阴保设备培训资料

第七节 阴保设备PS-1LC恒电位仪1概述1.1前言PS1LC恒电位仪是采用国际标准设计的新一代产品，符合中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T003699和企标Q/MDEC020-2002（等效采用GB/T3859.1）的要求，产品的技术指标和品质得到了有效的保证。PS1LC恒电位仪广泛应用于对土壤、海水、化工等介质中的管道、电缆、码头、贮罐、舰船、冷却器等金属构筑物实施外加电流阴极保护。通过PS1LC恒电位仪的配套产品CBZ3阴极保护控制台，还可实现数据远传和仪器的远控功能，达到智能化管理的目的。1.2仪器的特点1.2.1数字显示输出电压、输出电流、控制电位和保护电位值。1.2.2机上装有假负载，便于仪器自检和维修。1.2.3仪器具有软起动、防雷击余波、抗50Hz工频干扰，以及限流、误差报警等功能。1.2.4仪器具有运行状态自动切换功能，当无法进行恒电位控制时（如参比电极回路开路），恒电位仪会自动从恒电位工作状态切换到恒电流工作状态，并恒定在预先设定的电流值上。2主要技术指标2.1使用环境：温度：1545 相对湿度：20%90% 气压：60106KPa2.2输出电压：额定输出电压分10V、15V 、30V、40V、54V、 60V等规格，输出电压在额定输出电压的1 %100范围内可调。2.3输出电流：额定输出电流分10A、15A、20A、25A、30A、35A、40A、50A等规格，输出电流在额定输出电流的1 %100%范围内可调。2.4恒电位范围：300mV3000mV2.5恒电位精度：优于±5mV2.6恒电流精度：优于±2%2.7流经参比电流：3A2.8误差报警：±30mV±100mV之间2.9抗50Hz干扰：AC30V2.10纹波系数：5%2.11电源：单相AC220±10%50Hz±5%3基本工作原理3.1原理方框图：3.2恒电位仪基本工作原理当仪器处于“自动”工作状态时，给定信号（控制信号）和经阻抗变换器隔离后的参比信号一起送入比较放大器，经高精度、高稳定性的比较放大器比较放大，输出误差控制信号，将此信号送入移相触发器，移相触发器根据该信号的大小，自动调节脉冲的移相时间，通过脉冲变压器输出触发脉冲调整极化回路中可控硅的导通角，改变输出电压、电流的大小，使保护电位等于设定的给定电位，从而实现恒电位保护。3.3运行状态的转换当仪器工作在恒电位状态而因参比失效或其它故障致使仪器不能实现恒电位控制时，经一定时间延迟后，仪器确认采集到的信号实属恒电位失控的误差信号，就将自动转换为恒电流工作状态。恒电流给定信号和经阻抗变换后输出电流取样信号一起送入比较放大器，比较放大器输出误差控制信号通过移相触发器调整可控硅的导通角的大小使仪器的输出电流恒定在预先设定的电流值上。3.4仪器电气原理（参看电原理图）本仪器主要由三部分组成，一是极化电源用以输出破坏被保护体的腐蚀电池的保护电流。二是自动控制部分，使保护体达到最佳保护电位。三是辅助电路使仪器方便管理，现将各部份原理分述如下：3.5.1 极化电源：将交流电源变成所需大小的直流保护电流。交流电源 经L1、L2、C16防雷环节后，由KA万能转换开关及BX1输入保险丝送到极化电源变压器的原边。由B2极化电源变压器变压到各额定的规格。由SCR1、SCR2、D8、D9组成半控桥式整流，将交流电变成脉动直流电。由ZL1、ZL2、C17、C18组成滤波电路，将脉动直流电变成平滑直流电。BX2为输出保险丝，C20、C21、G1、G2、L3、L4为输出防雷环节。G1、G2为放电管。FL1为电流表采样用分流器（该分流器也同时作为过流保护采样）。