一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的電位儀的制作方法
【專利摘要】一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的恒電位儀，包括有脈沖寬度調制極化電源，脈沖寬度調制極化電源分別連有輸出電流測量器、輸出電壓測量器，脈沖寬度調制極化電源的負極與埋地設施相連，正極與輔助陽極相連；脈沖寬度調制極化電源的控制端與開關控制器相連，開關控制器通過脈沖寬度調制信號產生的控制電路與保護電位設置器相連，保護電位設置器通過反饋信號控制器與陰極保護電位測量器相連，陰極保護電位測量器通過硫酸銅參比電極阻抗變換器連接埋地參比電極；將恒電位儀的輸出端分別接到埋地設施、輔助陽極和參比電極，輸入端接到工頻電網，打開開關，在管道和輔助陽極之間的土壤等環境中形成防腐蝕電流，防止了管道的腐蝕；體積小，控制精度高。
【專利說明】—種基于脈沖寬度調制型陰極保護的電位儀
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于腐蝕與防護【技術領域】，具體涉及一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的電位儀。
【背景技術】
[0002]在石油、天然氣儲運中，所用的設備，如管道大多數埋設在地面以下，遭受土壤介質的腐蝕；儲存石油儲罐的罐底也和土壤介質接觸，受土壤介質的腐蝕。鋼質管道和儲罐在土壤環境中的腐蝕非常嚴重，一旦因腐蝕產生穿孔，導致泄漏事故，會產生巨大的經濟損失，需要停輸對設備進行檢修和維修，輸送介質的泄露對環境也造成了嚴重地污染。為了防止輸送或儲存石油、天然氣金屬設備的腐蝕，并引起的泄漏事故，許多企業采取定期更換設備；不少單位開展了金屬設備的腐蝕研究試驗，采取了一定的防護措施。
[0003]目前，對管道、儲罐這些埋地的金屬設備采用高分子材料涂覆層和陰極保護的聯合防護措施。涂覆層以隔斷金屬設備與土壤介質的接觸，減少裸露金屬表面的面積，降低陰極保護的總電流；陰極保護對這些埋地金屬設備施加相對地(土壤介質)更負的電位，使金屬設備處于不發生腐蝕的電位范圍，陰極保護可保護涂覆層不可避免存在的針孔、長期使用老化引起的開裂、各種機械損傷產生的裸露金屬表面。由于涂覆層與這些埋地設施的建設同步，以后的檢測和維修困難，所以聯合防護措施的關鍵是保證陰極保護的有效性。
[0004]在陰極保護系統中，對埋地管道等施行陰極保護的關鍵設備是恒電位儀，它能提供埋地設施所需要的陰極保護電流，并使得陰極保護的電位保持在預定的電位范圍。隨著國內各類油氣管道和站場的建設，在外加電流陰極保護技術取得長足進步的同時，作為極化電源的恒電位儀也得到了快速的發展，逐漸向低壓大電流、高動態性能、輸出電壓多元化、熱切換、可靠性高、智能化、遠程控制的方向發展。
[0005]常用的恒電位儀都是基于50Hz電網條件下運行的，統稱為相控式恒電位儀。主要有:二極管整流器恒電位儀、晶體管恒電位儀、磁飽和式恒電位儀和可控硅式恒電位儀。可控硅式恒電位儀是目前應用最廣泛的陰極保護電源，采用工頻變壓器，體積重量比晶體管和磁飽和恒電位儀小，自動調節性能也優于前者，可基本滿足陰極保護的供電要求。但是，可控硅調節產生高紋波和嚴重的雜音干擾，對陰極保護效果產生一定的影響，加之可控硅整流器因固有的輸入特性會對電網產生的諧波，導致電網“污染”，尤其是大容量整流器的使用。通常，可控硅式恒電位儀的功率因數較低，在0.7以下，所以在相同的有功功率時消耗大、用電量也高。近年來，隨開關元件發展，各種可控整流器因此得到發展，其中脈沖寬度調制(PWM)整流器倍受關注。PWM整流器一般采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等全控型器件作為開關器件，通過觸發相應的器件關斷和開通來實現交流到直流的轉換，稱為開關電源。高頻開關電源采用功率開關器件構成逆變電路，其電能可實現雙向傳遞，有效地消除了輸入特性對電網產生的諧波，其功率因數在0.9以上。如果采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關、控制開關元件占空比來調整輸出電壓，并經過濾波，獲得高精度的直流電，采用這種開關電源作為整流器來設計陰極保護恒電位儀，可得到所謂的脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀，比傳統陰極保護恒電位儀具有體積小、電位控制精度高、功率因數高、電網污染少等特點。基于此思路，本實用新型涉及一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的方法及其保護裝置，為石油天然氣站場埋地管道或設施提供陰極保護。

【發明內容】

