静电除尘器的设计.doc
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1、 本科毕业论文(设计)系 别:物理与电子工程学院 专 业:电子信息科学与技术姓 名: 王东生 学 号: 2006012002 题 目: 静电除尘器的设计 指导教师: 王淑玉 职称: 副教授 提交论文时间: 2010 年 5 月 21 日 论文答辩时间: 2010 年 6 月 1 日 38目 录摘要:IAbstract:II引言1第 一 章 系统设计的技术要求21.1 系统设计方案的选择2第 二 章 静电除尘器的主工作电路设计2第 三 章 控制系统设计33.1 控制系统结构设计33.2 控制系统主电路图的设计43.3 信号检测和处理电路的设计53.4 复位电路63.5 晶振的选择83.6 显示与
2、键盘电路的设计93.7 外部控制电路的设计113.7.1电机的调速方法113.7.2 设计中所选择的控制电机转速的方法123.8 A/D转换电路设计13第 四 章 系统的软件设计144.1 单片机的软件设计14结 语36参考文献:37致谢语38静电除尘器的设计静电除尘器的设计摘要:目前,静电除尘器普遍存在体积大、质量重、投资高及细微粉尘捕集率低下等问题,因此难以满足日益严格的环境污染治理需求。为了保证静电除尘器高效运行,减少粒子在前端荷电区的复合及沉降损失,提高荷电粒子的输运率,大多数的静电除尘器采用在强电离放电区域内引入气流作用力的方法,而本文在此基础上提出了进一步促进离子输出的有效方法,即
3、利用温度传感器,单片机,晶闸管来使静电除尘器达到最佳效率。随着世界上人们越来越关注环境保护问题,性能优越,高效的静电除尘器将会越来越受到青睐,相信此设计中的静电除尘器一定会有非常广阔的市场前景。关键词:晶闸管 反并联 静电除尘器 三相交流调压 单片机The design of the Electrostatic PrecipitatorsAbstract: At present, Electrostatic Precipitators of are difficult to meet the increasingly strict environment treating standard b
4、ecause the volume of Electrostatic Precipitator is huge, which means that the price of initial investment, operation cost are extremely high, and the efficiency of dust removing for micro dust is too low. In order to improve the transport rate of charged particles and the efficiency of Electrostatic
5、 Precipitator, and to induce the loss in recombination and sedimentation, The majority electrostatic precipitators use in the strong ionic discharge region introduce the air current action the method, but this article based on this proposed further promotes the ion output efficacious device,,which e
6、mploy the temperature transducer , MCU and thyristor to the most efficient of the Electrostatic Precipitators,As the world increasingly, people are concerned about environmental protection problem, performance, high efficinency electrostatic cleaner will be growing, to believe that the design of sta
