工程師論文范文磁控管作工業波源的微波電路

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

　　【摘要】橡膠制品生產中，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波源的微波電路結構，并針對設備連續使用中出現的故障，分析原因并提出整改措施。實踐證明，改進后的微波設備工作穩定性提高，故障率明顯下降。

　　【關鍵詞】磁控管,微波,調功,高壓

　　復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。磁控管是產生微波的核心器件(波源)，早期多采用進口的工業磁控管。工業磁控管每只功率在3-6KW不等，供貨周期長，售價昂貴;另外，磁控管是高真空器件，長時間存放會導致真空度下降，影響產品的使用壽命，所以不易多備。基于以上原因，近年國內微波廠家選擇民用磁控管作工業波源，以降低設備成本。某橡膠密封件公司新進的一條國產橡膠擠出線，微波硫化采用民用磁控管作波源。設備投入使用后，故障率較高，給生產造成影響，維修人員常需對微波進行檢修。由于微波的啟動、停止操作及輸出功率調節均由觸摸屏集中完成，加上采用小功率民用磁控管，其電路結構與進口微波設備存在差異。為提高維修效率，有必要對其硬件電路剖析了解。下面先介紹國產微波硫化設備的電路結構，并針對常出現的故障，分析原因并提出相應的改進和防范措施。

　　1電路結構

　　國產微波硫化設備有12只磁控管(型號：M210—900W)，每只額定功率900W，總功率10.8KW。電路設計時將波源分為4組，每組3只磁控管，微波自帶的觸摸屏(從屏)組態有4組開關。民用磁控管功率小，發熱量不高，工作時陽極不需要水冷卻，軸流風機風冷即可。另外，微波輸出功率調節靠改變磁控管陰極燈絲電壓，與調節磁場電流的工業磁控管相比，電路結構相對簡單，主要包括調功輸出和燈絲高壓電路兩部分。

　　1.1調功輸出

　　調功指令是用戶通過從觸摸屏設定的微波功率輸出百分比信號，最小設定單位為1%，信號經處理、轉換后控制主回路調功模塊的輸出，控制關系如圖1所示。設備工作時，操作人員通過設備的從觸摸屏啟動微波，設定期望功率輸出的百分比參數。調功指令經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，根據觸摸屏組態界面的變量鏈接，調功指令作為可編程序控制器(PLC)的輸入信號被采樣處理，PLC程序的執行結果通過輸出模塊控制相應組別波源的主接觸器動作，輸出3相380V交流電源至調功模塊TM1—TM4;另外，根據設定各組微波功率輸出百分比參數的不同，PLC模擬量輸入通道接收設定數字量信號，程序處理后通過D/A轉換從模擬量輸出通道輸出1-5VDC的電壓信號，控制對應組別的調功模塊輸出。主接觸器吸合前提下，調功模塊輸出0-380VAC可調的交流電壓至高壓變壓器原邊。調功模塊部分電路見圖2。

　　1.2燈絲高壓

　　燈絲高壓電路見圖3。國產微波硫化槽的4組波源結構組成完全相同，故燈絲高壓電路僅畫出其中1組進行分析。以民用磁控管作工業波源的微波設備輸出功率調節，靠改變磁控管的陰極燈絲高壓來實現，與調節磁場電流來改變輸出功率的工業磁控管電路明顯不同。微波工作時，調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)。燈絲電路設計時，磁控管陽極接地，陰極加負高壓。正常工作時，變壓器原邊1-2輸入220V交流電壓，副邊3-4輸出為2100VAC，經倍壓、整流后燈絲電壓最高可達4100VDC，調節變壓器原邊1-2電壓，燈絲負高壓隨之改變，熱態下陰極燈絲發射電子數目相應改變，從而起到調節微波輸出功率的目的。