[0006]為了克服上述現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的電位儀，為石油天然氣輸送站場埋地管道或設施提供陰極極化電流或保護電流，使得腐蝕環境如土壤中的管道等處于不發生腐蝕的電位范圍，從而有效地抑制管道材料在土壤環境中的陽極氧化反應，防止或減緩埋地管道等的土壤腐蝕，防止腐蝕引發的泄露、安全等事故，也達到了延長管道等在腐蝕性環境中使用壽命的目的。
[0007]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[0008]一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的恒電位儀，包括有脈沖寬度調制極化電源，脈沖寬度調制極化電源的輸出端分別連有輸出電流測量器、輸出電壓測量器，脈沖寬度調制極化電源的負極與埋地設施相連，正極與輔助陽極相連；脈沖寬度調制極化電源的控制端與開關控制器相連，開關控制器通過脈沖寬度調制信號產生的控制電路與保護電位設置器相連，保護電位設置器通過反饋信號控制器與陰極保護電位測量器相連，陰極保護電位測量器通過硫酸銅參比電極阻抗變換器連接埋地參比電極；
[0009]所述的脈沖寬度調制極化電源的輸出電壓為輔助陽極相對埋地設施的電壓V0，其可調范圍在(T24V，最大輸出電流為40A，陰極保護電位值在(T2V范圍內。
[0010]所述的脈沖寬度調制極化電源，其電路包括有電感LI，電感LI與電容Cl組成輸入濾波器，整流二極管D1-D4組成橋式整流器，濾波電路由橋式整流器與電容C2組成，全控型開關器件包括全控型開關器件Ml、全控型開關器件M2，控制信號Q1、控制信號Q2，電壓變換電路由變壓器Tl、電容C4、電阻Rl組成，輸出全橋整流器由整流二極管D5、D6組成，輸出直流濾波電路由電感L2、電容C7、電容C8組成；電容Cl的兩端分別與220V工頻連接，其中一端連接到電感LI的一端，電感LI另一端與整流二極管Dl、D3的一端連接，電容Cl的另一端與整流二極管D2、D4的一端連接；整流二極管Dl和整流二極管D2另一端連接到電容C2的一端，整流二極管D3和整流二極管D4另一端連接到電容C2的另一端；電容C2的一端連接到全控型開關器件Ml源級S、電容C5和C6的一端，電容C2的另一端連接到全控型開關器件M2漏級d、電容C3 —端，全控型開關器件Ml的漏極d與全控型開關器件M2源級s連接，并連接到電阻Rl的一端和變壓器Tl初級線圈的一端，全控型開關器件Ml和全控型開關器件M2的柵極g分別連接到脈沖控制信號Ql和Q2 ；電容C5的另一端連接到電容C3的另一端、電容C4的一端和變壓器Tl初級線圈的另一端；電容C4的另一端與電阻Rl的另一端相連接；變壓器Tl的次級線圈的中心抽頭連接到濾波電容C7、C8的一端和被保護的埋地設施；變壓器Tl的次級線圈的兩端分別連接到整流二級管D5、D6的一端，整流二級管D5、D6的另一端連接到整流電容C7的另一端和電感L2的一端，電感L2的另一端連接到濾波電容C8的另一端，并與陰極保護的輔助陽極相連接，電容C6的另一端連接到VO的直流地G2和埋地設施。
[0011]所述的脈沖寬度調制信號產生的控制電路，包括有電阻R22，電阻R22的一端與+12V電源連接，另一端與可調電阻Rw的一端連接，可調電阻Rw的另一端連接到+12V電源地，可調電阻Rw的可調端連接到電阻R24的一端，電阻R24的另一端與集成電路U5的2腳連接；電阻R25的一端接電源地，另一端與集成電路U5的3腳連接；集成電路U5的7腳接+12V電源，U5的4腳接-12V電源，集成電路U5的6腳與電阻R13、電阻R16、電容C20的一端和集成電路U3的I腳連接；電阻R13的另一端與脈沖寬度調制極化電源的輸出正極連接；電阻R16的另一端與電容C19的一端、電阻R17的一端和集成電路U3的3腳連接，電阻R17的另一端連接到集成電路U3的6腳，電容C19的另一端與集成電路U3的5腳、電阻R18的一端連接，電阻R18的另一端連接到集成電路U3的7腳；電容C20的另一端與電阻R19的一端連接，電阻R19的另一端連接到集成電路U3的9腳和電容C22的一端，電容C22的另一端連接集成電路U3的12腳、電容C23的一端，并連接變壓器T2次級線圈的中心抽頭，即12V電源地；電容C23的另一端連接到關斷信號和集成電路U3的10腳，電阻R14的兩端分別連接到集成電路U3的2腳和16腳，電容C21的兩端分別連接到集成電路U3的8腳和12V電源地，集成電路U3的15腳與電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端連接到+12V電源，同時也連接到集成電路U3的13腳，集成電路U3的11腳與電阻R26的一端連接，電阻R26的另一端與三極管B4、三極管B6的基極連接，二極管D14的兩端分別連接到三極管B4的集電極和發射極，三極管B4的集電極與二極管D12的一端、三極管B5的集電極連接，二極管D12的另一端連接到12V電源地，二極管D16的兩端分別連接到三極管B6的發射極和集電極