工程師論文范文磁控管作工業(yè)波源的微波電路

　　橡膠制品指以天然及合成橡膠為原料生產(chǎn)各種橡膠制品的活動(dòng)，還包括利用廢橡膠再生產(chǎn)的橡膠制品。本文是一篇工程師論文范文，主要論述了磁控管作工業(yè)波源的微波電路。

　　【摘要】橡膠制品生產(chǎn)中，為提高表面光潔度及加速定型，采用微波硫化工藝。介紹用小功率民用磁控管作工業(yè)波源的微波電路結(jié)構(gòu)，并針對(duì)設(shè)備連續(xù)使用中出現(xiàn)的故障，分析原因并提出整改措施。實(shí)踐證明，改進(jìn)后的微波設(shè)備工作穩(wěn)定性提高，故障率明顯下降。

　　【關(guān)鍵詞】磁控管,微波,調(diào)功,高壓

　　復(fù)合橡膠制品從口模擠出后，采用微波硫化工藝使制品外表面快速固化定型。磁控管是產(chǎn)生微波的核心器件(波源)，早期多采用進(jìn)口的工業(yè)磁控管。工業(yè)磁控管每只功率在3-6KW不等，供貨周期長(zhǎng)，售價(jià)昂貴;另外，磁控管是高真空器件，長(zhǎng)時(shí)間存放會(huì)導(dǎo)致真空度下降，影響產(chǎn)品的使用壽命，所以不易多備。基于以上原因，近年國(guó)內(nèi)微波廠家選擇民用磁控管作工業(yè)波源，以降低設(shè)備成本。某橡膠密封件公司新進(jìn)的一條國(guó)產(chǎn)橡膠擠出線，微波硫化采用民用磁控管作波源。設(shè)備投入使用后，故障率較高，給生產(chǎn)造成影響，維修人員常需對(duì)微波進(jìn)行檢修。由于微波的啟動(dòng)、停止操作及輸出功率調(diào)節(jié)均由觸摸屏集中完成，加上采用小功率民用磁控管，其電路結(jié)構(gòu)與進(jìn)口微波設(shè)備存在差異。為提高維修效率，有必要對(duì)其硬件電路剖析了解。下面先介紹國(guó)產(chǎn)微波硫化設(shè)備的電路結(jié)構(gòu)，并針對(duì)常出現(xiàn)的故障，分析原因并提出相應(yīng)的改進(jìn)和防范措施。

　　1電路結(jié)構(gòu)

　　國(guó)產(chǎn)微波硫化設(shè)備有12只磁控管(型號(hào)：M210—900W)，每只額定功率900W，總功率10.8KW。電路設(shè)計(jì)時(shí)將波源分為4組，每組3只磁控管，微波自帶的觸摸屏(從屏)組態(tài)有4組開(kāi)關(guān)。民用磁控管功率小，發(fā)熱量不高，工作時(shí)陽(yáng)極不需要水冷卻，軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)冷即可。另外，微波輸出功率調(diào)節(jié)靠改變磁控管陰極燈絲電壓，與調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流的工業(yè)磁控管相比，電路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主要包括調(diào)功輸出和燈絲高壓電路兩部分。

　　1.1調(diào)功輸出

　　調(diào)功指令是用戶通過(guò)從觸摸屏設(shè)定的微波功率輸出百分比信號(hào)，最小設(shè)定單位為1%，信號(hào)經(jīng)處理、轉(zhuǎn)換后控制主回路調(diào)功模塊的輸出，控制關(guān)系如圖1所示。設(shè)備工作時(shí)，操作人員通過(guò)設(shè)備的從觸摸屏啟動(dòng)微波，設(shè)定期望功率輸出的百分比參數(shù)。調(diào)功指令經(jīng)從觸摸屏向主觸摸屏傳送，最后與可編程序控制器的CPU模塊通信，根據(jù)觸摸屏組態(tài)界面的變量鏈接，調(diào)功指令作為可編程序控制器(PLC)的輸入信號(hào)被采樣處理，PLC程序的執(zhí)行結(jié)果通過(guò)輸出模塊控制相應(yīng)組別波源的主接觸器動(dòng)作，輸出3相380V交流電源至調(diào)功模塊TM1—TM4;另外，根據(jù)設(shè)定各組微波功率輸出百分比參數(shù)的不同，PLC模擬量輸入通道接收設(shè)定數(shù)字量信號(hào)，程序處理后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換從模擬量輸出通道輸出1-5VDC的電壓信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)組別的調(diào)功模塊輸出。主接觸器吸合前提下，調(diào)功模塊輸出0-380VAC可調(diào)的交流電壓至高壓變壓器原邊。調(diào)功模塊部分電路見(jiàn)圖2。

