CN106799344B - 一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置及控制方法。装置采用一个触发主回路对应一组换能器线圈的控制方式，使超声脉冲振动效果更强，同时两个不同连接方式的可控硅主回路交替触发，使换能器的两组线圈交替工作，并且采用步进式的控制方式，用在防、除垢设备上，得到没有间歇的超声波，使设备管、板壁超声波形成的动态膜不会因为超声波停顿遭到破坏，对防、除垢大有好处，尤其对结垢速度快的设备，效果明显。
Description
技术领域
本发明涉及超声波防垢除垢控制装置及方法，特别涉及一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置及步进控制方法。
背景技术
经过长期生产销售和售后服务，发现现有超声波防垢除垢装置存在一些问题，有些是设计上问题，有些是元器件选择不当，最大的问题是现有超声波防垢除垢装置的防垢除垢效果不理想，随着发现问题的不断积累和对超声波除垢机理和磁致换能器的深入了解，有了新的设计理念，提出了步进式功率超声强脉冲防垢除垢装置和步进式的控制方法。
在步进式功率超声强脉冲防垢除垢装置的设计当中，换能器上的功率器件选的是高频可控硅，但是有两个性能参数不符合控制要求，一个是耐压最高1200V,另一个是截止频率最高15KHz，离超声波频率差的太多，频率问题只有在换能器上想办法，在换能器上绕两组线圈，分别控制，这样可控硅工作频率可以减少一半，问题得到解决。还有一个问题，可控硅在直流下一旦导通就不受控了，只有主回路电流小于维持电流才能关断，为了解决这个问题，我们在电路中增加电容C1、C2，利用电容的充放电过程使可控硅实现理想的关断过程。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置及控制方法。装置采用一个触发主回路对应一组换能器线圈的控制方式，使超声脉冲振动效果更强，同时两个不同连接方式的可控硅主回路交替触发，使换能器的两组线圈交替工作，并且采用步进式的控制方式，用在防、除垢设备上，得到没有间歇的超声波，使设备管、板壁超声波形成的动态膜不会因为超声波停顿遭到破坏，对防、除垢大有好处，尤其对结垢速度快的设备，效果明显。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置，包括主回路部分、控制单元部分和电源部分。
所述主回路部分包括三极管放大电路、脉冲变压器、可控硅、电容和换能器；三极管放大电路由两个三极管串联组成，其输入端通过电阻连接到输入端子上，接收所述控制单元发送来的触发信号，其输出端连接脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端连接可控硅的触发端。
所述可控硅主回路分为两路不同的连接方式的回路，其中一个回路中，可控硅一端连接电源，另一端连接换能器的第一组线圈，换能器第一组线圈的另一端通过电容连接接地端；另一个回路中，可控硅一端接地，另一端连接换能器的第二组线圈，换能器第二组线圈的另一端通过电容连接接地端，两个不同连接方式的可控硅主回路交替触发，使换能器的两组线圈交替工作。
所述控制回路包括中央处理单元、RAM存储器、串口通讯电路、输出接口电路和电源稳压电路。
所述电源部分包括变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。
一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置的控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、控制回路的第一个控制脉冲信号由接线端子3脚输入，通过R1到Q1、Q2放大导通，辅助电源流过脉冲变压器T1初级1、2脚，脉冲变压器是降比2:1，相应地在3、4脚有7.5V触发信号，加到可控硅SCR-1A的G1、K1上，第一个可控硅导通，主回路电源通过3脚阳极到阴极1脚到换能器HNQ-1的1脚，换能器1的第一组线圈开始工作。
步骤二、由换能器HNQ-1的2脚向C1充电，C1充到满时电流小余可控硅维持电流，可控硅SCR-1A截止，换能器1的第一组线圈停止工作。
步骤三、紧接着控制回路的第二个控制脉冲从J1-1的4脚入，通过R3到Q3、Q4导通电流流过T2的1、2脚，3、4脚输出触发脉冲加到SCR-2A的G1、K1上可控硅导通，C1储存的电能，通过换能器HNQ-1的2脚流过线圈到3脚和可控硅SCR-2A的1脚，通过可控硅SCR-2A放电，从电容C1开始放电时，放电电流通过换能器HNQ-1的第二组线圈，换能器HNQ-1的第二组线圈开始工作，直到C1电能放净可控硅截止，换能器HNQ-1的第二组线圈停止工作。