7、tic electricity from the cleaner will be a very broad market prospect.key word: thyristor parallel circuit Electrostatic Precipitators three-phase Ac Voltage Controller MCU 引言由于火电厂排放的大气污染物对环境的污染越来越严重,所以对火力发电厂产生的烟气要通过除尘后才能排放到大气中,在工业中很多场合都需要除尘器来处理生产过程中产生的粉尘等有害物质,在火力发电厂和热电厂中应用尤其广泛,除尘器的发展大致经历了:机械式除尘器,洗涤
8、式除尘器,过滤式除尘器,静电式除尘器等,机械式除尘器是以机械力或机械运动方式来分离固体颗粒与气体的除尘器。机械除尘器是除尘设备中出现最早的一种,它的分离效率较低,应用范围受到严重限制。洗涤式除尘器是通过以液体洗涤气体的方式,将气体中的固体颗粒捕捉并分离出来。洗涤式除尘器的分离效果较好,它又可以分为水浴式除尘器、泡沫式除尘器、文丘里管除尘器和水膜式除尘器等几个种类,但是使用过程中要大量使用水等液体,给广泛应用带来不便。过滤式除尘器是使用过滤介质来分离固体颗粒与气体。过滤式除尘器的主要分类有袋式除尘器和颗粒层除尘器两种。袋式除尘器是工业生产中应用最广泛的一种除尘器,它采用滤袋作为过滤介质,将带有粉
9、尘的气体通过滤袋,粉尘即会被滤袋表面截留,完成除尘过程。而布袋等外介质容易破损,需要不断的更换,带来很大的麻烦,且造价高。静电除尘器是新发展起来的,其具有除尘效果好,造价适中,使用寿命长,运行稳定,不结露,不爬电,故障率低,运行费用低,属于低耗能高效率产品。第 一 章 系统设计的技术要求静电除尘器系统,分为主工作电路和控制系统两部分构成,正常工作时主工作电路要满足主电路满足下列要求:380V的三相工频交流电输入,直流高压输出。电压连续可调,输出稳定。晶闸管驱动电路满足够使输出脉冲移相范围在 5175之间连续线性可调。控制系统电路由单片机来实现,设计要使系统控制方便,操作灵活。控制系统电路的设计
10、要能够信号检测、处理信号等功能。1.1 系统设计方案的选择静电除尘器是利用高压静电吸附带电离子的原理进行除尘。静电除尘是一种最简单最方便的方法之一,为了能让静电除尘器的使用效率能够更高的表现出来,而温度是影响静电除尘器效率的重要因素,所以对静电除尘器周围的温度要进行控制。将温度传感器采集的信号经A/D转换传送给AT89S51单片机的处理将输出的信号通过变频器或者通过变换电机的外接电阻控制电机的转速。达到控制燃料的进给量,进而控制产生烟气的温度,此设计的要求是利用AT89S51单片机来控制静电除尘器的温度(温度范围为140170),保证静电除尘器的正常使用,且要使静电除尘器的效率达到最大值静电除
11、尘器总体由静电除尘器的控制系统和主工作电路一起组成,而本文重点研究静电除尘器的控制系统,因为大多数的静电除尘器只有主工作电路,所以设计的控制系统是大多数静电除尘器所不具备的。第 二 章 静电除尘器的主工作电路设计静电除尘器的主工作电路如图 1 所示,380V的三相工频交流电输入后,经过由三组反并联可控硅组成的三相调压电路进行调压,然后经三相高压硅整流变压器升压和整流,得到直流高压输出,硅整流变压器负高压输出经阻尼电阻供给静电除尘反应器。由于电源采用三相工频平衡供电,三相晶闸管同步移相调压,与常规单相硅整流电源相比具有如下特点:(1)电网平衡供电,三相对称,功率因素近 100%;(2)由于采用三
12、相星形输入接线方式,单相输入电流仅为同等功率输出单相电源的五分之一图 1 静电除尘器的主工作电路第 三 章 控制系统设计3.1 控制系统结构设计通过热敏电阻传感器检测烟气的温度,通过滤波电路和放大电路让采集的信号放大一定的被数在通过A/D转换将产生的模拟信号变换成数据信号传送到单片机内,经过处理信号直接控制变频器的频率,从而控制给料机的转速来间接控制烟气的温度,进而使得静电除尘器能正常工作。设计中由温度传感器采集温度,将采集的信号分别经过信号放大、滤波后在经过A/D转换后将信号传送AT89S51单片机,在经过电机调节电路控制电机的转速来控制温度,使其满足我们的要求。控制系统硬件框图如2所示。U
13、UUi传感器放大滤波电机转速调节电路图 2 硬件框图单片机处理信号3.2 控制系统主电路图的设计控制系统主电路图如图3所示。显示器键盘时钟电路复位电路电源AT89S51单片机A/D转换器放大电路外部控制电路传感器采集信号图3 电路图框图静电除尘器控制系统由AT89S51单片机、键盘系统、显示系统、时钟电路、复位电路、电源电路、信号检测及处理电路、外部控制电路等部分组成。3.3 信号检测和处理电路的设计(1)常用的温度检测元件主要有热电偶、热电阻、热敏电阻等。热电偶主要是利用两种不同金属的热电效应,产生接触电势随温度变化而变化,从而达到测温的目的。测量准确,价格适中测温范围宽,线性度较好。但其输
