关键词：
泵控制电路（精选七篇）
泵控制电路 篇1
对于单泵排水控制系统, 以污水处理厂调节池排水泵为例, 经验设计选型时, 常取水泵排量为调节池入口来水量的1.2倍左右。因此实际运行时, 泵是以间歇方式向污水处理工艺系统排水的, 即当进入调节池中的工业污水水位上升至上限高度时, 泵启动排水;待水位下降至设定液位下限时水泵关闭停止排水。
在生活给水、污水处理及建筑消防排水等场合, 由于生产过程连续性的要求, 一般采用双泵排水控制系统。并联安装的两台排水泵以一主一备的方式工作, 当主泵出现过热保护、空开跳闸等故障时, 备用泵可迅速切入工作状态, 从而有效地避免了长时间故障维修时给生产系统带来的不利影响。
1 高低两点式液位控制双泵排水控制电路
图1所示为高低两点式液位控制双泵排水控制电路。该电路的最大特点是:使用高低两个液位开关FQ2和FQ1, 并在控制面板上设置两个相应的液位指示灯HL2、HL1。这种设计将不便于目测的液位开关工作状态直观地显示在控制系统操作面板上。根据需要, 两个液位开关可准确地调整固定在任意位置上, 所以特别适用于对水泵启动及停止液位有严格要求的场合。
电路设有手动及自动两种运行模式。当转换开关SA处中位时, 系统为手动运行模式。KA3与KA4的常闭触点串联后给手动控制电路供电, 1#水泵由1SB1及1SB2手动控制, 同理2#水泵由2SB1及2SB2手动控制。此时泵的启动及停止仅受控于操作面板上的相应启/停按钮, 与液位状态没有关联。因此手动工作模式一般用于水泵的调试及维护工作阶段。
2 双泵自动循环排水控制电路
2.1 双泵自动循环原理分析
图2所示为双泵自动循环排水控制电路, 其水泵电机输出主电路同图1。在两台排水泵均处于正常工作状态的前提下, 每当液位自下而上变化一个周期时, 两台排水泵将自动完成一次工作循环。具体情形可按如下几个步骤进行描述。
步骤一:系统接通电源, 液位自下而上变化, 浮球开关FQ常开触点闭合, 此时中间继电器KA1、KA2、KA3及主回路接触器1KM得电工作, 1#排水泵通电运行。
步骤二:由于水泵排量大于调节池平均进水量, 液面将逐渐下降致使液位开关FQ触点断开, 此时中间继电器KA1、KA3及主回路接触器1KM断电复位, 1#排水泵停止运行。但KA2因自锁仍保持工作状态。
步骤三:当液位再次升高使浮球开关FQ常开触点闭合时, 中间继电器KA1、KA4及主回路接触器2KM得电工作, 2#排水泵通电运行。在KA4得电工作的瞬间, 其常闭触点断开, 从而使KA2由原通电工作状态转入断电状态。
步骤四:当液位下降致使浮球开关FQ触点再次断开时, KA1、KA2、KA3及KA4与两个主回路接触器全部复位, 系统进入初始准备状态。
液位重新上升, 浮球开关FQ触点再次接通时, 系统将重复以上步骤…。
KA2是双泵自动循环控制电路的核心元件, 有经验的读者不难发现, 该电路实际上是由一个典型单按钮启/停控制电路演变而来的。电路中KA1的常开触点充当了控制“按钮”的角色, KA2是单按钮启/停控制电路的“输出元件”, 也是系统工作状态的记忆元件。KA3与KA4作为中间继电器完成单按钮启停控制的逻辑变换, KA3得电工作使KA2置“1”, KA4得电工作则使KA2清“0”。由此可见, KA1的常开触点每闭合一次, KA2将随即改变一次工作状态。换言之, 每当KA1的常开触点由断开转入闭合时, 将有一台排水泵投入运行。如KA2原状态为“0”, 系统选择1#泵启动运行;如KA2原状态为“1”, 则选择2#泵启动运行。
例如在KA1断电并系统复位后, 如果KA2处“1”位, 则表明刚刚投入使用的是1#排水泵。当液位上升使KA1常开触点接通时, 由于KA2的常闭触点断开, KA3与1KM线圈无法得电工作。与此相反, KA2的常开触点闭合, KA4与2KM即刻进入工作状态, 2#排水泵投入使用, 同时记忆元件KA2复位。同理, 当KA1的常开触点再次由断开转入闭合时, 由于KA2处“0”位, 其触点状态将使得1#排水泵投入使用。KA2的巧妙运用是本电路设计的精华所在。
2.2 备用泵延时启动控制电路
双泵自动循环控制电路的另外一个重要特性是:电路中两台排水泵互为备用, 运行中的主泵因过载或空开跳闸等原因异常停机时, 备用泵经过短暂的延时即可迅速启动排水, 从而保证系统仍然能够维持正常的运行状态。这种主泵故障时备用泵自行延时启动的功能, 是通过电路中的时间继电器KT及其相关控制回路得以实现的。时间继电器电磁线圈供电回路由KA1的常开触点、KA3与KA4的常闭触点串联构成。系统无故障正常排水时, 虽然KA1常开触点闭合, 但KA3与KA4的常闭触点总有一个处于断开状态, 所以KT是不会通电计时的, 其常开延时触点也始终处于分断状态, 此时KT及其相关回路对双泵自动循环控制没有任何影响。