步骤四、换能器HNQ-1工作一个脉宽(1--4mS可调)的时间后，控制回路的第三个控制脉冲信号由J1-1的5脚输入，通过R5到Q5、Q6，经过脉冲变压器T3后，加到SCR-1B的G2、K2上,可控硅SCR-1B导通，电流过HNQ-2的1、2脚向电容C2充电，换能器HNQ-2的第一组线圈开始工作。
步骤五、电容C2充电结束后，换能器HNQ-2的第一组线圈停止工作。
步骤六、控制回路的第四个控制脉冲信号由J1-1的6脚输入，通过R7到Q3、Q4导通电流流过T4的1、2脚，3、4脚输出触发脉冲加到SCR-2B的G1、K1上可控硅导通，C2储存的电能，通过换能器HNQ-2的2脚流过线圈到3脚和可控硅SCR-2B的1脚，通过可控硅SCR-2B放电，从电容C2开始放电时，放电电流通过换能器HNQ-2的第二组线圈，换能器HNQ-2的第二组线圈开始工作，直到C2电能放净可控硅截止，换能器HNQ-2的第二组线圈停止工作。
以上步骤为换能器HNQ-1和HNQ-2步进式工作的一个周期循环的过程，换能器HNQ-3H和HNQ-4工作过程与之相同。
换能器的周期循环过程分为半步进式和全步进式两种步进方法：
半步进式过程为：换能器1、2在周期前半周工作，后半周停止，换能器3、4后半周工作，前半周停止，一个周期连着一个周期一直轮换工作，超声波只有小的停歇。
全步进式过程为：换能器1工作一个脉宽后即停止，第2个换能器接着工作，第2个换能器工作一个脉宽后即停止，第3个换能器接着工作，换能器3工作一个脉宽后即停止，第4个换能器接着工作，直到全部换能器工作完成，重新循环，一直循环工作，就像发动机四个缸作用在一个曲轴上一样，而四个换能器一起作用在防、除垢设备上，就得到没有间歇的超声波，在设备管、板壁超声波形成的动态膜才不会因为超声波停顿遭到破坏，对防、除垢大有好处，尤其对结垢速度快的设备，效果明显。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明装置采用一个触发主回路对应一组换能器线圈的控制方式，原一托四时，不能发挥每个换能器效率，本发明装置采用一对一的控制方式，能充分发挥每个换能器效率，达到1乘4大于4的效果，配以内置加长型芯片的换能器，达到了超声强脉冲的防垢除垢效果。
2、全步进式控制方法使换能器的工作就像发动机四个缸作用在一个曲轴上一样，而四个换能器一起作用在防、除垢设备上，就得到没有间歇的超声波，在设备管、板壁超声波形成的动态膜才不会因为超声波停顿遭到破坏，对防、除垢大有好处，尤其对结垢速度快的设备，效果明显。
3、本发明装置的可控硅主回路采用两种不同连接方式，配合充放电电容C1、C2，使换能器两组线圈分别交替工作，并使可控硅有效关断。
4、本发明的装置根据不同的除垢要求可以设定为全工作模式、半步进工作模式和全步进工作模式，更适合不同需要的防；除垢要求。
5、本发明的装置有超低故障率。
附图说明
图1是本发明的主回路电气结构示意图；
图2是本发明的主回路电气原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置，包括主回路部分、控制单元部分和电源部分。
如图1所示，所述主回路部分包括三极管放大电路、脉冲变压器、可控硅、电容和换能器；三极管放大电路由两个三极管串联组成，其输入端通过电阻连接到输入端子上，接收所述控制单元发送来的触发信号，其输出端连接脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端连接可控硅的触发端。
如图2所示，可控硅触发主回路分为4路，右侧第一路三极管放大电路由三极管Q1和Q2组成，输入端子中的3脚通过R1连接三极管放大电路的输入端，输出端接入脉冲变压器T1的输入端，脉冲变压器T1的另一个输入端接地GND，T1的输出端2个引脚分别接入可控硅的触发端子，G1和K1。其它3路的触发主回路与第一路相同。
所述可控硅主回路分为两路不同的连接方式的回路，其中一个回路中，可控硅一端连接电源，另一端连接换能器的第一组线圈，换能器第一组线圈的另一端通过电容连接接地端；另一个回路中，可控硅一端接地，另一端连接换能器的第二组线圈，换能器第二组线圈的另一端通过电容连接接地端，两个不同连接方式的可控硅主回路交替触发，使换能器的两组线圈交替工作。
图2中，右侧可控硅主回路中，可控硅SCR-1A和SCR-1B的3脚为公共端，此公共端连接电源Vcc，可控硅SCR-1A的另一端1脚连接换能器HNQ-1的的1脚，换能器HNQ-1的的2脚通过电容C1接地；可控硅SCR-1B的另一端2脚连接换能器HNQ-2的的1脚，换能器HNQ-2的的2脚通过电容C2接地。