该分流器当通过额定电流值时为300mV采样信号，因此，可直接送入灵敏度2V的数字电压表，显示仪器的输出电流。R43、W7、C19组成电压采样信号，其采样信号送入灵敏度为2V的数字电压表。万能转换开关当仪器工作在自检状态时，为KA1、KA2接通，KA3、KA4开路；KA5、KA6接通，KA7、KA8实际电路为直接短接，所以，自检时要先脱开现场的阳极线。万能转换开关当仪器工作在输出状态时，为KA1、KA2开路。KA3、KA4接通；KA5、KA6开路。3.5.2 控制电路 a.移相触发器：根据比较放大器输出的控制电压大小，调整触发脉冲产生的时间（即移相），控制可控硅的导通角。由D5、R27、R28、R29、R30、IC8、R31、BG2、D6组成触发同步电路。与极化电源同相的交流同步电压经D5 整流后变成100周半波，经R27、R28分压后得V1 送到IC8的3脚，15V电压经R29、R30分压后得V2送到IC8的2脚，当V2大于V1时，IC输出负电压，当V2小于V1时，IC输出正电压，使BG2饱和导通，C10上的电量经D6、BG2 放电。由BG3、BG4组成R的可变电阻，它们与C10构成RC时间常数。BG3基极电位正移，则BG3集电极电位下降，对BG4（PNP 管）Ib加大，BG27的IC加大（即内阻变小），向C10充电加快，BG5提前达到峰点电压放电，脉冲前移，使主电路可控硅导通角加大，输出平均电压加大。由R38、BG6、R39、C11、B1组成脉冲功率放大。工作过程：当无脉冲时，BG6截止，+15V经R39对C11充电，由于R39、C11时间常数小，C11很快充上近15V电压。当脉冲加到BG6基数时，BG6饱和导通，C11通过BG6、B1急速放电，在B1次级感应得到的脉冲经D7加到SCR1、2控制极。在手动状态时，加到BG3基极的控制电压由W8取得。b.差动比较放大器将参比电位与控制信号进行比较，对误差信号进行放大，输出与误差大小成比例的控制电压。差动放大器由IC1完成，IC1接成开环状态，通过C1、C2的反馈，一方面可以消除交流干扰，一方面降低频率响应。本电路增益极高。由R1、R2、W1、DW1组成控制电位采样环节。DW1为温度自动补偿稳压管，保证了控制电位基准的低漂移。为保证参比信号输入的高阻抗，并滤除50Hz工频干扰，由IC9进行阻抗变换，由R40、R41、42、C12、C13、C14、C15组成抗干扰环节。IC9接成跟随器形式，从理论上讲，其输入阻抗将接近100M。由于输入端有RC滤波器，所以电路的输入阻抗为C12C15的漏电阻的并联值。3.5.3 辅助电路a.稳压电源其任务是为控制电路及面板表提供电源。D11D14、D17、D19、D21组成整流电路，提供各组稳压器的输入端电压。控制电路±15V的稳压电源由IC10、IC11提供，其型号分别为7815、7915，均为三端集成稳压电路。面板表的5V电源由IC12、IC13、IC14提供，分别提供三个面板表使用。型号为7805，为三端集成稳压电路。C22C41为这5组电源的滤波电容及消除高频干扰电容。D15、D16、D18、D20、D22分别为各IC的保护二极管。b.限流电路当仪器输出超载甚至短路，仪器输出电流能自动恒定在事先欲定的限流值上，达到保护仪器又保护阴极体的目的。来自分流器的采样信号P+、P经IC7、IC6电流放大后，得到一个可以与本机共地的XV电信号。将这个信号送到IC5，与W3设定的门限电压进行比较，当XV信号小于设定门限值时，IC5放大器输出正电压，该电压大于比较器输出电压。D1截止，对比较放大器工作无影响。当超载时，XV信号大于设定门限值时，则IC5放大器输出电压下降到低于比较放大输出值，D1导通，对比较放大器的输出起嵌位作用。