例如:运行中的主泵 (假设为1#排水泵) 因故障意外停机, 泵过热使控制回路中的1FR分断, 则KA3与1KM均被迫停止工作。此时, 时间继电器电磁线圈供电回路接通并开始读秒 (本例中KT的定时时间设定为5s) , 计时时间到, 其常开延时触点闭合, 作为备用的2#排水泵将立即启动运行, 直至液位降低使浮球开关触点FQ断开为止。同时KA1断电停止工作, 系统全部复位。如果在此期间, 1#排水泵故障未能及时排除, 当液位升高后, FQ触点闭合使KA1再次置“1”时, 2#排水泵仍将延迟5s后重新进入运行状态。此种情形下, 系统功能完全等同于一个单泵排水自动控制电路。
3 结论
在各种水处理工艺流程中, 经常会遇到要求水泵根据液位变化情况自动运行的问题。本文所提及的两种双泵排水自动控制电路, 是笔者在总结十余年污水处理行业工作经验的基础上, 从众多的液位控制电路中精心挑选并推荐给各位读者的。
高低两点式液位控制电路中的液位指示功能, 虽然电路略显复杂, 但对不便于接近观察液位变化情况的污水处理场合来说, 它是必不可少的。该电路中没有设计故障自动切换功能, 所以不宜使用于无人值守的应用场合。双泵自动循环控制电路是一款功能完备, 且在近年来应用最为普遍的一种液位控制电路。但其电路结构原理较为复杂, 给运行维护带来一定的困难。此外, 系统为使电路简化, 只用一只浮球式液位开关, 这也给使用及调试时带来了不便。
在确定双泵排水控制电路方案时, 要详细了解各种电路的功能及特点, 充分考虑设备维护及操作是否方便、连续工作可靠性要求是否很高、设备造价是否合理以及安装是否方便等因素。只有具体情况具体分析, 优选出各种液位控制回路中的最隹环节, 才能设计出电气线路安全合理, 建设单位及其使用人员都很满意的双泵排水控制电路。
参考文献
[1]中国建筑标准设计研究院.常用电机控制电路图 (2010年合订本) .北京:中国计划出版社, 2010
[2]史国生.电器控制与可编程控制器技术 (第二版) .北京:化学工业出版社, 2005
泵控制电路 篇2
乙烯原料泵最小流量控制回路操作现状
在80万吨/年乙烯装置中，由于乙烯原料泵流量大，扬程高，因而需要设置最小流量保护回路（见图1）。在生产操作过程中，当最小流量控制阀开启至22~25%，流量至200~250m3/h时，最小流量控制回路就会发出刺耳的噪音，接近110db（A），不仅影响职工的日常工作，同时其伴生的振动也会给安全生产带来隐患。当前工艺条件及初步分析[1]
乙烯原料泵输送物料主要为凝析油，操作条件下温度T为30.8℃，比重G为0.73，粘度Vis为0.43cP，饱和蒸汽压PV：0.653bar。乙烯原料泵在最小流量操作下扬程为280m，即20.053bar。由于最小流量保护回路流程短，无其他附属设施（见图1），回路中的阻力降主要集中在控制阀和限流孔板上，因而在控制阀或限流孔板的缩径附近非常容易发生空化现象，产生噪音及振动。
图1 乙烯原料泵最小流量控制回路流程图
根据机械能守恒原理（见式1，Bernoulli方程式），当流体经过缩口（调节阀或限流孔板）时，流束会变细收缩，并在缩口下游形成缩流断面。在此缩流断面处流体流速最大，压力最小，当此时流体压力PVC小于介质的饱和蒸汽压PV时，流体将会沸腾，产生气泡，PVC压力越低，气泡越多。流体通过缩流断面后，流速降低，压力升高。流体流速最终稳定于u2，由于缩口前后管道直径相同，因而u1等于u2；压力最终稳定于P2，但由于缩口消耗了流体的能量，即ΔPo，因而下游压力P2无法完全恢复到P1。经以上分析，式1可简化为P1=P2+ΔPo。如果P2大于PV，流体在缩口处产生的气泡在高压下将迅速破裂，即发生空化现象。此时管道会发出刺耳的噪音并伴有振动，长期作用下会造成管路损坏。如果P2仍然小于PV，气泡将继续逸出，在管道中形成汽液混合相，即发生闪蒸现象。（见图2）
图2 工艺介质通过孔板时压力变化曲线
Bernoulli方程式：
（式1）
式中：
ρ——介质密度；
u1——缩口前流速；
P1——缩口前压力；
u2——缩口后流速；
P2——缩口后压力；
ΔPo——缩口阻力降。空化现象计算及判断[1]
为了判断是否发生空化现象，需要对阻塞流压差进行计算。当缩口两端压差（ΔPo= P1-P2）增加，即缩口前压力P1不变，缩口后压力P2减小。此时，缩流断面处压力PVC将减小，直至下降到流体饱和蒸汽压PV以下，流体发生汽化，通过缩口的流体流量不再随压差增加而增加，即形成阻塞流现象。此时，缩口两端的压差即是阻塞流压差ΔPchocked。当缩口实际压差ΔPo小于其对应的阻塞流压差ΔPchocked时，无空化现象发生，反之则有空化现象发生。
（式2）
（式3）
式中：
ΔPchocked——阻塞流压差；
FL——液体压力恢复系数； FF——液体临界压力比值系数；
PV——液体的蒸汽呀；
PC——液体临界压力。
经计算，操作条件下：
调节阀前压力P1调节阀为21.103bar，压差ΔPo调节阀 为13.735bar，阻塞流压差ΔPchocked调节阀为16.608bar，ΔPo调节阀小于ΔPchocked调节阀，因而在调节阀处无空化现象发生；
限流孔板孔径DO为60mm，孔板前压力P1限流孔板为7.368bar，压差ΔPo限流孔板 为6.200bar，阻塞流压差ΔPchocked限流孔板为5.483bar，ΔPo限流孔板大于ΔPchocked限流孔板，因而在限流孔板处有空化现象发生，引起了回路的噪音及振动。
