【文章內(nèi)容簡介】 射。金屬電極外有云母片，其作用一是支撐電極，二是隔熱，防止在真空除氣過程中，電極升溫過高導(dǎo)致外玻璃 管炸裂。電極作為霓虹燈管的核心部件，其質(zhì)量與性能的優(yōu)劣將直接影響燈管的壽命。質(zhì)量好的燈管除了對(duì)真空度有較高的技術(shù)要求外，更重要的是必須有一對(duì)發(fā)射性能良好的電極，因?yàn)殡姌O殼的表層通過轟擊加熱的過程中，能形成一層非常有利于電子發(fā)射激活層。若在轟擊中，完全喪失了這一激活層，那么真空度再高，其壽命也不會(huì)超過 1000 小時(shí)的。實(shí)驗(yàn)也證明了燈管壽命不是跟真空度成正比關(guān)系。霓虹燈的電極發(fā)射電子是由正子轟擊陰極表面而產(chǎn)生二次電子發(fā)射的。它取決于陰極的材質(zhì)及陰極的表面狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)陰極表面被其它單層低逸出功金屬原子覆蓋時(shí)， 其二次電子發(fā)射系數(shù)變大，逸出功降低，發(fā)射性能好，濺射少。霓虹燈電極材料大都使用銅、鐵、鍍鎳鐵等金屬制作的，這些金屬的逸出功較高，電子發(fā)射性能相對(duì)較差。如果燈管使用這些純金屬發(fā)射電子勢必造成其陰極壓降 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章霓虹燈設(shè)計(jì)方案的確定 6 大，陰極濺射得快，從而使燈管很快因?yàn)R射失效，特別是銅電極濺射得更快。實(shí)驗(yàn)證明，純金屬容易濺散，但在金屬表面氧化一層有益的氧化膜或涂一層其它逸出功較低的金屬或其氧化物，這樣做可以大大降低其逸出功的，提高了電子發(fā)射性能，從而減緩了陰極濺散，起到了延長燈管壽命的作用。于是人們?cè)谥圃祀姌O時(shí)，大都把電極進(jìn)行預(yù)處理。 常見的 霓虹燈變壓器有兩種：漏磁變壓器和電子變壓器。漏磁變壓器既是變壓器，與普通變壓器有同樣的結(jié)構(gòu)，在鐵芯上繞上初級(jí)和次級(jí)線圈，同樣在鐵芯窗口的中間部位增加了一個(gè)普通變壓器所沒有的磁分路，這個(gè)磁分路用小的硅鋼片疊合而成，且與鐵芯之間有空氣隙，有意讓鐵芯中的磁通能通過這一分路漏出鐵芯。其作用相當(dāng)于在變壓器上安裝了一個(gè)安全閥，當(dāng)次級(jí)電流增加時(shí)，鐵芯中的磁通就會(huì)被這磁分路所旁路，只有少數(shù)磁通與次級(jí)線圈相聯(lián)系，使次級(jí)的感應(yīng)電動(dòng)勢減小，從而使漏磁變壓器獲得了霓虹燈變壓器所需的保持燈管電流不變的特性。實(shí)際上，燈管的壽命與電極的 性能和結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系著的。漏磁變壓器通過長期的使用和改進(jìn)，設(shè)計(jì)及制作工藝都已達(dá)到完善和成熟。它的性能可靠，工作穩(wěn)定，被廣泛使用。漏磁式霓虹燈變壓器功率高 450vA ，重量大于 10 公斤，雖然具有工作穩(wěn)定可靠，負(fù)載能力強(qiáng) (可帶 1 米到 12 米霓虹管 )，但是漏磁變壓器需耗費(fèi)大量的銅和鋼，笨重且價(jià)高，安裝困難，而且功率因數(shù)僅為 左右。在電力資源日益緊張的今大，傳統(tǒng)的漏磁式霓虹燈變壓器正被能低、體積小、重量輕的電子式霓虹燈變壓器所取代。 電子式霓虹燈變壓器一般 6 米的功耗不大于 80W， 12 米的功耗不大于 105W， 大型霓虹燈工程中能大幅度節(jié)約電力資源，且方便安裝維護(hù)，但也有缺點(diǎn)，主要是可靠性差、亮度低、恒流性能弱，其中以可靠性問題最為突出。電子變壓器原理并不復(fù)雜，所用之電經(jīng)過整流濾波后得到 3OOV 左右的直流電壓，然后通過逆變電路，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，再經(jīng)升壓變壓器升壓到很高的電壓供霓虹燈啟輝工作電路通常設(shè)置有保護(hù)電路，以保證霓虹燈管開路或短路等異常情況時(shí)電路的安全。用電子技術(shù)制成的霓虹燈電子變壓器，在霓虹燈工程中得到廣泛應(yīng)用，相當(dāng)大范圍內(nèi)取代了傳統(tǒng)的漏磁變壓器。變壓器通過霓虹燈專用高壓絕緣線、杜美絲與玻璃管內(nèi) 電極相連。常見的高壓線有兩種：一是普通高壓線即塑料高壓線，這種高壓線價(jià)格便宜，但塑料容易老化，室外使用不久塑料就要老化易引起拉火等，安全性較差。另一種是硅橡膠絕緣高壓線，是目前較理想的霓虹燈連接線，安全性強(qiáng)，可靠性好。 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章霓虹燈設(shè)計(jì)方案的確定 7 設(shè)計(jì)的方案確定 針對(duì)霓虹燈電子變壓器可靠性差的問題，本文從性價(jià)比及可靠性兩方面研究市場上逐漸成為主流的 6 到 8 米電子式霓虹燈變壓器，主要考慮關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)、器件優(yōu)選和易損器件的保護(hù)，以期提高可靠性和性價(jià)比。 