，三極管B6的發射極與三極管B4的發射極和變壓器T3初級線圈的一端連接，三極管B6的集電極與電容C24的一端、二極管D13的一端和三極管B7的集電極連接，電容C24的另一端與二極管D12的一端連接，二極管D13的另一端與集成電路U2的I腳和電阻R12的一端連接，電阻R12的另一端連接到集成電路U2的2腳，集成電路U3的14腳與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與三極管B5的基極、B7的基極連接，二極管D15的兩端分別連接到三極管B5的集電極和發射極，二極管D17的兩端分別連接到三極管B7的集電極和發射極，三極管B5的發射極與三極管B7的發射極和變壓器T3初級線圈的另一端連接，變壓器T3的次級線圈之一的一端接地G1，另一端與電阻R28的一端連接，電阻R28的另一端輸出脈沖寬度調制信號Q1，變壓器T3的次級線圈之二的一端接地G1，另一端與電阻R29的一端連接，電阻R29的另一端輸出脈沖寬度調制信號Q2 ;電阻R20的一端接參比電極，另一端連接到集成電路U4的3腳，集成電路U4的6腳與電阻R21的一端和電阻R23的一端連接，電阻R21的另一端連接到集成電路U4的2腳，電阻R23的另一端與電容C25 —端和集成電路U5的2腳連接，電容C25另一端連接到集成電路U5的6腳，集成電路U4的7腳接+12V電源，U4的4腳接-12V電源；
[0012]所述的12V電源由電阻R2?R11、二極管D7?D11、電容C13-C18、集成電路U1、三極管B2、三極管B3、全控型開關器件M3和變壓器T2的連接電路組成；電阻R2的一端、變壓器T2初級線圈之一的一端和電容C13的一端連接，并連接到311V電源，電容C13的另一端與311V電源地連接，變壓器T2初級線圈之一的另一端與全控型開關器件M3的漏極d和電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端與電容C14的一端連接，電容C14的另一端連接到31IV電源地，電阻R2的另一端與電阻R7的一端、集成電路Ul的7腳、電阻R3的一端連接，二極管D7與二極管D8串連，二極管D8的一端與電阻R3的一端連接，二極管D7的一端與電阻R3的另一端連接，電阻R3的另一端連接到三極管BI的集電極，集成電路Ul的I腳與集成電路U2的4腳、電容ClO的一端和電阻R4的一端連接，電阻R4的另一端與電阻R5的一端連接，電阻R5的另一端與三極管BI的基極和電容Cll的一端連接，電容Cll的另一端與集成電路Ul的2腳和電容ClO的另一端連接，三極管BI的發射極與集成電路Ul的4腳和電容C12的一端連接，電容C12的另一端與集成電路Ul的5腳連接，并連接到31IV電源地，集成電路Ul的6腳與電阻R8的一端連接，電阻R8的另一端連接到三極管B2、三極管B3的基極，電容C15的兩端分別連接到三極管B2、三極管B3的集電極，集成電路Ul的3腳與電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端連接到三極管B3的集電極，三極管B2、三極管B3的發射極相連，并連接到全控型開關器件M3的柵極g，全控型開關器件M3的源極s連接到電阻Rll的一端，電阻Rll的另一端連接到311V電源地，三極管B2的集電極連接到二極管D9的一端，二極管D9的另一端連接到變壓器T2初級線圈之二的一端，全控型開關器件M3的漏極d與電阻RlO的一端連接，電阻RlO的另一端與電容C16的一端連接，電容C16的另一端連接到變壓器T2初級線圈之二的另一端、集成電路U2的3腳，并連接到31IV電源地，變壓器T2次級線圈的一端與二極管DlO的一端，二極管DlO的另一端與電容C17的一端連接，并輸出+12V電壓，變壓器T2次級線圈的另一端與二極管Dll的一端連接，二極管Dll的另一端與電容C18的一端連接，并輸出-12V電壓，電容C17的另一端、電容C18的另一端連接到變壓器T2次級線圈的中心抽頭，中心抽頭為12V電源地。
[0013]由于本實用新型采用脈沖寬度調制整流器作為陰極保護的極化電源，為埋地管進行陰極極化，達到了擬制管道在土壤環境中的腐蝕，獲得良好的陰極保護效果，使得本實用新型具有以下優點:
[0014]由于本實用新型采用脈沖寬度調制設計陰極保護的極化電源，具有電能雙向流動，有效消除了諧波對電網的污染，保證輸入電壓與電流同相位，從而消除大部分的諧波，保證恒電位儀具有高的功率因數，比現有可控硅式恒電位儀節省電能10%以上；脈沖寬度調制極化電源的輸出電壓是由控制信號的占空比(脈沖寬度)來調節的，輸入信號電壓的變化可以通過調頻或調寬來進行補償，在工頻電網電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩定的輸出電壓，并長期運行穩定性好。此外，脈沖寬度調制沒有采用笨重的工頻變壓器，調整管上的耗散功率大幅度降低省去了較大的散熱片，其體積很小，重量僅有3公斤，具有很好的便攜性。
