充磁原理及充磁機(jī)

1、充磁機(jī)充磁機(jī)的工作原理是：先將電容器充以直流高壓電壓，然后通過(guò)一個(gè)電阻極小的線圈放電。放電脈沖電流的峰值可達(dá)數(shù)萬(wàn)安培。此電流脈沖在線圈內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使置于線圈中的硬磁材料永久磁化。 充磁機(jī)電容器工作時(shí)脈沖電流峰值極高，對(duì)電容器耐受沖擊電流的性能要求很高。充磁機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，實(shí)際上就是一個(gè)磁力極強(qiáng)的電磁鐵，配備多種形狀的鐵塊，作為附加磁極，以便與被充磁體形成閉合磁路，充磁時(shí)，擺設(shè)好附加磁極，和被充磁體，只要加上激磁電流，刷瞬間即可完成。充磁機(jī)PLC在充磁機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)表時(shí)間：2009-5-23童志寶來(lái)源：PLC&FA網(wǎng)絡(luò)版關(guān)鍵字：PLC充磁機(jī)控制系統(tǒng)信息化應(yīng)用調(diào)查我要找茬在線投稿

2、加入收藏發(fā)表評(píng)論好文推薦打印文本本文介紹了的充磁和測(cè)量為一體高效自動(dòng)充磁機(jī)的控制系統(tǒng)，其中使用plc實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，觸摸屏作為參數(shù)調(diào)整、工作顯示。1 引 言 隨著電機(jī)、家用電子、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)日新月異的更新和發(fā)展，永磁材料需要量越來(lái)越大性能越來(lái)越高。目前，永磁材料大多采用釹鐵硼、鐵氧體、鋁鎳鈷、釤鈷等，并具有矯頑力大、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，這些材料經(jīng)充磁電源的高壓大電流向螺線管瞬間脈沖放電，使其磁化。生產(chǎn)中要求充磁電源高效、穩(wěn)定、精度高，同時(shí)，在機(jī)測(cè)試充磁后永磁材料的磁通量。文中介紹了的充磁和測(cè)量為一體高效自動(dòng)充磁機(jī)，使用plc實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，觸摸屏作為參數(shù)調(diào)整、工作顯示等。2 電磁交換 充磁機(jī)根據(jù)

3、電容儲(chǔ)能脈沖放電產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，對(duì)鐵磁性物質(zhì)進(jìn)行磁化。在電磁交換前，電容儲(chǔ)存的能量(1) 式中uc為儲(chǔ)存電容的端電壓，c為儲(chǔ)存電容的容量。改變電容的電壓或容量，可調(diào)節(jié)電容存儲(chǔ)電場(chǎng)能量大小。目前，電容在2kv3.5kvdc，存儲(chǔ)能量可達(dá)100kj以上。 電容c被充電至設(shè)定電壓u0時(shí)斷開(kāi)充電電源，隨即接通lr串聯(lián)電路，則電容c所儲(chǔ)電荷通過(guò)lr迅速地以脈沖形式放電，得到極大的脈沖電流峰值。電容放電的端電壓uc滿足(2) 其放電電流(3) 式中l(wèi)為充磁頭中螺線管的電感量，r為螺線管、放電回路連接導(dǎo)線電阻、接觸電阻及放電器件內(nèi)阻的總和(忽略線路分布電容與分布電感)。 對(duì)脈沖充磁，充磁頭常選用(4) 即欠阻