详见表1，乙烯原料泵最小流量控制回路压力平衡表。整改方案
整改措施是通过采用双限流孔板，降低单个孔板上的压差，从而避免空化现象发生，消除噪音。整个回路其它部分保持不变。整改后空化现象计算如下：
调节阀前压力P1调节阀为21.103bar，压差ΔPo调节阀 为13.506bar，阻塞流压差ΔPchocked调节阀为16.608bar，ΔPo调节阀小于ΔPchocked调节阀，因而在调节阀处无空化现象发生；
限流孔板孔径DOA为65mm，孔板前压力P1限流孔板A为7.597bar，压差ΔPo限流孔板A 为4.487bar，阻塞流压差ΔPchocked限流孔板A为5.668bar，ΔPo限流孔板A大于ΔPchocked限流孔板A，因而在限流孔板A处无空化现象发生；
限流孔板孔径DOB为80mm，孔板前压力P1限流孔板B为3.110bar，压差ΔPo限流孔板B为1.942bar，阻塞流压差ΔPchocked限流孔板B为2.034bar，ΔPo限流孔板B大于ΔPchocked限流孔板B，因而在限流孔板B处无空化现象发生；
由以上结论可知，整改方案简单可行，可以避免空化现象发生，消除噪音其伴生的振动给安全生产带来隐患。
详见表1，乙烯原料泵最小流量控制回路压力平衡表。
表1，乙烯原料泵最小流量控制回路压力平衡表
乙烯原料泵吸入端 乙烯原料泵排放端
项目 整改前/后 单位 项目 整改前 整改后 单位
乙烯原料罐操作压力 0.002 barg 乙烯原料罐操作压力 0.002 0.002 barg 管道阻力降 0.02 bar 管道阻力降 0.051 0.051 bar 过滤器阻力降 0.009论文联盟http:// bar ROA压差 6.200① 4.487 bar
静压头 0.115 bar ROB压差 1.942 bar
吸入端净压力 0.088 barg 流量计压差 0.037 0.037 bar
静压头 0.115 0.115 bar
乙烯原料泵压头 20.052 bar 调节阀压差 13.735 13.506 bar
① 整改前单个限流孔板压差 结论
在生产过程中，装置上微小的异常都应引起相应的重视，从理论上分析其产生的原因及其可能造成的危害。往往通过简单的整改即可消除隐患，保证整个装置系统长期稳定的运行。
如何控制供水机泵电能消耗 篇3
【关键词】供水机泵；电能消耗；控制
1.前言
我国是工业大国，对于工业的认识自然少不了电能的消耗。能量的庞大消耗，给人们的生存带来了很大的负担。随着科技的发展，人们的意识有所改变，节约能源的行动势在必行。研究供水机泵的耗电功能，从节省电能消耗的技术上进行改革。把创新的技术应用在机泵的供水系统上，目的是为了对电能消耗得到减少的控制，实际上是给供水企业得到更多的利益。这样对于做为消耗电能较大的自来水企业来说这是个好的开始。也为国家的能源消耗做了一点的贡献。
2.供水机泵降低电能消耗量的概念
供水机泵电能消耗高的原因是机泵的运行效率低，机泵的运行时间长短是由机泵的低效率引起的。机泵的运行效率和时间是关键，是企业在进行机泵耗电的考虑因素。对于机泵供水系统的电能消耗原理进行简单的分析[1]。把它理解成公式m=h/3.6η（m代表供水机泵的电能消耗量，h代表供水机泵的扬程，η代表供水机泵的综合效率），这个公式表明了机泵的耗电与供水机泵的扬程是形成了正比的，而与供水机泵的综合效率成为反比。从而得知，若使供水机泵的耗电减少，考虑因素在于供水机泵在运作时的供水变化和供水的调节。这两个方面的控制决定供水机泵的扬程和供水机泵的综合效率的数据显示。依据科学技术采取有用的措施进行供水机泵减少消耗电能上的控制。
3.控制供水机泵电能消耗的措施
3.1从供水机泵的供水方面进行改造
供水企业要想达到供水机泵的电能消耗降低，可以从供水机泵的供水体系上进行变化。在进行变动的同是不能丢失了机泵供水的基本原理，原本运行的状态和运行效率。所以，技术人员在进行供水机泵改造的時候拟定一个计划。首先在机泵的叶轮上进行改变，应用切削叶轮能改变机泵的供水性能，机泵叶轮能决定机泵的供水量大小。叶轮的切削变动在技术的应用上也比较简单，所需的成本也少[2]。技术人员的对于切削叶轮的操作也需要步骤，①根据一个供水机泵的叶轮的切削程度不一样可以导致供水量大小，可以使一个供水机泵拥有几个不同的叶轮部件，方便在不同时间和不同气候的出水量来更换适合的叶轮。②供水机泵的叶轮尺寸有相关的规定，技术人员在将叶轮进行改造时，不能超出规定范围内的尺寸。③要清楚的了解供水机泵的承载能力，根据实际的情况衡量切削叶轮的规格。④切削叶轮会影响供水扬程的运作，供水扬程是整个供水机泵的重点，因此切削叶轮在调整过后要求供水扬程必须能正常运作。
对于供水机泵电能消耗的减少，还有两种有效的办法，并且都比切削叶轮降低消耗能源的方法起的作用更大，那就是变频调速和更换机泵。这两种方法都能显著地改变供水机泵的耗电能源减少，但却在成本的费用、技术含量、需要花费时间等方面上都比切削叶轮的方法 大的多[3]。这些原因导致很多的自来水企业不选择这两种方法的装置来降低供水机泵的消耗电量。所以企业一般是考虑费用不高，技术含量低且不费多少时间是切削轮叶的方法，来控制供水机泵电能消耗减少。