[0015]本實用新型具有通用性好，便于實現，效果顯著，便于推廣等特點，且適合于各種埋地金屬設施的陰極保護。
[0016]脈沖寬度調制極化電源采用全控型器件作為開關器件，通過觸發相應的器件關斷和開通來實現交流到直流的轉換，功率開關器件構成逆變電路，其電能可實現雙向傳遞，有效地消除了輸入特性對電網產生的諧波，其功率因數在0.9以上。如果采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關、控制開關元件占空比來調整輸出電壓，并經過濾波，獲得高精度的直流電，采用這種開關電源作為極化電源來設計陰極保護恒電位儀，可得到所謂的脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀，比傳統陰極保護恒電位儀具有體積小、電位控制精度高、功率因數高、電網污染少等特點。本申請涉及的基于脈沖寬度調制型陰極保護的方法及保護裝置，為石油天然氣站場埋地管道或設施提供陰極保護。
[0017]本實用新型還具有體積小，節省電能，控制精度高，長期運行穩定等特點，適合石油天然氣輸送站場埋地管道、儲罐等設施的陰極保護。【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的恒電位儀的系統框圖。
[0019]圖2為本實用新型脈沖寬度調制信號產生的控制電路。
[0020]圖3為本實用新型脈沖寬度調制極化電源主電路圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本實用新型的工作原理、控制原理作進一步詳細說明。[0022]參見圖1，一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的恒電位儀，包括有脈沖寬度調制極化電源，脈沖寬度調制極化電源的輸出端分別連有輸出電流測量器、輸出電壓測量器，脈沖寬度調制極化電源的負極與埋地設施相連，正極與輔助陽極相連；脈沖寬度調制極化電源的控制端與開關控制器相連，開關控制器通過脈沖寬度調制信號產生的控制電路與保護電位設置器相連，保護電位設置器通過反饋信號控制器與陰極保護電位測量器相連，陰極保護電位測量器通過硫酸銅參比電極阻抗變換器連接埋地參比電極。
[0023]將恒電位儀的輸出端分別與被保護的埋地管道和輔助陽極連接，并連接埋地的參比電極(長效飽和硫酸銅參比電極)，通過設定電位在管道和輔助陽極之間的土壤環境中形成防腐蝕電流，使得埋地管道的保護電位保持在預定的值，從而抑制了管道材料的腐蝕。
[0024]參見圖3，所述的脈沖寬度調制極化電源由4個大功率整流二級管整流橋對公頻電網進行整流，其型號為D25XB60，并經過電容C2進行濾波，得到電壓為311V的直流電；脈沖寬度調制電路由2個開關器件Ml和M2 (型號2SK2373)對直流電進行調制得到高頻脈沖輸出電壓，開關控制器的控制信號為Ql和Q2。電容C3和C5將高頻脈沖輸出電壓和直流電進行隔離，高頻脈沖輸出電壓經變壓器Tl降壓，得到低壓高頻脈沖輸出，經二極管D5和D6(型號FMX32S)整流、電容C7、C8和電感L2濾波得到滿足陰極保護要求的高精度直流電；輸出電壓的高低通過調整信號Ql和信號Q2的占空比來實現；輸出電壓VO的范圍為(T24V，輸出的最大電流為40A，陰極保護電位Vp在金屬管道的自腐蝕電位'2.V(相對飽和硫酸銅電極)范圍可調，即陰極保護電位值在0-2 V范圍可調。
[0025]參見圖3，所述的脈沖寬度調制極化電源，其主電路包括有電感LI，電感LI與電容Cl組成輸入濾波器，整流二極管D1-D4組成橋式整流器，濾波電路由橋式整流器與電容C2組成，全控型開關器件包括開關器件Ml、開關器件M2，控制信號Q1、控制信號Q2，電壓變換電路由變壓器Tl、電容C4、電阻Rl組成，輸出全橋整流器由整流二極管D5、D6組成，輸出直流濾波電路由電感L2、電容C7、電容C8組成；電容Cl的兩端分別與220V工頻連接，其中一端連接到電感LI的一端，電感LI另一端與整流二極管D1、整流二極管D3的一端連接，電容Cl的另一端與整流二極管D2、整流二極管D4的一端連接；整流二極管Dl和整流二極管D2另一端連接到電容C2的一端，整流二極管D3和整流二極管D4另一端連接到電容C2的另一端；電容C2的一端(311V直流地Gl)連接到全控型開關器件Ml源級S、電容C5和電容C6的一端，電容C2的另一端(31IV電源)連接到全控型開關器件M2漏級d、電容C3 —端，全控型開關器件Ml的漏極d與全控型開關器件M2源級s連接，并連接到電阻Rl的一端和變壓器Tl初級線圈的一端，全控型開關器件Ml和M2的柵極g分別連接到脈沖控制信號Ql和Q2 ；電容C5的另一端連接到電容C3的另一端、電容C4的一端和變壓器Tl初級線圈的另一端；電容C4的另一端與電阻Rl的另一端相連接；變壓器Tl的次級線圈的中心抽頭連接到濾波電容C7、電容CS的一端和被保護的埋地設施(如管道)；變壓器Tl的次級線圈的兩端分別連接到整流二級管D5、整流二級管D6的一端，整流二級管D5、整流二級管D6的另一端連接到整流電容C7的另一端和電感L2的一端，電感L2的另一端連接到濾波電容CS的另一端，并與陰極保護的輔助陽極相連接，電容C6的另一端連接到VO的直流地G2和埋地設施。
