交变磁场发生器在混凝净化水处理中的应用与研究

摘要

电磁学是一门重要的现代学科，在许多领域都有着普遍的用途[1]。物质特性及其内能变化特征受电磁场的影响是该学科的重点研究内容。电磁学经过多年的研究发展，其在污水净化、生物工程、农学、医学等科学领域获得普遍的应用。其中电磁混凝在污水处理中的应用就是电磁学发展所衍生出的一种新兴技术，且污水净化效果比较显著。该论文阐述了混凝净化水处理技术的研究进展及电磁混凝净化水处理技术的基本原理，并详细介绍了交变磁化装置的设计过程。
　　混凝净化水处理用交变磁场发生装置的设计总体分为输出磁场的磁路部分、激励磁场的电路部分、以及以DSP为控制核心的控制部分。本文选择导磁的铁氧体外绕线圈，作为输出磁场的磁头，其形状设计为中间开有空气隙的U型结构，选取导磁的铁氧体作为磁头的芯体，可以增强系统的磁场输出能力，并且有效的降低系统的功耗。电源工作时气隙中间产生均匀的交变磁场即为混凝剂磁化区。激励电路部分采用AC/DC/AC配有直流斩波功率调节的典型拓扑结构，逆变电路采用半桥型RLC串联谐振形式。采用改进的数字锁相环(DPLL)使逆变器工作在准谐振状态，确保电源电路安全稳定的工作[2]。其中磁场的频率可调节范围:0～2KHz，磁场的强度可调节范围:0～50mT。
　　本文重点阐述了混凝净化水处理用交变磁场发生器的设计过程，分析了主电路的设计方法及关键器件的选择，经过对中低频磁场理论的计算和分析，借鉴感应加热电源的设计方法，提出了适用于污水净化处理的特殊中低频磁场发生装置的设计方案。分章节对系统的主电路拓扑、控制策略、硬件电路和软件设计进行了详细的介绍。
　　利用MATLAB/SIMULINK仿真软件搭建主电路，验证了主电路拓扑及参数设计的可行性。采用Ansoft Maxwell有限元仿真软件Maxwell2D来进行二维磁场有限元分析，对磁路产生的磁场特性作了表征[3]。通过Tek-TPS2024示波器测出实验波形并做了详细的分析。实验装置完成后，利用该装置进行了混凝净化水处理实验，对实验结果做了简要分析，并通过Origin9.0将所得数据绘制出相关图形。

目录

声明

摘要

英文摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 电磁混凝技术概述

1．2 磁化技术的发展和现状

1．3 本文主要研究的内容

2 交变磁场发生器设计原理

2．1 交变磁场发生器基本结构

2．2 主电路设计

2．2．1 串联型谐振负载分析

2．2．2 电压型拓扑分析

2．2．3 并联谐振负载分析

2．2．4 电流型拓扑特性

2．2．5 拓扑优缺点对比和选择

2．3 磁路的分析与计算

2．3．1 麦克斯韦方程

2．4 交变磁场的仿真

3 磁化装置的控制策略

3．1 功率调节方式

3．1．1 直流调功

3．1．2 逆变调功

3．2 直流斩波功率控制策略

3．3 锁相环控制设计

3．4 仿真及结果分析

3．4．1 仿真主电路搭建

3．4．2 驱动控制脉冲建模

3．4．3 PLI_建模

3．4．4 仿真结果分析

4 硬件电路设计

4．1 总体方案

4．2 主电路拓扑

4．2．1 整流电路

4．2．2 滤波电路

4．2．3 直流斩波电路分析

4．2．4 逆变电路参数设计

4．2．5 吸收电路

4．3 磁场输出子设计

4．4 控制电路设计

4．4．1 DSP电源电路的设计

4．4．2 隔离驱动电路设计

4．4．3 A／D采样电路及调理电路

5 系统软件设计

5．1 开发平台搭建

5．1．1 主程序

5．1．2 直流斩波功率调节

5．1．3 AD采样子程序

5．1．4 DPLL控制子程序

5．1．5 PI控制子程序

5．2 人机界面设计

6 实验及结果分析

6．1 实验平台搭建

6．1．1 实验结果分析

6．2 磁化水处理实验

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果