[发明专利]一种恒电流间歇式阴极保护和加速腐蚀系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及外加电流阴极保护技术及其试验研究领域，具体为一种恒定电流间歇阴极保护和加速腐蚀系统及其实现方法。

背景技术

随着我国近几十年来交通建设的日益饱和，越来越多的旧桥梁、老码头和旧房屋建筑结构等因不利环境而遭受腐蚀破损，亟需进行修补加固和防腐。目前，为研究钢筋混凝土结构腐蚀破坏机理常采用外加电流加速腐蚀试验，即在钢筋（用作阳极）和辅助阴极（如钛网或铜网等）之间施加直流电流，使Cl^-1等有害介质快速向阳极（钢筋）表面集聚，从而破坏钢筋的钝化模，继而发生混凝土结构锈胀开裂和腐蚀破损；若施以反向电流，则可以使Cl^-1等有害离子往辅助阳极迁移，降低钢筋表面的氯离子含量和阻止外界氯离子向阴极即钢筋表面的迁移，继而实现外加电流阴极保护功能。然而，由于腐蚀发展导致负载阻抗的变化，一般稳压电源不能据此调节并保持加速腐蚀速率恒定，难以准确预测钢筋锈蚀状态。同时，随着钢筋腐蚀程度的增加，钢筋达到极化的阴极保护所需电流密度也随之增加，而一般的外加电流阴极保护系统亦没有辨识因腐蚀电位正移等因素导致的负载阻抗变化，在不需要外加电流时仍进行阴极保护，浪费了电能，降低了系统的经济性和可靠性。即目前该类系统不能满足RC结构加速腐蚀试验及防腐工程中外加电流阴极保护的需求。

发明内容

本发明的目的，就是克服现有加速腐蚀试验电源系统不能以恒定速率进行加速腐蚀以及同时满足多路钢筋混凝土结构试件进行加速腐蚀试验和阴极保护需求的不足，公开一种恒电流间歇式阴极保护和加速腐蚀系统及其实现方法。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种恒电流间歇式阴极保护和加速腐蚀系统，包括自动识别负载阻抗变化并保持恒定电流间歇输出的阴极保护电路和自动识别负载阻抗变化并保持恒定电流输出的加速腐蚀电路，所述加速腐蚀电路和阴极保护电路设有共用的脉宽调制单端变换器和PWM恒流控制模块，加速腐蚀电路和阴极保护电路通过切换模块切换。

进一步地，所述脉宽调制单端变换器包括高频输出变压器、开关调节管、采样反馈电阻和驱动电路；所述驱动电路驱动开关调节管输出大功率高频电流，与开关调节管连接的高频输出变压器连接一个以上次级获得一路以上低压高频电流，所述采样反馈电阻用于采集高频输出变压器输出的经整流后的低压电流并提供至PWM恒流控制模块。

进一步地，所述PWM恒流控制模块包括负反馈放大器、脉宽调制器和电流调节器，电流调节器连接负反馈放大器的输入端，负反馈放大器输出端连接脉宽调制器，通过脉宽调制器调节脉宽调制单端变换器的开关调节管的占空比，输出可调的恒流。

进一步地，所述加速腐蚀电路还包括PWM恒流控制模块和加速腐蚀负载模块，所述加速腐蚀负载模块一端连接被腐蚀构件，另一端连接脉宽调制单端变换器。

进一步地，所述被腐蚀构件和脉宽调制单端变换器之间还设有串联连接的整流二极管、高频滤波器和三端稳压块。

进一步地，所述电流间歇输出的阴极保护电路还包括阴极保护参比电极电位控制模块，其包括用于设定保护电位上限的保护电位调节器、用于比较参比电极电位和保护电位大小的滞后正反馈比较器、用于设定保护电位下限的参比电极变化范围调节器、以及与滞后正反馈比较器输出端连接的光耦器，所述保护电位调节器和参比电极变化范围调节器连接滞后正反馈比较器，通过控制光耦器的导通或截止，进一步控制PWM恒流控制模块；阴极保护负载模块，其一端连接阳极，一端连接脉宽调制单端变换器，两端之间设有串联连接的整流二极管、高频滤波器和三端稳压块。

一种恒电流间歇式阴极保护和加速腐蚀系统的实现方法，包括功能切换模块切换至加速腐蚀电路，PWM恒流控制模块调节脉宽调制单端变换器的开关调节管的占空比，输出可调的恒流；功能切换模块切换至阴极保护电路，阴极保护参比电极电位控制模块通过电流调节器控制PWM恒流控制模块，进而控制脉宽调制单端变换器输出间歇电流。

进一步地，所述PWM恒流控制模块的负反馈放大器从采样反馈电阻获得电流反馈信号至其反相输入端；负反馈放大器的输出端控制脉宽调制器的占空比，调节脉宽调制单端变换器的开关调节管的开关时间比，获得可调恒流输出；脉宽调制单端变换器的高频输出变压器连接加速腐蚀负载模块获得低压高频电流；低压高频电流经过整流二极管整流后，再通过依次串联连接的三端稳压块、高频滤波器、一个以上被腐蚀构件，获得一路以上直流低压恒流输出。