14、出电压受冷端温度影响,需要进行冷端温度补偿,使电路变得复杂。 (2)热敏电阻由金属氧化物或半导体材料制成,灵敏度高、热惰性小、寿命长、价格便宜。但其测量的稳定性和复现性差,测量精度可以满足本文应用1的要求。而且线性度满足,不需要进行查表线性拟合,因此可以选用。 (3)热电阻是利用金属的电阻率随温度变化而变化的特性,将温度量转化成电阻量。其优点是准确度高,稳定性高,性能可靠,热惯性小、复现性好,价格适中。但电阻值与温度是非线性关系,Pt100热电阻,当0t850时可用下式表示:其中A=3.908310-3();B=-5.77510-7 ();由此可见,温度越高非线性误差越大,本题目要求温控范围是
15、140170,温度较高。本题也可以选择热电阻传感器。本设计选用的热敏电阻的传感器及技术参数如下:选择温度传感器 (1)用途与特点适合于蒸汽管道,锅炉及其他对温度,压力,流速有所要求的场合。(2)主要技术指标技术指标电气出口:M201.5,NPT1/2连接尺寸:M201.5 NPT1/2防护等级:IP65测温范围及允差型号:HR-WZP-01T/ HR-WZP2-01T分度号:Pt100测温范围/:-200+500公称压力/Mpa:30流速/(m/s):100如图4所示是设计中热敏电阻测量原理电路,由电源、电阻电桥、运放和输出四部分组成。电源部分包括R4、R6、C1、U1B。R4、R6为分压电路
16、C1主要滤除Vcc中的纹波,U1B为LM324运算放大器,工作于电压跟随方式,其特点是输入阻抗高、输出阻抗低,为后级电桥提供稳定的电流。电桥由R1、R2、R3、R13组成,当外界温度发生变化时,通过调节R13使电路产生补偿电压,属于电位补偿。运放电路由R7、R8、R9、R10及U1A组成,这是一种灵敏度较高的电桥放大电路,放大倍数由R9/R8得到。输出电阻由R5、R12、R14、D1组成,调节R14可以调整输出电压幅度。D1主要用于防止输出负电压,保护后级A/D电路。 图4 信号检测与处理电路3.4 复位电路简单的说,单片机的复位就和计算机的重启是一样的概念。任何单片机在工作之前都要有个复位
17、的过程,复位对单片机来说,是程序还没有开始执行,是在做准备工作。一般的复位只需要5ms的时间。如何进行复位呢?只要在单片机的RST引脚上加上高电平,就可以了,按上面所说,时间不少于5ms。为了达到这个要求,需要在外部设计复位电路。复位电路的实现可以用多种方法,但是从功能上一般分为两种:一种是电源复位,即外部的复位电路在系统通上电源之后直接使单片机工作,单片机的起停通过电源控制;另一种方法是在复位电路中设计按键开关,通过按键开关触发复位电平,从而控制单片机的复位。和晶振电路一样,复位电路也是单片机系统的典型外部电路。基本的复位电路的原理图如图5所示。从原理上说,一般采用高电复位电路。这种复位电路
18、的工作原理是:通电时,电容两端相当于短路,于是RST引脚上为高电平,然后电源通过电阻对电容充电,RST端电压慢慢下降,降到一定程序,即为低电平,单片机开始正常工作。通用的复位电路的选择可以根据实际的需要而定。对于有丰富电路设计经验的人来说,可以根据自己的实际需要,定制满足实际要求的复位电路。下面给出了一种根据实际需要设计的上电复位电路,如图6所示。复位电路由22F的电容和1的电阻及IN4148二极管组成。在满足单片机可靠复位的前提下,该复位电路的优点在于降低复位引脚的对地阻抗,可以显著增强单片机复位电路的抗干扰能力。二极管可以实现快速释放电容电量的功能,满足短时间复位的要求。图5单片机的复位电
19、路图6改进的复位电路3.5 晶振的选择在单片机系统中,晶体振荡器将外围的电容集成到振荡器的内部,无需再设计晶振电路,只需要将电源加载到晶振上,晶振就可以起振,并通过两个引脚的输出到单片机的晶振引脚上。一般的,由于晶体振荡器的体积较大,价格较贵,在实际使用中,还可以选择晶体谐振器,也就是常说的立式晶振。该晶振需要外部的晶振电路才可以起振,但是由于该电路非常简单,并且使用灵活,在单片机系统中也有广泛的应用。此设计中单片机的时钟使用某一个外接的时钟信号,不外接晶振。由于此时的外接晶振引脚上没有晶振信号输入,内部的时钟电路将停振。这种方式称为外部时钟方式。如图7所示给出了两种外部时钟的电路,可以根据不
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