[0026]所述的脈沖寬度調制極化電源的輸出電壓為正極(連輔助陽極)相對負極(連埋地設施)的電壓V0，其可調范圍在(T24V，最大輸出電流為40A，在陰極保護系統中，通常測量被保護埋地管道等設施相對參比電極的電位作為該設施的陰極保護電位Vp，當Vp達到-0.85V或低于此值，埋地管道可達到陰極保護，即抑制了鋼管道在土壤中的腐蝕；
[0027]參見圖2，所述的開關控制器的控制信號為Ql和Q2，由脈沖寬度調制信號的控制電路產生，其控制電路包括有電阻R22，電阻R22的一端與+12V電源連接，另一端與可調電阻Rw的一端連接，可調電阻Rw的另一端連接到+12V電源地，可調電阻Rw的可調端連接到電阻R24的一端，電阻R24的另一端與集成電路U5(運算放大器，型號0PA117)的2腳連接；電阻R25的一端接電源地，另一端與集成電路U5的3腳連接；集成電路U5的7腳接+12V電源，U5的4腳接-12V電源，集成電路U5的6腳與電阻R13、電阻R16、電容C20的一端和集成電路U3 (脈沖寬度調整控制器，型號UC3525)的I腳連接；電阻R13的另一端與脈沖寬度調制極化電源的輸出正極(圖3)連接；電阻R16的另一端與電容C19的一端、電阻R17的一端和集成電路U3的3腳連接，電阻R17的另一端連接到集成電路U3的6腳，電容C19的另一端與集成電路U3的5腳、電阻R18的一端連接，電阻R18的另一端連接到集成電路U3的7腳；電容C20的另一端與電阻R19的一端連接，電阻R19的另一端連接到集成電路U3的9腳和電容C22的一端，電容C22的另一端連接集成電路U3的12腳、電容C23的一端，并連接變壓器T2次級線圈的中心抽頭，即12V電源地；電容C23的另一端連接到關斷信號和集成電路U3的10腳，電阻R14的兩端分別連接到集成電路U3的2腳和16腳，電容C21的兩端分別連接到集成電路U3的8腳和12V電源地，集成電路U3的15腳與電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端連接到+12V電源，同時也連接到集成電路U3的13腳，集成電路U3的11腳與電阻R26的一端連接，電阻R26的另一端與三極管B4 (型號9013)、三極管B6(型號9012)的基極連接，二極管D14的兩端分別連接到三極管B4的集電極和發射極，三極管B4的集電極與二極管D12的一端、三極管B5 (型號9013)的集電極連接，二極管D12的另一端連接到12V電源地，二極管D16的兩端分別連接到三極管B6的發射極和集電極，三極管B6的發射極與三極管B4的發射極和變壓器T3初級線圈的一端連接，三極管B6的集電極與電容C24的一端、二極管D13的一端和三極管B7 (型號9012)的集電極連接，電容C24的另一端與二極管D12的一端連接，二極管D13的另一端與集成電路U2 (線性光耦，型號PC817)的I腳、電阻R12的一端連接，電阻R12的另一端連接到集成電路U2的2腳，集成電路U3的14腳與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與三極管B5的基極、三極管B7的基極連接，二極管D15的兩端分別連接到三極管B5的集電極和發射極，二極管D17的兩端分別連接到三極管B7的集電極和發射極，三極管B5的發射極與三極管B7的發射極和變壓器T3初級線圈的另一端連接，變壓器T3的次級線圈之一的一端接地G1，另一端與電阻R28的一端連接，電阻R28的另一端輸出脈沖寬度調制信號Q1，變壓器T3的次級線圈之二的一端接地G1，另一端與電阻R29的一端連接，電阻R29的另一端輸出脈沖寬度調制信號Q2 ;電阻R20的一端接參比電極，另一端連接到集成電路U4(運算放大器，型號OPAl 17)的3腳，集成電路U4的6腳與電阻R21的一端和電阻R23的一端連接，電阻R21的另一端連接到集成電路U4的2腳，電阻R23的另一端與電容C25 —端和集成電路U5的2腳連接，電容C25另一端連接到集成電路U5的6腳，集成電路U4的7腳接+12V電源，U4的4腳接-12V電源；
