线为双线并绕的高温导线。所述的换能器的铁芯1采用的是磁致伸缩材料，应用高温导线双线并绕到铁芯1上，铁芯1与波导杆的连接采用电焊的形式进行焊接，线圈缠绕连接形式不同于现在市场上普遍应用的换能器，此种线圈缠绕形式增加了匝数，降低了线圈中电流，使得换能器并联的数量可大大增加，同时的线圈中的总磁通量增大，增加了超声波防垢除垢装置的除垢效果。

所述的波导采用的材质是16锰。换能器与热交换设备的连接是通过波导连接的。

本实用新型的工作原理是由辅助电源系统提供给中央控制处理系统和IGBT驱动与检测系统电源电压，由中央控制处理系统提供控制波形输出和波形保护,输入到IGBT驱动与检测系统中，经过IGBT驱动电路栅极驱动控制IGBT模块的开通与关断，由主电源系统提供给IGBT电源电压，通过波形的控制，驱动器分组驱动两只IGBT模块交替工作，使换能器的线圈里有电流流过，根据电磁学原理，这样会在换能器里的电感线圈中产生了磁场。该材料被磁化，该材料将沿磁力线方向发生磁致形变，从而可以在与它表面紧密接触的介质中激发出机械振动波（超声波），换能器通过波导将超声波传送给热交换设备，利用此超声波进行防垢除垢。当IGBT功率放大系统出现故障时，由IGBT功率放大系统迅速产生反馈信号到IGBT驱动与检测系统中，IGBT驱动器立即停止工作,同时IGBT驱动器将故障信号发送到中央处理系统，经中央处理系统处理，终止中央控制处理系统的波形输出，以免造成IGBT模块损坏。当超声波防垢除垢装置正常工作时，数字电压表和数字电流表分别显示正常的工作电压和工作电流，当超声波防垢除垢装置出现故障时，数字电流表将不会显示电流值了，将会显示“EEEE”，做出故障指示。

本实用新型的超声波防垢除垢装置中的IGBT功率器件克服了传统的可控硅功率器件频率特性差，功耗大等缺点。IGBT模块集电极的电压限制为300V，不会因为存在反相电压过大而击穿IGBT模块，很大程度的降低了IGBT模块的损坏率，同时也提高了超声波防垢除垢装置整体工作的稳定性。

Claims (4)

1.一种超声波防垢除垢装置，包括中央控制处理系统，辅助电源系统，主电源系统，显示系统，换能器，与此换能器相连接的波导，其特征在于还包括绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统，绝缘栅双极型晶体管功率放大系统，所述的辅助电源系统分别与所述的中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统相连接，所述的主电源系统与所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统相连接，所述的绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统分别与所述的中央控制处理系统、显示系统和绝缘栅双极型晶体管功率放大系统相连接，所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统与所述的换能器相连接。

2.根据权利要求1所述的超声波防垢除垢装置，其特征在于所述的绝缘栅双极型晶体管驱动与检测系统的驱动器为自带隔离电源的混合集成型驱动器。

3.根据权利要求1所述的超声波防垢除垢装置，其特征在于所述的绝缘栅双极型晶体管功率放大系统为双单元绝缘栅双极型晶体管模块。

4.根据权利要求1所述的超声波防垢除垢装置，其特征在于所述的换能器主要由变幅杆，与此变幅杆相连接的铁芯，缠绕在此铁芯上的导线所组成，所述的导线为双线并绕的高温导线。