圖 電子變壓器的線路及工作原理霓虹燈電子變壓器電子線路 工作原理為 :220V 交流電經(jīng) DlD4 整流、 C2 和 C3 濾波后變成直流電，供給后面的振蕩線路， C2 和 C3 聯(lián)接點(diǎn)的電壓在 15V 左右， R R2 穩(wěn)定 155V 電壓。 A1是按的保險(xiǎn)絲，起短路及大電流保護(hù)作用。 R C1 消除交流電高頻干擾。振蕩起振線路由 R R C D6 和 D7 構(gòu)成， 220V 直流電經(jīng) R R6 對(duì) C4 充電，當(dāng)C4 電壓上升到某一個(gè)值時(shí)，觸發(fā)二極管 D7 導(dǎo)通，使得三極管 T2 基極與發(fā)射極得到正向偏置電壓而導(dǎo)通，注意 R5 的功率要有 2W。振蕩主線路由 T T LL L R8 和 R9 組成，由于起振線路的觸發(fā)使得 T2 導(dǎo)通， 一旦 T2 導(dǎo)通， C3通過 B 初級(jí)、 L3 和 T2 放電。 L L2 和 L3 繞在同一個(gè)高頻鐵氧體磁芯上，且同 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章霓虹燈設(shè)計(jì)方案的確定 8 名端如圖 1 所示，由于有電流流過 L3， L1 和 L2 上感應(yīng)電壓使得 T2 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，?T1 由截止變?yōu)閷?dǎo)通。一旦 T1 導(dǎo)通， C2 通過 T L3 和 B 的初級(jí)放電，此時(shí)通過 L3 和 B 的初級(jí)的放電電流的方向與先前正好相反，導(dǎo)致 T1 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，?T2 由截止變?yōu)閷?dǎo)通，如此周而復(fù)始，使電路產(chǎn)生振蕩。 R R9 分別是三極管 T T2 基極限流保護(hù)電阻， D6 的作用是把觸發(fā)起振后 C4 上依舊存在的充電電壓釋放掉， R10 和 C6 有保護(hù) T T2 三極管和改善波形的作用。 R CD R C R11 及 SCR 構(gòu)成過流及開路保護(hù)線路， R4 是過流電壓取樣電阻， C1的作用是使得保護(hù)電路工作可靠， C5 可消除干擾信號(hào)及開機(jī)保護(hù)，一旦出現(xiàn)過流，保護(hù)線路工作， 單向可控硅 SCR 導(dǎo)通，振蕩線路停振不工作，保護(hù) T1T2。保護(hù)線路一旦起作用，待故障排除后，重新開機(jī)才能恢復(fù)正常工作。 功率管的選擇 霓虹燈電子變壓器出現(xiàn)故障大多數(shù)原因是功率管損壞，功率管的選擇直接關(guān)系到霓虹燈電子變壓器的可靠性， 用圖 線路不同 T1T2 功率管帶不同長度霓燈管做比較試驗(yàn)，結(jié)果見 表 。表中負(fù)載是Ф 12 霓虹燈管，全亮電壓 /電流是指霓虹燈電子變壓器剛好使整個(gè)負(fù)載長度都點(diǎn)亮?xí)r的輸入交流電壓 /電流， 而正常亮度電壓 /電流指霓虹燈電子變壓器是整個(gè)負(fù)載長度都達(dá)到正常你正常亮度時(shí)的輸入交流電壓 /電流。 表 不同功率管點(diǎn)亮不同長度霓虹燈燈管比較試驗(yàn) 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章霓虹燈設(shè)計(jì)方案的確定 9 從表 可以得到如下結(jié)論 :不同的功率管帶負(fù)載的能力是不一樣的，隨著負(fù)載長度的增加霓虹燈電子變壓器的全亮電壓 /電流及正常亮度電壓 /電流均增加， D140 BU50 BUT11A 都具有帶 6 到 8 米負(fù)載的能力，即使 D1403 與 BU508混合使用 ，其全亮及正常亮度電壓 /電流也沒有多大改變， 輸入電壓高達(dá) 220V時(shí)電子變壓器也能正常工作。 保護(hù)線路的設(shè)計(jì)直接影響霓虹燈電子變壓器可靠性。霓虹燈在使用過程中難免會(huì)出現(xiàn)燈管破裂、燈頭線脫落、潮濕天氣高壓對(duì)地打火等異?，F(xiàn)象，導(dǎo)致電子變壓器電流劇增，功率管發(fā)熱燒毀。所以保護(hù)線路必須在電流大于某閥值時(shí)及時(shí)工作，保護(hù)功率管。試驗(yàn)中用增加工作電壓的方法模擬增加的異常電流。依然用圖 線路，輸出變壓器匝數(shù)為 100/2875，選擇 L1L2 匝數(shù)均為 5 匝， L3 匝數(shù)為8 匝， R8R9 阻值均為 /W， 8 米負(fù)載，改變 R7 的阻值，在確定的 R7 阻值情況下，輸入交流電電壓逐漸增加，觀察記錄起始保護(hù)線路工作時(shí)的電流，結(jié)果見表 22。 當(dāng) R7 阻值確定后，起始保護(hù)動(dòng)作僅與工作電流有關(guān)，與工作電壓及負(fù)載管長沒有關(guān)系。 R7 阻值越大，起始保護(hù)線路電流越大。 R7 阻值取 ，此時(shí)8 米負(fù)載輸入 電壓大于 240V，起始保護(hù)電流 500MA， 5 分鐘后起保。