左侧可控硅主回路中，可控硅SCR-2A和SCR-2B的3脚为公共端，此公共端接地，可控硅SCR-2A的另一端1脚连接换能器HNQ-1的的3脚，换能器HNQ-1的的2脚通过电容C1接地；可控硅SCR-2B的另一端2脚连接换能器HNQ-2的的3脚，换能器HNQ-2的的2脚通过电容C2接地。
其中：换能器的1、2脚为一组线圈，换能器的3、2脚为另一组线圈。
所述控制回路包括中央处理单元、RAM存储器、串口通讯电路、输出接口电路和电源稳压电路。
所述电源部分包括变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。
本发明装置除了在电气控制回路中进行了改制，为了加大超声波的穿透力，对所述换能器的内部芯片也进行了改制，由原来的55毫米加长至75毫米。
一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢控制装置的步进式控制方法，所述方法包括以下步骤(步骤中所述元件见原理图图2)：
步骤一、控制回路的第一个控制脉冲信号由接线端子3脚输入，通过R1到Q1、Q2放大导通，辅助电源流过脉冲变压器T1初级1、2脚，脉冲变压器是降比2:1，相应地在3、4脚有7.5V触发信号，加到可控硅SCR-1A的G1、K1上，第一个可控硅导通，主回路电源通过3脚阳极到阴极1脚到换能器HNQ-1的1脚，换能器1的第一组线圈开始工作。
步骤二、由换能器HNQ-1的2脚向C1充电，C1充到满时电流小余可控硅维持电流，可控硅SCR-1A截止，换能器1的第一组线圈停止工作。
步骤三、紧接着控制回路的第二个控制脉冲从J1-1的4脚入，通过R3到Q3、Q4导通电流流过T2的1、2脚，3、4脚输出触发脉冲加到SCR-2A的G1、K1上可控硅导通，C1储存的电能，通过换能器HNQ-1的2脚流过线圈到3脚和可控硅SCR-2A的1脚，通过可控硅SCR-2A放电，从电容C1开始放电时，放电电流通过换能器HNQ-1的第二组线圈，换能器HNQ-1的第二组线圈开始工作，直到C1电能放净可控硅截止，换能器HNQ-1的第二组线圈停止工作。
步骤四、换能器HNQ-1工作一个脉宽(1--4mS可调)的时间后，控制回路的第三个控制脉冲信号由J1-1的5脚输入，通过R5到Q5、Q6，经过脉冲变压器T3后，加到SCR-1B的G2、K2上,可控硅SCR-1B导通，电流过HNQ-2的1、2脚向电容C2充电，换能器HNQ-2的第一组线圈开始工作。
步骤五、电容C2充电结束后，换能器HNQ-2的第一组线圈停止工作。
步骤六、控制回路的第四个控制脉冲信号由J1-1的6脚输入，通过R7到Q3、Q4导通电流流过T4的1、2脚，3、4脚输出触发脉冲加到SCR-2B的G1、K1上可控硅导通，C2储存的电能，通过换能器HNQ-2的2脚流过线圈到3脚和可控硅SCR-2B的1脚，通过可控硅SCR-2B放电，从电容C2开始放电时，放电电流通过换能器HNQ-2的第二组线圈，换能器HNQ-2的第二组线圈开始工作，直到C2电能放净可控硅截止，换能器HNQ-2的第二组线圈停止工作。
以上步骤为换能器HNQ-1和HNQ-2步进式工作的一个周期循环的过程，换能器HNQ-3H和HNQ-4工作过程与之相同。
本发明的装置分为三种工作模式：
1、全工作模式：根据长期生产应用装置的经验，适应可控硅；换能器的工作时间，工作周期在40—80mS可调设置，工作脉宽在1.5—4mS可调设置，前半周控制脉宽工作，后半周脉宽停止，正脉宽控制频率工作，负脉宽频率停止工作，频率工作在20—25KHz可调设置，并二分频分别控制换能器两个线圈，一个周期连着一个周期不断工作，四个换能器一起工作。适用于除垢，尤其是硬垢。
2、半步进式工作模式：换能器1、2在周期前半周工作，后半周停止，换能器3、4后半周工作，前半周停止，一个周期连着一个周期一直轮换工作，超声波只有小的停歇。适应于结垢太快设备使用，可防、除垢。
3、全步进式工作模式：换能器1工作一个脉宽后即停止，第2个换能器接着工作，第2个换能器工作一个脉宽后即停止，第3个换能器接着工作，换能器3工作一个脉宽后即停止，第4个换能器接着工作，直到全部换能器工作完成，重新循环，一直循环工作，就像发动机四个缸作用在一个曲轴上一样，而四个换能器一起作用在防、除垢设备上，就得到没有间歇的超声波，在设备管、板壁超声波形成的动态膜才不会因为超声波停顿遭到破坏，对防、除垢大有好处，尤其对结垢速度快的设备，效果明显。适应防；除垢，软；硬垢均可。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