3.2利用创新技术，合理安排供水调度
企业的供水系统在很多情况下，没有很好的分配供水的时间和供水量。适当的供水调度，可以使得供水机泵能合理高效的运作，从而实现降低消耗电能的效果。无线四遥分布式监控系统是先进计算机智能控制技术，它的好处是智能化的形成图元控制[4]。让无线四遥分布式监控系统技术应用在供水的上，不仅提高了供水机泵的运作效率，还有利于供水机泵更安全、稳定的运用。把无线四遥分布式监控系统的技术引进到供水厂来也使得工人的操作简单化，在计算机上可以清楚的看到供水的量度图线，工人得到信息方便进行下一步的操作。其最终的目的就是能达到合理有效的安排供水调度，使供水机泵扬程指数提高，从而降低供水机泵的消耗电能。企业把创新的技术应用在供水机泵上，使得供水调整得到合理的安排上，最终也实现了控制供水机泵电能消耗的目的。
企业可以培训工作人员认识科技创新的发展，因为科技的发展为人的全面发展创造了发展条件，人们能在科技发展的前提下，不断完善自我，使自身在各方面得到全面发展。企业在供水机泵供水调整操作中建立无线四遥分布式监控系统，就是利用技术的创新方法进行对供水机泵的改造。
4.结束语
综合上述所说，在控制供水机泵的电能消耗上得到有效降低的同时，企业的成本和效益也得到合理的改善。因此也提高了企业供水出水量，从而减少因供水不足而导致城市中缺乏生活用水的问题。不仅是在供水机泵的技术上减低消耗电能，在我国的多形的工业制造企业中也提倡节约电能的习惯，多利用高科技术改革机器运作问题上。这样能更好的解决人力、物力、和财力方面的支出，最主要的原因是使得国家乃至世界的能源得到更好的利用。
参考文献
[1]阮锡山.提高泵机的效率，降低电耗[J].大科技：科技天地，2011，11（15）：121-124.
[2]杜勇奇.试论如何控制供水机泵电能消耗[J].科技与企业，2012，6（22）：87-90.
[3]张琛.利用多种技术手段提高出水量降低电耗[J].大众科技，2011，14（01）：95-98.
一种新型电荷泵电路设计 篇4
随着电子技术的飞速发展,集成电路越来越朝着高频、 高速、 高集成度、 多功能、 低功耗方向发展。 为了满足提高集成度、 低功耗的要求, 现代集成电路的工作电压越来越低,主流的LSI技术已经将电源电压降低到2 V以下。 对于集成电路中的许多模块,例如EEPROM、Flash存储器、 电源管理模块、 音视频编解码、 图像传感电路,都需要比电源电压很高的供电电压。 为了产生很高的片内电压为EEPROM或者Flash存储器进行编程, 开关电容技术得到了广泛的应用。
传统的开关电容电路功耗大,为解决此类问题,现代电路中常采用电荷泵结构。 电荷泵电路是一种应用电容电荷积累效应来产生低于电源电压或者高于电源电压的电路。 大多数电荷泵电路都是基于Dickson电荷泵,经典Dickson电荷泵电路中采用二极管作为开关器件[1]。目前主流电荷泵电路中都采用栅漏短接的MOS管代替二极管作为开关器件。 然而,前级的高输出电压和体效应的影响会造成阈值电压的增加,当级数增加时会严重降低电荷泵的效率, 此外MOS管的反向电荷分享现象限制了电荷泵电路性能的提高[2,3]。 针对这些问题, 本文在对Dickson电路分析的基础上, 设计了一种新型的电荷泵电路,该电路能实现很高的稳定输出电压。
1 电荷泵原理
N阶Dickson电路原理图如图1 所示( CP1 ) 。 图1 中,CLK和是两相非重叠时钟, 为了获得最大的输出电压,时钟幅度一般与电源电压相同。 C1~ Cn+ 1是等值的耦合电容, 每个耦合电容的的下端依次与CLK和连接, 上端与栅漏短接的NMOS管连接。 栅漏短接的NMOS管作为Dickson电荷泵中的二极管, 所有NMOS管的衬底都接地。 当CLK为0 时,M0 导通,电源VDD对电容C1充电, 当电容两端压降为VDD- Vth时停止充电,Vth为NMOS的阈值电压。当CLK为1时,C1的上极板电压突变为2VDD-Vth,此时为0,M1导通,电荷流过M1对C2充电,当电容两端压降为2VDD-2Vth时停止充电。这样,电荷就从左边传递到了右边,当每一级的时钟信号为高电平时,前级信号为低电平,由于二极管的单向导通性,前级二极管截止,电荷无法从右边传到左边。这样电荷就源源不断地从电源传输到输出端,每经过一级电压升高,从而在输出端得到所需的高压[4]。
图1 中,每一个时钟周期第n+1 节点和第n个节点之间的电势差为电荷泵的增益,由下式给出:
其中CS是衬底的耦合电容,V准是时钟的幅度, 一般为电源电压。 因此当第N个二极管导通瞬间,输出电压为:
式(2)给出了理想情况下的输出电压。 然而,电荷泵的输出负载会产生一定的负载电流, 因此需要对式(2)作一定的修正。 假设VL为由于负载在每一级引起的压降,由下式给出:
其中Iout为输出负载电流,f为时钟频率。 考虑负载引起的电压降,式(2)修正为:
电路中用栅漏短接的NMOS管当做二极管,NMOS管的衬底接地, 源端电压随级数增大而增大, 因此NMOS管的阈值电压也随级数的增大而增大, 将Vth改写为Vth0+ △Vt, 其中Vth0为NMOS管的本征开启电压。 考虑衬底电容、负载电流、体效应的影响,电荷泵的单级增益由下式给出:
电荷泵电路中, 只有当单级增益大于零, 才可以通过增加电荷泵的级数来增加输出电压, 但是由式(5) 可以看出, 随着电荷泵级数增大, 由于体效应的影响,NMOS管的阈值电压越来越大, 当某一级的阈值电压足够大使得 △V=0 时, 输出电压达到最大值, 不会随着电荷泵级数增大而增大。
为了消除或者缓解阈值电压的损失,文献[5] 提出了一种改进型电荷泵结构, 电路结构如图2 所示, 该电路的优点在于改变了开关管的衬底连接方式。 利用某一级的输入电压和输出电压的电压变化,衬底和开关管的源端和漏端的较高电压端连接(实际的漏端),消除了体效应带来的阈值电压增大的问题, 实现了较高的电压增益, 有效抑制了衬底漏电流, 但是也在一定程度上减小了电导,且启动时间较长[5]。
2 改进型电荷泵
为了产生足够高的电压, 基本Dickson电荷泵级数也随之增加, 但是用作二极管的MOS管的体效应也越来越严重, 因此电荷泵的增益也越来越低。 如果EEPROM或者Flash存储器需要很高的编程电压( 15 V或以上),而电源电压为3.3 V或者更低,Dickson电荷泵的输出电压就很难满足要求。 因此提出了一种改进型电荷泵电路结构(CP3),其中单级结构如图3 所示。
图3 的单级结构由四个高压PMOS管, 两个交叉耦合的高压NMOS管和三个电容组成。 C1和C2是等值的耦合电容,CLK和是两相不重叠时钟, 为了获得最大的输出电压, 时钟的幅度一般与电源电压相同。 上一级的输出电压从M1 和M2管的漏极输入, 第一级输入接电源电压。 当CLK为1时,M1 管的栅极为高电平,M1管导通,PMOS管M3和M5截止,电荷流过M1管并对C2充电。M2管处于截止状态,当C2两端的电压较小时,M4和M6导通,电荷流过M4和M6并对电容C3充电,电容C3的端电压提供M3-M6衬底的偏置电压。输出电压为M4的漏端电压。当CLK为0时,为1,M1、M4和M6截止,M2、M3和M5导通,电荷流过M2管并对电容C1进行充电。M1管处于截止状态,当C1两端电压较小时,M3和M6导通,电荷流过M3和M5并对电容C3充电。至此完成了三个电容的预充电过程。
当电容C1、 C2和C3上存储有一定电荷并带有电势差后,CLK再为1,M1 的栅极电压为VDD+ VC1, 此电压使电荷流过M4 和M6 并对偏置电容C3进行充电,使C3的端电压随之升高,输出电压也随之升高。 当CLK再为0,为1 , M2 管导通并对电容C1充电,补充前半个时钟周期对C3充电损失的电荷。 以第一级为例,输出电压近似为两个电源电压之和。
现讨论此电荷泵与基本Dickson相比的优点, 主要考虑阈值电压的影响,忽略衬底电容、负载电流的影响。对于Dickson电荷泵,假设第n-1 级的输出电压为Vn - 1,当CLK为0 时, 传递到第n级( 假设n为奇数) 的耦合电容上的电压为Vn - 1- Vth, 电压增益为VDD- Vth, 且随着前级电压的增大,二极管连接的NMOS管的阈值电压不断增大, 每一级的电压损失也越来越大, 电压增益随之降低。 以第n级为例,对于改进型电荷泵CP3,采用NMOS作为传输管, 在预充电过程完成后,CLK为1、为0时,M1 的栅极电压近似为VDD+ Vn - 1, 漏端电压为Vn - 1, 源端电压不大于漏端电压, 故VGS1= VDD。 当满足VGS1= VDD>Vth1, M1 管恒导通( VGD1> VGS1> Vth1, M1 工作在线性区) , 流过M1 的电流对电容C2充电, 随着C2上的压降不断增大,流过M1 的电流不断减小, 最终电流为零, 根据平方率公式, 也即M1 的VDS= 0 。 所以最终电容C2上的压降为Vn - 1, 也即单级增益为VDD。
对比Dickson电荷泵和本文设计的新型电荷泵, 可知新型电荷泵CP3 的单级增益基本恒定且远大于Dickson电荷泵的单级增益, 即基本消除了阈值电压的影响。
3 仿真结果
本文使用华虹NEC的0.35 μm CMOS工艺模型, 在Cadence平台上利用Spectre工具对所设计的电路进行仿真,其中MOS管采用高压管模型。 仿真环境设置如下:仿真温度27 ℃,电源电压3.3 V,时钟频率20 MHz,耦合电容1 p F, 偏置电容100 f F, 负载电容10 p F。 图4 给出了不同电源电压下CP1-CP3 的输出电压曲线。 图5 给出了不同级数的CP1-CP3 的输出电压曲线。 图6 给出了在相同仿真环境情况下(电源电压为3.3 V),5 级电荷泵CP1-CP3 输出电压的比较。
图4 显示, 在相同仿真环境下, 电荷泵CP1-CP3 的输出电压都随着电源电压的增大而增大, 对于某一给定的电源电压,本文设计的新型电荷泵CP3的输出电压最高。
图5 显示, 在相同仿真环境下, 电荷泵CP1-CP3 的输出电压随着电荷泵级数的变化而变化。 对于基本电荷泵CP1, 输出电压变化很小, 对于CP2, 在3-6 阶内, 输出电压随着级数增大而增大,因此可以通过增大CP2 的级数获得较大的输出电压。 对于本文设计的新型电荷泵CP3 , 在级数达到4 级时输出电压达到最大值, 实现了在较低级数下获得较大输出电压的功能。