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不同功率管對(duì) R7 取值很不相同，表 是 BU508 的結(jié)果，改用 BUT11A， R7 有大的改變。即使同一型號(hào)功率管，不同廠家生產(chǎn)的 R7 也不同。 表 R7 阻值與起 始保護(hù)電流的關(guān)系 使用情況 根據(jù)以上討論設(shè)計(jì)的霓虹燈電子變壓器使用后發(fā)現(xiàn)可靠性明顯增加，即使全天候使用的情況下返修率已達(dá)到能接受的程度，特別是下雨使用時(shí)電子變壓器能 焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 章霓虹燈設(shè)計(jì)方案的確定 10 可靠動(dòng)作，第二天不下雨又能正常工作，客戶對(duì)此也能接收。同時(shí)發(fā)現(xiàn)氣溫升高和電子變壓器使用環(huán)境散熱差使得電子變壓器損壞率明顯增加。仔細(xì)分析原因是工作電流長時(shí)間超過正常值，但又沒有達(dá)到起始保護(hù)電流，使得功率管溫升過高燒毀。 R7 阻值的下降調(diào)整可以降低起始保護(hù)電流，但會(huì)使電子變壓器保護(hù)線路過于敏感，影響正常使用。所以在保護(hù)線路增加 正溫度系數(shù)開關(guān)型熱感電阻，當(dāng)功率管溫升達(dá)到居里點(diǎn)時(shí)觸發(fā)保護(hù)線路工作，從而達(dá)到保護(hù)功率管的目的。 當(dāng)然還可以進(jìn)一步保護(hù)功率管，在功率管 CE 間反向并聯(lián) FR107 二極管，防止 CE反向擊穿。 C2C3 耐壓要到 275V ，防止 C2C3 擊穿損壞。焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 章可編程序控制器簡介（ plc） 11 第 3 章 可編程序控制器簡介（ PLC） PLC 簡介 可編程序控制器 PC（ Programmable Controller）又稱可編程序控制器 PLC（ Programmable Logic Controller），是微機(jī)技術(shù)與繼電器常規(guī)控制技術(shù)相接合的產(chǎn)物，是在順序控制器和微機(jī)控 制器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器，是一種以微處理器為核心用作數(shù)字控制的專用計(jì)算機(jī)。它不僅充分利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)來滿足各種工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)控制要求，同時(shí)也照顧到現(xiàn)場電器操作維護(hù)人員的技能和習(xí)慣，擯棄了微機(jī)常用的計(jì)算機(jī)編程語言的表達(dá)形式，獨(dú)具風(fēng)格地形成一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的形象編程語言和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使用戶程序的編制清晰直觀、方便易學(xué)，調(diào)試和查錯(cuò)都很容易。 PLC 現(xiàn)已成為現(xiàn)代工業(yè)控制三大支柱（ PLC、 CAD/CAM、 ROBOT）之一，以其可靠性、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能、 易于與計(jì)算機(jī)接口、能對(duì)模擬量進(jìn)行控制、具備告訴計(jì)數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，日益取代由大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)繼電器等組成的傳統(tǒng)繼電－接觸控制系統(tǒng)在機(jī)械、化工、石油、冶金、電力、輕工、電子、紡織、食品、交通、等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 PLC 的應(yīng)用深度和廣度已經(jīng)成為一個(gè)國家工業(yè)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。 PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 和一般的微型計(jì)算機(jī)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成的。 PLC 的硬件系統(tǒng)由微處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器 (EPROM， ROM)、輸入輸出 (I/O)部件、電源部件、編程器 、 I/O 擴(kuò)展單元和其他外圍設(shè)備組成。各部分通過總線 (電源總線、控制總線、地址總線、數(shù)據(jù)總線 )連接而成