Claims (3)
1.一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置的步进式控制方法，所述的装置包括主回路部分、控制单元部分和电源部分；
所述主回路部分包括三极管放大电路、脉冲变压器、可控硅、电容和换能器；三极管放大电路由两个三极管串联组成，其输入端通过电阻连接到输入端子上，接收所述控制单元发送来的触发信号，其输出端连接脉冲变压器的输入端，脉冲变压器的输出端连接可控硅的触发端；
所述主回路分为两路不同的连接方式的回路，其中一个回路中，可控硅一端连接电源，另一端连接换能器的第一组线圈，换能器第一组线圈的另一端通过电容连接接地端；另一个回路中，可控硅一端接地，另一端连接换能器的第二组线圈，换能器第二组线圈的另一端通过电容连接接地端，两个不同连接方式的可控硅主回路交替触发，使换能器的两组线圈交替工作；
其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一、控制单元部分的第一个控制脉冲信号由接线端子3脚输入，通过电阻R1到三极管Q1、Q2放大导通，辅助电源流过脉冲变压器T1初级1、2脚，脉冲变压器是降比2:1，相应地在3、4脚有7.5V触发信号，加到可控硅SCR-1A的G1、K1上，第一个可控硅导通，主回路电源通过3脚阳极到阴极1脚到换能器HNQ-1的1脚，换能器1的第一组线圈开始工作；
步骤二、由换能器HNQ-1的2脚向C1充电，C1充到满时电流小余可控硅维持电流，可控硅SCR-1A截止，换能器1的第一组线圈停止工作；
步骤三、紧接着控制单元部分的第二个控制脉冲从J1-1的4脚入，通过电阻R3到三极管Q3、Q4导通电流流过脉冲变压器T2的1、2脚，3、4脚输出触发脉冲加到可控硅SCR-2A的G1、K1上可控硅导通，电容C1储存的电能，通过换能器HNQ-1的2脚流过线圈到3脚和可控硅SCR-2A的1脚，通过可控硅SCR-2A放电，从电容C1开始放电时，放电电流通过换能器HNQ-1的第二组线圈，换能器HNQ-1的第二组线圈开始工作，直到电容C1电能放净可控硅截止，换能器HNQ-1的第二组线圈停止工作；
步骤四、换能器HNQ-1工作一个脉宽的时间后，控制单元部分的第三个控制脉冲信号由J1-1的5脚输入，通过电阻R5到三极管Q5、Q6，经过脉冲变压器T3后，加到可控硅SCR-1B的G2、K2上,可控硅SCR-1B导通，电流过换能器HNQ-2的1、2脚向电容C2充电，换能器HNQ-2的第一组线圈开始工作；
步骤五、电容C2充电结束后，换能器HNQ-2的第一组线圈停止工作；
步骤六、控制单元部分的第四个控制脉冲信号由J1-1的6脚输入，通过电阻R7到三极管Q7、Q8导通电流流过脉冲变压器T4的1、2脚，3、4脚输出触发脉冲加到可控硅SCR-2B的G1、K1上可控硅导通，C2储存的电能，通过换能器HNQ-2的2脚流过线圈到3脚和可控硅SCR-2B的1脚，通过可控硅SCR-2B放电，从电容C2开始放电时，放电电流通过换能器HNQ-2的第二组线圈，换能器HNQ-2的第二组线圈开始工作，直到电容C2电能放净可控硅截止，换能器HNQ-2的第二组线圈停止工作；
以上步骤为换能器HNQ-1和HNQ-2步进式工作的一个周期循环的过程，换能器HNQ-3H和HNQ-4工作过程与之相同；
换能器的周期循环过程分为半步进式和全步进式两种步进方法：
半步进式过程为：换能器1、2在周期前半周工作，后半周停止，换能器3、4后半周工作，前半周停止，一个周期连着一个周期一直轮换工作，超声波只有小的停歇；
全步进式过程为：换能器1工作一个脉宽后即停止，第2个换能器接着工作，第2个换能器工作一个脉宽后即停止，第3个换能器接着工作，换能器3工作一个脉宽后即停止，第4个换能器接着工作，直到全部换能器工作完成，重新循环，一直循环工作，就像发动机四个缸作用在一个曲轴上一样。
2.根据权利要求1所述的一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置的步进式控制方法，其特征在于，所述控制单元部分包括中央处理单元、RAM存储器、串口通讯电路、输出接口电路和电源稳压电路。
3.根据权利要求1所述的一种步进式功率超声波强脉冲防垢除垢装置的步进式控制方法，其特征在于，所述电源部分包括变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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