4、尼情況下，電容放電電流，使脈沖磁場(chǎng)峰值達(dá)到磁化線圈內(nèi)被充磁材料內(nèi)矯頑力的35倍時(shí)進(jìn)行可飽和磁化。 磁通強(qiáng)度檢測(cè)有磁電式磁通、電子式磁通和數(shù)字積分式磁通三種。圖1為電子式磁通電路，有探測(cè)線圈和積分電路組成。當(dāng)探測(cè)線圈中所鏈合的磁通變化時(shí)，線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)積分后的輸出電壓(5) 式中n為探測(cè)線圈的匝數(shù)，r為電阻，c為積分電容。圖1 電子式磁通檢測(cè)電路3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖2為充磁機(jī)系統(tǒng)示意圖。電路是由可調(diào)直流高壓電源、放電開(kāi)關(guān)電路、plc控制器、觸摸屏、磁通檢測(cè)和充磁頭等電路組成?？刂埔螅?調(diào)節(jié)可控硅控制角度來(lái)調(diào)節(jié)充磁電流； 自動(dòng)檢測(cè)充磁產(chǎn)品磁通強(qiáng)度； 人機(jī)對(duì)話，即設(shè)定參數(shù)和顯示運(yùn)行狀態(tài)；

5、plc現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算； 功率元件的過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)； 具有輸入短路保護(hù)，操作安全。圖2 系統(tǒng)總體框圖3.1 充磁電路 充磁電路有主電路和觸發(fā)電路。充磁機(jī)的電路圖如圖3所示。主電路主要由交流調(diào)壓升壓、整流儲(chǔ)能和放電等電路組成。通過(guò)調(diào)節(jié)雙向可控硅vt1和tv2的移相角(或?qū)ń?來(lái)調(diào)節(jié)升壓變壓器t的輸入電壓，然后通過(guò)橋式整流電路得到脈動(dòng)的直流電壓，將電能儲(chǔ)存在電容組cl中。當(dāng)可控硅vt7導(dǎo)通，其瞬間向充磁頭產(chǎn)生強(qiáng)脈沖電流放電，對(duì)材料進(jìn)行快速充磁。在雙向可控硅同步相控觸發(fā)電路中，模擬量模塊fx0n-3a的輸出端電壓vout控制導(dǎo)通角，以調(diào)節(jié)存能電容上端電壓。圖3 充磁電路圖3.2 系統(tǒng)控制電路

6、圖4為系統(tǒng)控制電路，選三菱fx1n-24mr為系統(tǒng)主控器，模擬量fx0n-3a有二個(gè)輸入和一個(gè)輸出，其中輸入檢測(cè)電流信號(hào)和磁通信號(hào)，輸出控制雙向可控硅的導(dǎo)通角。圖4 系統(tǒng)控制電路圖5 程序框圖 3.3 控制程序設(shè)計(jì) 控制程序有手動(dòng)與自動(dòng)。手動(dòng)控制程序用于電容切換和電容充電檢查、充磁檢查等調(diào)試和維護(hù)。 自動(dòng)控制程序包含有順序控制程序，電容分級(jí)充電子程序，磁性檢測(cè)子程序，hmi接口程序，關(guān)門和充磁頭連接、過(guò)壓過(guò)流等。由于整個(gè)工作按流水動(dòng)作，所以采用順序控制將這些工作的子程序串聯(lián)在一起，這樣對(duì)編寫(xiě)程序較為簡(jiǎn)便，并用stl指令易讀。 電容分級(jí)充電子程序就是考慮到電容在零狀態(tài)充電時(shí)可能有很大的沖擊電流，

7、會(huì)損壞橋式整流電路和雙向可控桂。存儲(chǔ)電能電容分二級(jí)充電，開(kāi)始接上限流電阻r1，過(guò)后用km2的觸點(diǎn)短接，進(jìn)行全壓充電。 充磁后的工件被氣閥頂?shù)綑z測(cè)磁通的線圈前，應(yīng)先對(duì)圖1中積分電容短接放電(檢測(cè)清零)，隨后磁性工件插入線圈中，就能檢查到產(chǎn)品的磁通量，從而鑒別本批產(chǎn)品性能要求，同時(shí)，可穩(wěn)定雙向可控硅的導(dǎo)通角，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。 觸摸屏選用三菱f940got，設(shè)定參數(shù)和顯示運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)定充磁極數(shù)、充磁電流，顯示磁通量和工作狀態(tài)等。hmi接口程序是實(shí)現(xiàn)觸摸屏與plc之間的組態(tài)。4 結(jié)束語(yǔ) 充磁機(jī)存儲(chǔ)電容脈沖放電，最大瞬間放電電流可達(dá)到30ka以上，在10ms時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊

8、影響。配合合適的充磁線圈，在瞬間產(chǎn)生30000 oe(奧斯特)以上的磁場(chǎng)，針對(duì)釹鐵硼等高矯頑力磁體，充磁效果更好。充磁和磁通檢測(cè)為一體適合流水線作業(yè)，具有高效、可靠、抗干擾的特點(diǎn)，但是，減少電力電子器件在通斷時(shí)對(duì)周圍影響待于進(jìn)一步研究?？煽毓柙砜煽毓枋强煽毓枵髟暮?jiǎn)稱,是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件,一般由兩晶閘管反向連接而成.它的功用不僅是整流，還可以用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)以快速接通或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。可控硅和其它半導(dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域

9、進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件。（如圖）晶閘管T在工作過(guò)程中，它的陽(yáng)極A和陰極K與電源和負(fù)載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路雙向晶閘管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)見(jiàn)圖2。它屬于NPNPN五層器件，三個(gè)電極分別是T1、T2、G。因該器件可以雙向?qū)?，故除門極G以外的兩個(gè)電極統(tǒng)稱為主端子，用T1、T2。表示，不再劃分成陽(yáng)極或陰極。其特點(diǎn)是，當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1，的電壓均為正時(shí)，T2是陽(yáng)極，T1是陰極。反之，當(dāng)G極和T2極相對(duì)于T1的電壓均為負(fù)時(shí)，T1變成陽(yáng)極，T2為陰極。雙向晶閘管的伏安特性見(jiàn)

10、圖3，由于正、反向特性曲線具有對(duì)稱性，所以它可在任何一個(gè)方向?qū)ā木чl管的內(nèi)部分析工作過(guò)程：晶閘管是四層三端器件，它有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)圖一，可以把它中間的NP分成兩部分，構(gòu)成一個(gè)PNP型三極管和一個(gè)NPN型三極管的復(fù)合管圖二.當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，為使晶閘管導(dǎo)銅，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。圖2中每個(gè)晶體管的集電極電流同時(shí)就是另一個(gè)晶體管的基極電流。因此，兩個(gè)互相復(fù)合的晶體管電路，當(dāng)有足夠的門極電流Ig流入時(shí)，就會(huì)形成強(qiáng)烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。設(shè)PNP管和NPN管的集電極電流相應(yīng)為Ic1和Ic2；發(fā)射極電流相應(yīng)為Ia和Ik；電流放大系

11、數(shù)相應(yīng)為a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，設(shè)流過(guò)J2結(jié)的反相漏電電流為Ic0,晶閘管的陽(yáng)極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和：Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若門極電流為Ig,則晶閘管陰極電流為Ik=Ia+Ig從而可以得出晶閘管陽(yáng)極電流為：I=(Ic0+Iga2)/（1-（a1+a2） （11）硅PNP管和硅NPN管相應(yīng)的電流放大系數(shù)a1和a2隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化如圖三所示。當(dāng)晶閘管承受正向陽(yáng)極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（11）中，Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽(yáng)極電流IaIc0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。當(dāng)晶閘管在正向陽(yáng)極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點(diǎn)流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過(guò)PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。這樣強(qiáng)烈的正反饋過(guò)程迅速進(jìn)行。從圖3，當(dāng)a1和a2隨發(fā)射極電流增加而（a1+a2）1時(shí)，式（11）中的分母1-（a1+a2）0,因此提高了晶閘管的陽(yáng)極電流Ia.這時(shí)，流過(guò)晶閘管的電流完全由主回