　　2常見故障的防范改進

　　2.1常見故障

　　國產微波硫化槽常見故障有：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、調功模塊損壞等。

　　2.2防范及改進措施

　　2.2.1增加熱保護功能國產微波的民用磁控管，單管售價不足300元，設計壽命為4000小時，與報價動輒數萬元的工業磁控管相比，有明顯的價格優勢。設備最初使用時，一些磁控管工作不足500小時就損壞，除了磁控管自身質量問題以及長期連續工作狀態導致壽命縮減外，磁控管冷卻是一個非常重要的因素。前面介紹了民用磁控管冷卻主要靠軸流風機散熱，當軸流風機發生故障或磁控管積塵影響散熱時，工作狀態的磁控管溫度會迅速升高，導致過熱損壞。針對此情況，在使用中除定期清塵外，可將微波電路作相應改動，增加熱保護功能。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串聯接入高壓變壓器的原邊回路(詳見圖2中的1-12TJ及TJ1-12)。經向微波生產廠家咨詢，磁控管溫控元件的的動作溫度選為140℃，高壓變壓器上溫控元件的的動作溫度選為120℃，均低于工作器件的額定溫升。當某波源磁控管或高壓變壓器的溫度超過溫控元件的動作溫度時，溫控元件常閉觸點斷開，切斷該波源的高壓變壓器輸入電壓，使磁控管停止工作。上述方法簡單實用，通過加裝熱敏溫控元件，有效延長了磁控管使用壽命。2.2.2增加壓敏保護功能高壓元件的擊穿是微波設備的又一常見故障。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。針對這一現象，訂購備件時有針對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，可有效增長高壓元件的平均無故障時間。壓敏保護硒堆SV詳見圖3。2.2.3接線端子排處理微波調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輸出的高壓又經該端子排接至相關器件。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題，在使用中曾發生對地短路，高壓熔斷器熔絲熔斷故障。對存在安全隱患的接線端子排作如下改進：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，緊固接線并對端子排背面裸露的螺絲進行絕緣處理，以提高設備的安全性。2.2.4輸出功率不平衡問題微波工作時輸出功率與控制信號無線性關系，輸出功率過高或過低都會導致磁控管工作不穩定，并對其使用壽命造成影響。國產微波硫化設備的電路設計時，高壓變壓器原邊的理想工作電壓為150-200V，當原邊電壓低于150V時微波輸出功率小或不輸出，磁控管在額定功率的70-85%范圍內工作時狀態最佳。當用戶設定的功率輸出百分比過大，會導致三相調功模塊穩定性變差，內部振蕩頻率升高，熱耗增大，長期工作過熱損壞;同時，調功模塊輸出至高壓變壓器原邊的電壓出現不平衡，由于負載差異、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，當設定輸出功率百分比參數增大時，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題，一個可行的辦法是改用單相調功模塊。單相調功模塊在控制信號作用下輸出可調單相交流電壓，該電壓并聯接入同一組波源的3個高壓變壓器原邊，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致的輸出不平衡、調功模塊損壞等故障。采用單相調功模塊后，同一組波源的輸出功率設定為95%時，仍可實現穩定平衡輸出。

　　3結語

　　國產微波硫化設備整改后，工作穩定性提高，磁控管壽命延長至1500小時左右，維修人員的工作量大大減小。實踐證明，微波電路改造的思路正確，整改措施有力、可行。

　　參考文獻

　　[1]馬世寧,孫曉峰,朱乃姝.微波修復技術研究與發展[J].中國表面工程,2010,(4):12-13.

　　[2]廖常初.PLC基礎及應用[M].北京:機械工業出版社,2007.
　　工程師論文發表期刊推薦《化學工程與裝備》（月刊）創刊于2006年，國家科技部、國家新聞出版總署批準出版、由福建省化學工業科學技術研究所和福建省化工學會主辦，武漢新策文化發展中心協辦，全國公開發行的化學、化工類學術期刊，本刊由國家科技部,國家新聞出版署批準出版,內容涵蓋化工領域,是政府部門、科研院所、教育教學與實踐領域的讀者的重要參考資料。