图6 所示为在相同仿真环境情况下( 电源电压为3 . 3 V ) , 五级CP1 、 CP2 电荷泵和本文设计的5 阶新型电荷泵输出电压仿真结果的比较。 由仿真结果可以看出,在相同级数条件下, 基本Dickson电荷泵CP1 虽然启动时间较短, 但是由于受到体效应的影响, 输出电压只能达到6 V, 电荷泵CP2 虽然在基本电荷泵CP1 基础上输出电压提升了一倍, 但是11 V的输出电压还是低于Flash或EEPROM的编程电压。 而本文设计的新型电荷泵CP3 就很好地克服了这个缺点, 轻松实现了15 V左右的高压,可以对Flash或EEPROM进行读写。
4 结论
本文在对基本Dickson电荷泵进行分析基础上, 针对随着电荷泵级数增加,体效应的影响越来越严重的问题,设计了一种新型的电荷泵结构。 该结构采用交叉耦合的NMOS开关管传输电荷, 基本消除了体效应的影响,提高了电压增益,可以在相同级数条件下,输出比基本Dickson电荷泵高得多的电压, 从而为EEPROM提供稳定的擦、读、写电压。
参考文献
[1]Jongshin Shin,In-Young,June Park.A new charge pump without degradation in threshold voltage due to body effect[J].IEEE J Solid-state Circuits,2000,35(8):1227-1230.
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[4]刘楷,潘立阳,朱钧,等.一个精确时钟驱动的Dickson倍压电荷泵电路[J].微电子学,2002,32(4):302-304,307.
泵控制电路 篇5
1.1 电池充电电路
电池充电主要由比较放大器LM741、三极管2N5551、三极管TIP42C组成,通过调节可调变阻器R3,使得比较放大器LM741的6脚输出不同的电压值[1],从而改变流过三极管2N5551、场效应管TIP42C的电流大小,充电电压由此改变。
1.2 电池欠压报警电路及电量耗尽报警电路
电池欠压报警——当电池电压不足,比较放大器U5(LM741)2脚采样变阻器R18一端电压低于3脚5 V电压(二极管D6 1N4733所得),6管脚输出高电平,使得三极管Q4(2N5551)导通将信号输入单片机处理后发出报警信号[2],泵会发出间断声光报警,按静音键可消除报警,此时电池正常情况下,泵还能以5 m L/h的速率工作30 min左右。
电池电量耗尽报警电路——当电池电量耗尽,比较放大器U4(LM741)2脚采样变阻器R12一端电压低于3脚5 V电压(二极管D5 1N4733所得),6管脚输出高电平,使得三极管Q3(2N5551)导通将信号输入单片机处理后发出报警信号,泵停止工作发出连续声光报警。
1.3 开机电路
市电AC 220 V经变压器转换成AC 16 V,经过整流桥BD1(KBP304)、电容C1(470 UF 50 V)的滤波输出DC22.6 V[3],再由稳压管U1(L7818CV)稳压输出18 V,经二极管D3(1N4007)输入,由稳压管U19(L78L05)输出5 V,给开机芯片U12(PIC16C712-I/P)供电,在电源键长按2 s之前,开机芯片U12(PIC16C712-I/P)的10管脚为5 V高电平,当电源键按下后,10管脚电平被拉低为0 V低电平,电平从5→0 V的变化,此时开机芯片U12的9管脚输出5 V高电平,三极管Q5(2N5551)导通,场效应管Q6(IRF9540)的栅极G与GND导通,使得场效应管Q6的源极S与漏极D导通,输出电压DC 16 V,供后级用电。
1.4 步进电机控制驱动电路
电机的驱动是由全桥PWM步进电机驱动芯片A3955SB构成,单片机对其作出指令控制,脉冲经驱动芯片A3955SB进行电流放大驱动步进电机运动[4]。
2 常见故障及排除
2.1 故障一
2.1.1 故障现象
电池无法充电。
2.1.2 故障分析
造成电池无法充电的原因可能是电池本身或者是充电电路故障。更换电池后故障依旧,判断是充电电路故障。充电电路在电池电压偏低时,比较放大器U3(LM741CN)6脚输出高电平,三极管Q7(2N5551)导通,充电指示灯亮,由三极管Q2(TIP42C)集电极经二极管D2(IN4007)给电池充电。
2.1.3 故障排除
测量比较放大器U3(LM741CN)各引脚电压正常,拆下三极管Q7(2N5551),三极管Q2(TIP42C)检查没有损坏,最后检查发现二极管D2(IN4007)开路,更换同型号二极管后使用正常,故障排除。
2.2 故障二
2.2.1 故障现象
交流指示灯有亮,按开机键无反应。
2.2.2 故障分析
开机电路主要由开机芯片U12(PIC16C712-I/P)前级供电部分、开机芯片U12(PIC16C712-I/P)、三极管Q5(2N5551),场效应管Q6(IRF9540)组成[5],某个元器件出现问题都有可能出现无法开机的故障。