[0028]所述的12V電源由電阻R2?R11、二極管D7?D11、電容C13-C18、集成電路U1、三極管B2、三極管B3、全控型開關器件M3和變壓器T2的連接電路組成；電阻R2的一端、變壓器T2初級線圈之一的一端和電容C13的一端連接，并連接到311V電源，電容C13的另一端與311V電源地連接，變壓器T2初級線圈之一的另一端與全控型開關器件M3 (型號2SK903)的漏極d和電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端與電容C14的一端連接，電容C14的另一端連接到311V電源地，電阻R2的另一端與電阻R7的一端、集成電路Ul (脈沖寬度調整控制器，型號UC2842)的7腳、電阻R3的一端連接，二極管D7與二極管D8串連，二極管D8的一端與電阻R3的一端連接，二極管D7的一端與電阻R3的另一端連接，電阻R3的另一端連接到三極管BI (型號9013)的集電極，集成電路Ul的I腳與集成電路U2的4腳、電容ClO的一端和電阻R4的一端連接，電阻R4的另一端與電阻R5的一端連接，電阻R5的另一端與三極管BI的基極和電容Cll的一端連接，電容Cll的另一端與集成電路Ul的2腳和電容ClO的另一端連接，三極管BI的發射極與集成電路Ul的4腳和電容C12的一端連接，電容C12的另一端與集成電路Ul的5腳連接，并連接到31IV電源地。集成電路Ul的6腳與電阻R8的一端連接，電阻R8的另一端連接到三極管B2 (型號9013)、三極管B3 (型號9012)的基極，電容C15的兩端分別連接到三極管B2、B3的集電極，集成電路Ul的3腳與電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端連接到三極管B3的集電極，三極管B2、三極管B3的發射極相連，并連接到全控型開關器件M3的柵極g，全控型開關器件M3的源極s連接到電阻Rl I的一端，電阻Rll的另一端連接到31IV電源地，三極管B2的集電極連接到二極管D9的一端，二極管D9的另一端連接到變壓器T2初級線圈之二的一端。全控型開關器件M3的漏極d與電阻RlO的一端連接，電阻RlO的另一端與電容C16的一端連接，電容C16的另一端連接到變壓器T2初級線圈之二的另一端、集成電路U2的3腳，并連接到311V電源地，變壓器T2次級線圈的一端與二極管DlO的一端，二極管DlO的另一端與電容C17的一端連接，并輸出+12V電壓，變壓器T2次級線圈的另一端與二極管Dll的一端連接，二極管Dll的另一端與電容C18的一端連接，并輸出-12V電壓，電容C17的另一端、電容C18的另一端連接到變壓器T2次級線圈的中心抽頭，中心抽頭為12V電源地。
[0029]本實用新型的工作原理是:
[0030]將恒電位儀的輸出端分別接到埋地設施(管道)、輔助陽極和參比電極，輸入端接到工頻電網，打開開關。調整可調電阻Rw，使得陰極保護電位Vp到達預定的值，在管道和輔助陽極之間的土壤等環境中形成防腐蝕電流，抑制了管道材料在土壤環境中的陽極反應，則防止了管道的腐蝕。
[0031]其實施流程為:
[0032]第一，采用脈沖寬度調制極化電源，連接到220 V工頻電網，輸出級的正極連接輔助陽極、輸出級的負極連接到埋地管道設備，輸出電壓為(T24V可調，輸出的最大電流為40A ；[0033]第二，設定陰極保護電位到預定值，所述的陰極保護電位，為埋地管道設施相對飽和硫酸銅電極的電位，其按電化學規定在O~-2.0范圍，即陰極保護電位值在0-2.0范圍；
[0034]第三，根據設定的陰極保護電位值，產生脈沖寬度調制信號，增加陰極保護電位值，脈沖寬度增加，脈沖寬度調制極化電源的輸出電壓也增加；
[0035]第四，由產生的脈沖寬度調制信號對脈沖寬度調制極化電源進行驅動，并保持穩定的電壓輸出；
[0036]第五，測量輸出的電壓，并反饋到脈沖寬度調制信號，以保持電壓輸出的穩定，測量脈沖寬度調制極化電源的輸出電流，采用數碼管顯示；
[0037]第六，測量埋地管道設施相對參比電極的陰極保護電位，采用阻抗變換解決參比電極高內阻的問題；測量的陰極保護電位反饋到保護電位設置器；當陰極保護系統因土壤理化性質發生變化時，可保持陰極保護電位穩定在預定值，反饋信號控制方式有二種:一是自動運行，自動運行采用反饋；二是手動調整，手動調整不進行反饋。
[0038]本實用新型的應用效果:
[0039]按照圖1-3，制作了脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀樣機，并在現場進行了應用，本實用新型的脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀采用交流220V供電，輸出電壓在(T24V范圍可調，輸出最大電流為40A，陰極保護電位值在(T2V范圍可調。
[0040]在廣西某海上油田終端處理廠，有一臺輸入為三相的磁飽和型恒電位儀對9個儲罐(3個原油儲罐，4個輕質油儲罐和2個消防水儲罐)進行陰極保護，系統輸出電流為8A，輸出電壓VO為4V，控制的陰極保護電位Vp為-1.5V (相對硫酸銅飽和電極)，監測的陰極保護電位波動在0.1V范圍。本實用新型的一種脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀樣機與磁飽和型恒電位儀的對比，由于脈沖寬度調制恒電位儀沒有采用笨重的工頻變壓器，所以其體積很小。本實用新型的一種脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀在現場使用一年后，與原來的三相的磁飽和型恒電位儀相比，節省電能18%，長期運行穩定，監測的陰極保護電位波動在0.05V范圍。