　　1.2燈絲高壓

　　燈絲高壓電路見(jiàn)圖3。國(guó)產(chǎn)微波硫化槽的4組波源結(jié)構(gòu)組成完全相同，故燈絲高壓電路僅畫(huà)出其中1組進(jìn)行分析。以民用磁控管作工業(yè)波源的微波設(shè)備輸出功率調(diào)節(jié)，靠改變磁控管的陰極燈絲高壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，與調(diào)節(jié)磁場(chǎng)電流來(lái)改變輸出功率的工業(yè)磁控管電路明顯不同。微波工作時(shí)，調(diào)功模塊輸出電壓至高壓變壓器原邊，高壓變壓器副邊3-4經(jīng)電容倍壓后送入高壓橋堆整流，整流后的直流高壓疊加到磁控管陰極燈絲(高壓變壓器副邊5-6電壓為3.4V，接至磁控管陰極燈絲)。燈絲電路設(shè)計(jì)時(shí)，磁控管陽(yáng)極接地，陰極加負(fù)高壓。正常工作時(shí)，變壓器原邊1-2輸入220V交流電壓，副邊3-4輸出為2100VAC，經(jīng)倍壓、整流后燈絲電壓最高可達(dá)4100VDC，調(diào)節(jié)變壓器原邊1-2電壓，燈絲負(fù)高壓隨之改變，熱態(tài)下陰極燈絲發(fā)射電子數(shù)目相應(yīng)改變，從而起到調(diào)節(jié)微波輸出功率的目的。

　　2常見(jiàn)故障的防范改進(jìn)