2.2.3 故障排除
未按开机键之前,测量开机芯片U12(PIC16C712-I/P)供电正常,开机芯片U12(PIC16C712-I/P)10管脚5 V输出正常,按下开机键后,测量U12(PIC16C712-I/P)9管脚5 V输出正常,说明前级供电和开机芯片U12(PIC16C712-I/P)工作正常,问题出现在后级部分,最后检查发现三极管Q5(2N5551)发射结开路,更换同型号元件后,使用正常,故障排除。
2.3 故障三
2.3.1 故障现象
开机屏幕显示“Err”。
2.3.2 故障分析
原因可能有:(1)电机不转;(2)基准压力值偏出正常范围170~210 V;(3)检测电机转动的霍尔元件损坏。
2.3.3 故障排除
拆机后重新开机,发现开机第一道自检时电机不转,可以判断系统报错的原因是检测不到电机的转动。电机的运动是由单片机对其作出指令控制,脉冲经驱动芯片A3955SB进行电流放大驱动步进电机运动[6]。单片机一般不容易损坏,所以问题可能出现在驱动电路或者是电机本身故障。手动可以转动电机,排除电机存在异物的问题,考虑是驱动电路出现问题。电机的驱动是由两块全桥PWM步进电机驱动芯片A3955SB构成,拨动电路板的红色开关从ON→12,然后按“启动”键,使泵以低速运行。用模拟电压表测量电机驱动输出端口J2 1、2(由驱动芯片U11A3955SB的10引脚、15引脚输出),有2.1 V的微小抖动,J2 3、4(由驱动芯片U10 A3955SB的10引脚、15引脚输出)无2.1 V的微小抖动,判断是驱动芯片U10(A3955SB)损坏,更换同型号芯片后使用正常,故障排除。
3 总结
电路的分析与故障处理要结合电路原理进行分析判断,先整体后局部,先判断哪一块电路出现问题,再判断哪一个元器件故障,一步一步排除。维修需要胆大心细,思维严谨,本着先易后难,先整体后局部的思路,莫使问题复杂化,尽量少走弯路。
摘要：本文对WZS-50F6微量注射泵的几种典型电路进行分析并通过电路分析解决该泵的3种常见电故障。
关键词：微量注射泵,电路分析,医疗设备维修
参考文献
[1]韩宏伟,云庆辉.WZS-50F6注射泵的常见故障排除[J].医疗卫生装备,2012,33(1):143.
[2]李桂伟,王军华.医疗设备常见故障分析与维修管理[J].医疗装备,2009,6(8):52-53.
[3]彭达明,王玉珍.泰尔茂STC-527微量注射泵检修调校二例[J].中国医疗器械杂志,1999,23(4):245.
[4]韩阿娜.PSK-01型注射泵工作原理及故障检修[J].中国医学装备,2006,3(5):49-50.
[5]包启剑,张军盛.浙大双道微量注射泵故障维修一例[J].医疗装备,2010,23(8):66.
泵控制电路 篇6
输液泵由交、直流两用电供电, 内置可反复充电的镍氢电池。当交流市电突然停电时, 本机将会自动切换到直流电池供电, 机器仍可正常工作。
交流电供电路:220V交流电经过开关K, 负热敏电阻NTC, 进线滤波, 桥式整流、滤波, TOP223振荡, 脉冲变压器输出, 脉冲整流、滤波, 分别输出直流17V、12V、5V电压。误差比较放大器TL431稳压, 经光电耦合器PC817隔离, 到34063集成电路, 集成电路内RS触发器翻转, 继电器不吸合, 机器由交流电供电。在交流电供电工作时, 也向镍氢电池充电, 它是恒功率型开关电源电路。
直流电供电:由内置镍氢电池供电。
交、直流电供电转换:由集成电路IC34063控制, IC34063内部结构如图1, 它由电压比较器、与门和RS触发器等构成, 当有交流电转变的直流电时, IC34063⑤脚有电供给, RS触发器Q端输出“O”, 触发器翻转, 继电器不吸合, 本机继电器由34068②脚控制, 交流电供电;当市电停电, 无交流电转变的直流电时, IC34063⑤脚无电, RS触发器Q端输出“1”, 触发器不翻转, 继电器吸合, 电池供电。
1 TOP223的电流值和内部结构框图
TOP223的电流值和内部结构图见图1。
2 IC34063结构 (见图2)
3 TL431性能
TL431是电压调节器集成电路, 最大阴极电压VKA37V, 连续应用阴极电流-100 mA至150 mA, 基准输入电流范围-50 mA至10 mA。外形及电路图 (见图3) 。
维修中常见的电源故障及排除:
不能用交流电供电, 原因有 (1) 保险丝熔断, 更换保险丝。 (2) 电源开关接触不良, 更换开关或者用无水酒精清洗开关。 (3) 负热敏电阻NTC开路, 更换NTC。 (4) 多次烧保险丝, 应查全桥、滤波电容、TOP223是否损坏, 更换损坏的元件。
不能用直流电供电: (1) 电池电压太低, 需充电十小时左右。 (2) 电池损坏, 需更换新电池。
小结:新的电子元器件不断推出, 技术不断提高, 这就要求我们医疗设备维修工程师不断提高自身技术的含金量, 理解电路及元件的工作原理, 在工作中及时准确的排除医疗设备的故障。
根据实物主要元件画电源示意图, 只说明电子元件作用与功能。
参考文献
[1]B＼BRAUN血液透析机使用说明书.