[0041]在新疆某原油輸送站庫，有一臺輸入為三相的可控硅式恒電位儀對I個儲罐進行陰極保護，系統輸出電流為10A，輸出電壓VO為12V，控制的陰極保護電位Vp為-1.4V (相對硫酸銅飽和電極)，監測的陰極保護電位波動在0.12V范圍。本實用新型的一種脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀在現場使用半年后，與原來的三相可控硅式恒電位儀相比，節省電能16%，監測的陰極保護電位波動在0.07V范圍。
[0042]在陜京二線北京某天然氣輸送站場，有一臺輸入為二相的可控硅式恒電位儀對站場內埋地管線進行陰極保護，系統輸出電流為16A，輸出電壓VO為18V，控制的陰極保護電位Vp為-1.2V (相對硫酸銅飽和電極)，監測的陰極保護電位波動在0.13V范圍。本實用新型的一種脈沖寬度調制型陰極保護恒電位儀在現場使用半年后，與原來的三相可控硅式恒電位儀相比，節省電能15%，監測的陰極保護電位波動在0.06V范圍。
【權利要求】
1.一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的恒電位儀，其特征在于，包括有脈沖寬度調制極化電源，脈沖寬度調制極化電源的輸出端分別連有輸出電流測量器、輸出電壓測量器，脈沖寬度調制極化電源的負極與埋地設施相連，正極與輔助陽極相連；脈沖寬度調制極化電源的控制端與開關控制器相連，開關控制器通過脈沖寬度調制信號產生的控制電路與保護電位設置器相連，保護電位設置器通過反饋信號控制器與陰極保護電位測量器相連，陰極保護電位測量器通過硫酸銅參比電極阻抗變換器連接埋地參比電極； 所述的脈沖寬度調制極化電源的輸出電壓為輔助陽極相對埋地設施的電壓V0，其可調范圍在(T24V，最大輸出電流為40A，陰極保護電位值在(T2V范圍內。
2.根據權利要求1所述的一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的恒電位儀，其特征在于，所述的脈沖寬度調制極化電源，其電路包括有電感LI，電感LI與電容Cl組成輸入濾波器，整流二極管Df D4組成橋式整流器，濾波電路由橋式整流器與電容C2組成，全控型開關器件包括全控型開關器件Ml、全控型開關器件M2，控制信號Ql、控制信號Q2，電壓變換電路由變壓器Tl、電容C4、電阻Rl組成，輸出全橋整流器由整流二極管D5、D6組成，輸出直流濾波電路由電感L2、電容C7、電容C8組成；電容Cl的兩端分別與220V工頻連接，其中一端連接到電感LI的一端，電感LI另一端與整流二極管D1、整流二極管D3的一端連接，電容Cl的另一端與整流二極管D2、整流二極管D4的一端連接；整流二極管Dl和整流二極管D2另一端連接到電容C2的一端，整流二極管D3和整流二極管D4另一端連接到電容C2的另一端；電容C2的一端連接到全控型開關器件Ml源級S、電容C5和電容C6的一端，電容C2的另一端連接到全控型開關器件M2漏級d、電容C3 —端，全控型開關器件Ml的漏極d與全控型開關器件M2源級s連接，并連接到電阻Rl的一端和變壓器Tl初級線圈的一端，全控型開關器件Ml和全控型開關器件M2的柵極g分別連接到脈沖控制信號Ql和Q2 ；電容C5的另一端連接到電容C3的另一端、電容C4的一端和變壓器Tl初級線圈的另一端；電容C4的另一端與電阻Rl的另一端相連接；變壓器Tl的次級線圈的中心抽頭連接到濾波電容C7、電容CS的一端和被保護的埋地設施；變壓器Tl的次級線圈的兩端分別連接到整流二級管D5、整流二級管D6的一端，整流二級管D5、整流二級管D6的另一端連接到整流電容C7的另一端和電感L2的一端，電感L2的另一端連接到濾波電容CS的另一端，并與陰極保護的輔助陽極相連接，電容C6的另一端連接到VO的直流地G2和埋地設施。
3.根據權利要求1所述的一種基于脈沖寬度調制型陰極保護的恒電位儀，其特征在于，所述的脈沖寬度調制信號產生的控制電路，包括有電阻R22，電阻R22的一端與+12V電源連接，另一端與可調電阻Rw的一端連接，可調電阻Rw的另一端連接到+12V電源地，可調電阻Rw的可調端連接到電阻R24的一端，電阻R24的另一端與集成電路U5的2腳連接；電阻R25的一端接電源地，另一端與集成電路U5的3腳連接；集成電路U5的7腳接+12V電源，U5的4腳接-12V電源，集成電路U5的6腳與電阻R13、電阻R16、電容C20的一端和集成電路U3的I腳連接；電阻R13的另一端與脈沖寬度調制極化電源的輸出正極連接；電阻R16的另一端與電容C19的一端、電阻R17的一端和集成電路U3的3腳連接，電阻R17的另一端連接到集成電路U3的6腳，電容C19的另一端與集成電路U3的5腳、電阻R18的一端連接，電阻R18的另一端連接到集成電路U3的7腳；電容C20的另一端與電阻R19