　　2.1常見(jiàn)故障

　　國(guó)產(chǎn)微波硫化槽常見(jiàn)故障有：磁控管損壞、同一組波源輸出功率不平衡、高壓元件擊穿、高壓熔斷器熔斷、調(diào)功模塊損壞等。

　　2.2防范及改進(jìn)措施

　　2.2.1增加熱保護(hù)功能?chē)?guó)產(chǎn)微波的民用磁控管，單管售價(jià)不足300元，設(shè)計(jì)壽命為4000小時(shí)，與報(bào)價(jià)動(dòng)輒數(shù)萬(wàn)元的工業(yè)磁控管相比，有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。設(shè)備最初使用時(shí)，一些磁控管工作不足500小時(shí)就損壞，除了磁控管自身質(zhì)量問(wèn)題以及長(zhǎng)期連續(xù)工作狀態(tài)導(dǎo)致壽命縮減外，磁控管冷卻是一個(gè)非常重要的因素。前面介紹了民用磁控管冷卻主要靠軸流風(fēng)機(jī)散熱，當(dāng)軸流風(fēng)機(jī)發(fā)生故障或磁控管積塵影響散熱時(shí)，工作狀態(tài)的磁控管溫度會(huì)迅速升高，導(dǎo)致過(guò)熱損壞。針對(duì)此情況，在使用中除定期清塵外，可將微波電路作相應(yīng)改動(dòng)，增加熱保護(hù)功能。具體做法是在每只磁控管及高壓變壓器上貼附安裝熱敏溫控元件，溫控元件的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)接入高壓變壓器的原邊回路(詳見(jiàn)圖2中的1-12TJ及TJ1-12)。經(jīng)向微波生產(chǎn)廠家咨詢(xún)，磁控管溫控元件的的動(dòng)作溫度選為140℃，高壓變壓器上溫控元件的的動(dòng)作溫度選為120℃，均低于工作器件的額定溫升。當(dāng)某波源磁控管或高壓變壓器的溫度超過(guò)溫控元件的動(dòng)作溫度時(shí)，溫控元件常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷該波源的高壓變壓器輸入電壓，使磁控管停止工作。上述方法簡(jiǎn)單實(shí)用，通過(guò)加裝熱敏溫控元件，有效延長(zhǎng)了磁控管使用壽命。2.2.2增加壓敏保護(hù)功能高壓元件的擊穿是微波設(shè)備的又一常見(jiàn)故障。在燈絲高壓電路中，整流橋堆及倍壓電容是易損件，高壓擊穿較多。針對(duì)這一現(xiàn)象，訂購(gòu)備件時(shí)有針對(duì)性的提高了整流橋堆反向耐壓值，由6000V上升到8200V，并在燈絲高壓電路的倍壓電容兩端并接吸收浪涌的硒堆，可有效增長(zhǎng)高壓元件的平均無(wú)故障時(shí)間。壓敏保護(hù)硒堆SV詳見(jiàn)圖3。2.2.3接線端子排處理微波調(diào)功模塊輸出端用瓷接線端子排接至高壓變壓器原邊繞組1-2，變壓器副邊高壓繞組3-4輸出的高壓又經(jīng)該端子排接至相關(guān)器件。高、低壓繞組在端子排上的間距非常近(約10mm)、加上接線不易穩(wěn)固，端子排背面的接線螺絲裸露、與固定金屬支架的距離近等問(wèn)題，在使用中曾發(fā)生對(duì)地短路，高壓熔斷器熔絲熔斷故障。對(duì)存在安全隱患的接線端子排作如下改進(jìn)：加大端子排高、低壓繞組間的接線間距(25mm以上)，增加端子排與支架高度，緊固接線并對(duì)端子排背面裸露的螺絲進(jìn)行絕緣處理，以提高設(shè)備的安全性。2.2.4輸出功率不平衡問(wèn)題微波工作時(shí)輸出功率與控制信號(hào)無(wú)線性關(guān)系，輸出功率過(guò)高或過(guò)低都會(huì)導(dǎo)致磁控管工作不穩(wěn)定，并對(duì)其使用壽命造成影響。國(guó)產(chǎn)微波硫化設(shè)備的電路設(shè)計(jì)時(shí)，高壓變壓器原邊的理想工作電壓為150-200V，當(dāng)原邊電壓低于150V時(shí)微波輸出功率小或不輸出，磁控管在額定功率的70-85%范圍內(nèi)工作時(shí)狀態(tài)最佳。當(dāng)用戶設(shè)定的功率輸出百分比過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致三相調(diào)功模塊穩(wěn)定性變差，內(nèi)部振蕩頻率升高，熱耗增大，長(zhǎng)期工作過(guò)熱損壞;同時(shí)，調(diào)功模塊輸出至高壓變壓器原邊的電壓出現(xiàn)不平衡，由于負(fù)載差異、變壓器繞組差異等綜合因素影響，同一組波源的高壓變壓器原邊電壓不平衡加劇，當(dāng)設(shè)定輸出功率百分比參數(shù)增大時(shí)，電壓的差距拉大，造成電流表指示高的越高，低的越低。要解決輸出功率不平衡問(wèn)題，一個(gè)可行的辦法是改用單相調(diào)功模塊。單相調(diào)功模塊在控制信號(hào)作用下輸出可調(diào)單相交流電壓，該電壓并聯(lián)接入同一組波源的3個(gè)高壓變壓器原邊，確保同一組變壓器原邊電壓相等，可在一定程度上消除因功率增大而導(dǎo)致的輸出不平衡、調(diào)功模塊損壞等故障。采用單相調(diào)功模塊后，同一組波源的輸出功率設(shè)定為95%時(shí)，仍可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定平衡輸出。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　國(guó)產(chǎn)微波硫化設(shè)備整改后，工作穩(wěn)定性提高，磁控管壽命延長(zhǎng)至1500小時(shí)左右，維修人員的工作量大大減小。實(shí)踐證明，微波電路改造的思路正確，整改措施有力、可行。

　　參考文獻(xiàn)

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　　工程師論文發(fā)表期刊推薦《化學(xué)工程與裝備》（月刊）創(chuàng)刊于2006年，國(guó)家科技部、國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)出版、由福建省化學(xué)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所和福建省化工學(xué)會(huì)主辦，武漢新策文化發(fā)展中心協(xié)辦，全國(guó)公開(kāi)發(fā)行的化學(xué)、化工類(lèi)學(xué)術(shù)期刊，本刊由國(guó)家科技部,國(guó)家新聞出版署批準(zhǔn)出版,內(nèi)容涵蓋化工領(lǐng)域,是政府部門(mén)、科研院所、教育教學(xué)與實(shí)踐領(lǐng)域的讀者的重要參考資料。