变频电磁水处理系统的设计与研究

摘要

循环冷却水系统是大型换热设备所必需的组成部分，广泛的应用于造纸、钢铁、电力等工业领域。然而循环冷却水系统的管道、换热设备等装置面临着结垢的问题，这不仅会造成设备腐蚀，降低换热效率，还会造成能源浪费，增加运行成本。为了解决循环冷却水系统管道结垢的现象，设计了一款基于STM32的变频电磁水处理系统。变频电磁场可以使管道中的水分子产生共振现象，有阻垢除垢的功效。另外，电磁场还可以对水体起杀菌、灭藻的作用，而且它使运行费用降低，使用方便，不污染环境，因此变频电磁水处理技术成为未来水处理领域的一个重要发展方向。
　　本文详细介绍了变频电磁水处理技术在阻垢除垢方面的工作机理，并针对以往电磁阻垢除垢设备存在的不足，完成了该变频电磁水处理系统的总体设计方案。为克服频率变化时，线圈电流不稳定的问题，设计了可控电源为功放模块供电，采用电流反馈的闭环控制，达到频率变化时稳定线圈电流的目的。另外，变频电磁水处理系统采用模块化结构设计，根据阻垢效果相应增减模块，实现系统的自动运行。
　　为适应不同水质及管道规格的要求，进行模糊控制算法的研究，根据已有专家经验设计模糊控制算法，输出最优频率范围，并用MATLAB对其进行仿真，使该变频电磁水处理系统在管道直径确定后，可根据检测到的水质硬度和流量自动调整变频频率，从而达到最佳的阻垢效果。
　　为验证本文设计的变频电磁水处理系统的应用效果，对样机进行阻垢除垢实验，测试系统运行状况，反复在实验过程中寻找系统的不足并进行优化设计。通过现场试验验证，该变频电磁水处理系统已经能够稳定工作，并且有明显的阻垢、除垢效果。其应用范围广泛，对环境真正实现零污染，而且大大降低运行成本，应用前景较好。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 常用的阻垢、除垢方法

1.3 电磁阻垢除垢技术的国内外研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

1.5 本章小结

2 电磁场水处理技术的相关理论和方案设计

2.1 变频电磁阻垢除垢机理研究

2.2 变频电磁水处理系统总体设计

2.3 本章小结

3 变频电磁水处理系统的硬件设计

3.1 MCU选型介绍

3.2 变频信号发生模块

3.3 IGBT功率模块

3.4 信号检测模块设计

3.5 LCD显示电路设计

3.6 电源模块设计

3.7 通信模块

3.8 本章小结

4 变频电磁水处理系统软件设计

4.1 软件设计概述

4.2 主程序设计

4.3 变频波子程序设计

4.4 LCD显示程序设计

4.5 基于PID的恒流控制算法

4.6 本章小结

5 控制算法

5.1 模糊控制理论概述

5.2 模糊控制算法实现

5.3 仿真结果

5.4 本章小结

6 变频电磁水处理系统效果实验验证

6.1 实验原理

6.2 样机的研制

6.3 样机应用情况

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要成果

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