的一端連接，電阻R19的另一端連接到集成電路U3的9腳和電容C22的一端，電容C22的另一端連接集成電路U3的12腳、電容C23的一端，并連接變壓器T2次級線圈的中心抽頭，即12V電源地；電容C23的另一端連接到關斷信號和集成電路U3的10腳，電阻R14的兩端分別連接到集成電路U3的2腳和16腳，電容C21的兩端分別連接到集成電路U3的8腳和12V電源地，集成電路U3的15腳與電阻R15的一端連接，電阻R15的另一端連接到+12V電源，同時也連接到集成電路U3的13腳，集成電路U3的11腳與電阻R26的一端連接，電阻R26的另一端與三極管B4、三極管B6的基極連接，二極管D14的兩端分別連接到三極管B4的集電極和發射極，三極管B4的集電極與二極管D12的一端、三極管B5的集電極連接，二極管D12的另一端連接到12V電源地，二極管D16的兩端分別連接到三極管B6的發射極和集電極，三極管B6的發射極與三極管B4的發射極和變壓器T3初級線圈的一端連接，三極管B6的集電極與電容C24的一端、二極管D13的一端和三極管B7的集電極連接，電容C24的另一端與二極管D12的一端連接，二極管D13的另一端與集成電路U2的I腳、電阻R12的一端連接，電阻R12的另一端連接到集成電路U2的2腳，集成電路U3的14腳與電阻R27的一端連接，電阻R27的另一端與三極管B5的基極、三極管B7的基極連接，二極管D15的兩端分別連接到三極管B5的集電極和發射極，二極管D17的兩端分別連接到三極管B7的集電極和發射極，三極管B5的發射極與三極管B7的發射極和變壓器T3初級線圈的另一端連接，變壓器T3的次級線圈之一的一端接地G1，另一端與電阻R28的一端連接，電阻R28的另一端輸出脈沖寬度調制信號Q1，變壓器T3的次級線圈之二的一端接地G1，另一端與電阻R29的一端連接，電阻R29的另一端輸出脈沖寬度調制信號Q2 ;電阻R20的一端接參比電極，另一端連接到集成電路U4的3腳，集成電路U4的6腳與電阻R21的一端和電阻R23的一端連接，電阻R21的另一端連接到集成電路U4的2腳，電阻R23的另一端與電容C25 —端和集成電路U5的2腳連接，電容C25另一端連接到集成電路U5的6腳，集成電路U4的7腳接+12V電源，U4的4腳接-12V電源； 所述的12V電源由電阻R2~R11、二極管D7~D11、電容C13-C18、集成電路U1、三極管B2、三極管B3、全控型開關器件M3和變壓器T2的連接電路組成；電阻R2的一端、變壓器T2初級線圈之一的一端和電容C13的一端連接，并連接到311V電源，電容C13的另一端與311V電源地連接，變壓器T2初級線圈之一的另一端與全控型開關器件M3的漏極d和電阻R6的一端連接，電阻R6的另一端與電容C14的一端連接，電容C14的另一端連接到31IV電源地，電阻R2的另一端與電阻R7的一端、集成電路Ul的7腳、電阻R3的一端連接，二極管D7與二極管D8串連，二極管D8的一端與電阻R3的一端連接，二極管D7的一端與電阻R3的另一端連接，電阻R3的另一端連接到三極管BI的集電極，集成電路Ul的I腳與集成電路U2的4腳、電容ClO的一端和電阻R4的一端連接，電阻R4的另一端與電阻R5的一端連接，電阻R5的另一端與三極管BI的基極和電容Cll的一端連接，電容Cll的另一端與集成電路Ul的2腳和電容ClO的另一端連接，三極管BI的發射極與集成電路Ul的4腳和電容C12的一端連接，電容C12的另一端與集成電路Ul的5腳連接，并連接到31IV電源地，集成電路Ul的6腳與電阻R8的一端連接，電阻R8的另一端連接到三極管B2、三極管B3的基極，電容C15的兩端分別連接到三極管B2、三極管B3的集電極，集成電路Ul的3腳與電阻R9的一端連接，電阻R9的另一端連接到三極管B3的集電極，三極管B2、三極管B3的發射極相連，并連接到全控型開關器件M3的柵極g，全控型開關器件M3的源極s連接到電阻Rll的一端，電阻Rll的另一端連接到311V電源地，三極管B2的集電極連接到二極管D9的一端，二極管D9的另一端連接到變壓器T2初級線圈之二的一端，全控型開關器件M3的漏極d與電阻RlO的一端連接，電阻RlO的另一端與電容C16的一端連接，電容C16的另一端連接到變壓器T2初級線圈之二的另一端、集成電路U2的3腳，并連接到311V電源地，變壓器T2次級線圈的一端與二極管DlO的一端,二極管DlO的另一端與電容C17的一端連接,并輸出+12V電壓，變壓器T2次級線圈的另一端與二極管Dll的一端連接，二極管Dll的另一端與電容C18的一端連接，并輸出-12V電壓，電容C17的另一端、電容C18的另一端連接到變壓器T2次級線圈的中心抽頭，中心抽頭為12V電源地。
【文檔編號】C23F13/22GK203715728SQ201420110460
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】王榮, 許天旱, 王碧巖, 雒設計 申請人:西安石油大學