[2]B＼BRAUN血液透析机维修手册.
[3]王晓堂、张昆峰、德国贝朗AHD—secura血透机维修二例[J].医疗卫生装备, 2000 21 (5) :55.
凝泵变频控制方案 篇7
凝结水泵作为电厂生产过程中的重要辅机设备,具有功率大、能耗高、连续运行等特点。但是传统的凝泵都是工频运行,采用除氧器上水调节阀,通过节流来控制除氧器水位,使凝泵效率非常低,损失了大量的能量。现在有越来越多的电厂对凝泵进行了变频改造,通过变频来控制凝泵运行,上水调门全开,使节流损失降到最小,降低了能耗。
1 凝结水系统流程
凝结水系统流程如图1所示。
2 凝泵变频电气原理
一般电厂的300MW级或600MW级单元机组配有2台100%容量的凝泵,平时运行是一运一备,所以大多数电厂在进行变频改造时通常采用一拖二的配置,即2台凝泵配1台变频器和配套的选择切换装置,这样既可以满足生产要求又可以大大节约设备成本。具体原理图见图2。
3 顺序控制方案
凝泵变频的顺序控制方案是在原有工频的控制方案的基础上改造而来。以A凝泵为例,启动顺序:合闸QF2→合闸KM1→启动变频器;停止顺序为:变频器频率降至最小频率→停止变频器→分开QF2→分开KM1。
联锁保护逻辑中,将“凝泵运行”状态信号用“凝泵工频运行或变频运行”代替,“凝泵停止”状态信号用“凝泵工频运行或变频运行,取非”来代替。启动允许条件和跳闸条件同常规凝泵一致,备用泵联锁启动时将按工频方式启动,变频方式无法作备用状态。
4 自动控制方案
凝结水泵在增加变频器后,对除氧器水位不仅能通过除氧器上水调节门来控制,还能通过调节变频器的频率来控制,也可以同时调节变频器和调门来共同完成水位的控制工作。
4.1 变频器开环控制
此方案如图3所示。
此方案不更改原有调门控制逻辑,变频控制部分逻辑较简单,现场实施容易,但函数关系的建立需要对运行历史数据进行归纳汇总,对工况的适应性稍差,能起到一定的节能效果。由于变频器采用了开环控制方式,控制精度相对较差,但是控制系统的稳定性较强,在变频器调节线性不是很理想的机组中可以采用此控制方案。
4.2 变频器压力控制
此方案如图4所示。
此方案不更改原有调门控制逻辑,变频控制部分逻辑中增加了压力调节器和压力设定值生成器等相关逻辑,现场实施需要一定的时间才能完成。此方案实施难度适中,控制和节能效果适中,由于凝水压力始终在闭环调节下,能够一直保持稳定,不会对凝结水用户造成影响,主要应用在电厂凝结水用户对凝结水压力要求比较高的机组中。
4.3 变频器水位控制
此方案如图5所示。当只有除氧器上水调门单独投入自动,变频器在手动控制时,调门闭环控制水位,变频器由运行人员手动控制母管压力;当调门在手动,变频器在自动时,调门固定在一定开度上,变频器闭环调节水位;当两者都在自动时,调门变为压力调节方式,变频器为水位调节方式,这样通过变频器闭环控制水位,调门闭环控制母管压力。随着机组负荷的不断升高,变频器为了控制水位,调节作用使变频器频率随之升高,实际母管压力将大于压力设定值,此时调门由于调节作用保持在全开状态,没有任何节流作用,完全由变频器频率增减来控制水位,达到了最佳节能效果;随着机组负荷的下降,变频器频率也相应降低,母管压力随之下降,当压力降到设定值以下时,调门在压力控制回路的调节作用下开始减小开度,对凝结水管道进行节流升压,以保持压力稳定。为了防止调门全开时变频器异常跳闸备用泵工频联启后水位瞬间快速增长,还设计有工频联启调门回关回路。
此方案整个控制策略非常复杂,把调门和变频器两个控制对象结合在一起共同参与控制,现场实施需要相对较长的时间才能完成,适合在新建机组的调试阶段实施。这种兼顾压力和水位的调节方式能在保证机组安全稳定运行的基础上把节能效果最大化,由于调门和变频器调节的相互耦合性,在调节器的参数整定阶段对现场技术人员的水平和经验要求相对较高。此方案以其突出的节能效果也成为现在凝结水泵变频器改造的主流方案。
5 结语
电厂凝结水泵的变频改造只有配以行之有效的控制方案才能在电力生产中充分发挥节能作用。凝泵变频顺序控制方案作为典型方案已在多台大型火电机组中得到应用,自动控制方案中前两种方案也在一些机组中成功应用,第三种控制方案作为主流的解决方案更是在多台超临界和超超临界火电机组中取得了良好的效果。
摘要：介绍电厂凝结水泵采用变频器后的控制方案,结合实际应用情况从顺序控制和自动控制两个方面给出了具体的控制方案,并对3种不同的自动控制方案进行比较。
关键词：凝泵,变频,控制方案
参考文献
[1]刘世杰,李晓燕.发电厂高压变频器事故分析与防范措施[J].安徽电力科技信息,2010,(6):12-13
[2]陈庚.单元机组集控运行[M].北京:中国电力出版社,2001