仪器的输出电流便被限在这个值上，即仪器工作在恒流状态。c.误差报警电路当仪器工作不正常或阴极保护系统故障时，仪器发出告警。本电路由IC2、IC3、IC4、BG1、FM组成。IC2、IC3为100倍放大器，保护电位和控制值交叉迭进IC2、IC3放大器，输出端分别由D2、D3导向输出，保护电位不论是高于或低于控制电位，总有一个放大器输出正电压，输送给比较器IC4与门限电压比较。当误差电压高于门限值时，IC4输出高电位，使BG1导通，FM发出报警声。门限值由W5设定。d.延时启动电路仪器每次开机，延时几秒输出，清除冲击电流。本电路由V3、R56、R57、C53、C54组成。IC1正电源由V3提供，刚开机时，V3截止，正15V电源经R56向C53充电，V3由截止到导通，最后达到饱和导通。R56、C53的时间常数决定V3从截止达到饱和导通的时间。e. 恒电流转换电路：由IC15、IC16、BG6、K4 K6、D26等组成。IC15 稳+12V电源供IC16、K4 K6使用，刚开机时，IC16输入端为低电位，其输出端为高电位，BG6截止，K4 K6无工作电压，然后+12V通过R47对C44充电，其电位上升到一定值时，通过D26、R58放电，使IC16输入端始终保持在低电位，当恒电位出现故障报警，D26截止，C44无法向D26、R58放电，其电位继续升高超过IC16的阀值电压时，IC16输出低电位，使BG6饱和导通，K4 K6吸合，仪器由恒电位转为恒电流的方式工作。从接收到报警信号到转为恒电流工作的时间由R47、C44的时间常数决定。f. 自检电路：模拟现场负载的电路由R45、R46、RL组成。其中RL为假负载，其阻值为3，功率为100W，替代现场阴、阳极的回路电阻，R45、R46的分压做为机内参比信号，送到参比输入回路，替代现场参比电极。4运行指南4.1PS-1LC面板与接线板示意图4.2基本操作方法4.2.1将面板上“控制调节”旋钮反时针旋到底，将“工作方式”开关置“自动”挡，“测量选择”置“控制”挡。4.2.2将电源开关扳到“自检”档，仪器电源指示灯亮，状态指示灯显示橙色，各面板表应均有显示。顺时针旋动“控制调节”旋钮，将控制电位调到欲控值上，此时，仪器工作于“自检”状态，“测量选择”开关在“控制”档与“保护”档之间切换，电位表显示值基本一致，表明仪器正常。4.2.3将电源开关扳至“工作”档，此时仪器对被保护体通电。根据现场管道实际情况，旋动“控制调节”旋钮使管道电位达到欲控值。4.2.4若要“手动”工作,将“工作方式”开关拨至“手动”档，顺时针旋动“输出调节”旋钮，使输出电流达到欲控值。4.2.5恒电流设定：打开后门揿动安装板上恒流设定开关，此时面板状态指示灯显示黄色表明进入恒电流状态，根据现场管道实际电流，调节屏蔽盒内“恒流调节”电位器，使电流达到欲控值（出厂时设定在仪器额定电流的30%），恒电流设定完毕，将仪器关机再开机。4.3使用条件及注意事项4.3.1手动输出调节电位器应反时针旋到底，以免在由“自动”转“手动”时输出电流过大。4.3.2当仪器需“自检”时，工作方式开关应置“自动”档禁止置“手动”档。因机内假负载可承受的功率较小，若置“手动”档时，有可能把机内假负载烧毁。4.3.3仪器从“手动”档切换到“自动”档时，应先关机，将“工作方式”开关置“自动”后再开机。因仪器在“手动”工作时，自动控制部份处于失衡状态，此时如直接切换到“自动”档仪器工作将不正常。4.3.4 当仪器需“自检”时，应事先将仪器后板的输出阳极连线断开。5印刷电路组成PS-1LC远控恒电位仪的印刷线路有“稳压电源板”、“移相触发板”、“比较限流板”、“功能转换板”和“防雷板”等几块板组成。 防雷印刷板元件示意图稳压电源印刷板元件示意图移相触发印刷板