1、 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 1 页装订线安徽工业大学毕业设计( 论文) 任务书课题名称 磁粉探伤机可控硅充退磁装置设计学 院 专业班级姓 名学 号毕业设计（论文）的工作内容:1、 介绍了课题的背景及研究意义，电力电子技术在磁粉检测中的应用 2、 可控硅调压的原理以及实现方法3、 对可控硅调压主电路设计4、 对可控硅门极触发电路设计5、 对调压主电路进行 MATLAB 仿真起止时间：2009 年 2 月 16 日至 2009 年 6 月 5 日共 15 周安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 2 页装订线指 导 教 师签 字系 主 任签 字院 长签 字毕业设计（论
2、文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供
3、目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 3 页装订线摘 要磁粉检测作为一种常用的对铁磁性材料工件表面和近表面进行无损检测的手段，近年来得到广泛的应用。铁 磁 性 材 料 工 件 被 磁 化 后 ， 由 于 不 连 续 性 的 存 在 ， 使 工 件 表 面 和 近 表 面 的 磁力 线 发 生 局 部 畸 变 而 产 生 漏 磁 场 ， 吸 附 施 加 在 工 件 表 面 的 磁 场 ， 在 合 适 的 光 照下 形 成 目 视 可
4、见 的 磁 痕 ， 从 而 显 示 出 不 连 续 性 的 位 置 、 大 小 、 形 状 和 严 重 程 度 。这 就 是 磁 粉 检 测 的 基 本 原 理 。由磁粉检测的基本原理可以看出检测过程中对工件进行充退磁的磁化电源对整个检测质量来说非常重要，对工件的磁化分为周向磁化和纵向磁化，周向磁化一般需要交流磁化电流，而纵向磁化需要直流磁化电流通过线圈的电磁感应对工件充磁。但不管是周向磁化的交流磁化电流还是纵向磁化的直流磁化电流，磁化电流都不能直接由工业电网提供。本次设计主要对周向磁化调压电路进行设计，周向磁化的磁化电源一般为低电压大电流的交流电源，需要对工业交流电进行调制来满足磁化需要，对
5、电压电流的调制离不开电力电子技术，这就是本次设计的理论基础。本文正是基于移相控制的可控硅交流调压技术对磁粉检测的充退磁电源控制进行了详细论述并设计出调压控制电路。通过调节触发电路的触发脉冲的相位来控制晶闸管的通断，从而控制输出得到可人工调整的电压，再经过降压变压器得到可用于磁化的低压大电流磁化电源，它主要由可控硅调压主电路、触发电路等组成，是一种具有广阔应用前景的交流调压控制器。本文简要回顾了电力电子学和交流调压的发展过程，着重分析了交流移相式调压的理论，设计了调压的主电路以及触发电路。并对设计出的电路系统设定参数进行仿真和实验，得出了一系列的波形，并进行了分析。结果证明本方案是有效可行的。关
6、键词: 磁粉检测 可控硅调压 触发电路 电力电子 移相控制 Matlab 仿真安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 4 页装订线AbstractMagnetic Particle Testing as a commonly means which used magnetic materials to the iron surface and near-surface non-destructive testing, has a wide range of applications in recent years.Magnetic materials are magnetized ir
7、on work pieces, due to the existence of discontinuities, so that surface and near-surface occurrence of the magnetic lines of local magnetic field distortion resulting from leakage, adsorption to exert the magnetic field in the work piece surface in appropriate visual form can be seen under the ligh
8、t of the magnetic marks, which do not show the continuity of the location, size, shape and extent of the problem. This is the basic principle of magnetic particle testing.From the basic principles of magnetic particle testing can be seen testing the process of filling of the work piece to the magnet
9、ization demagnetization detection of power quality on the whole is very important to the magnetization of the work piece is divided into weeks to the magnetization and longitudinal magnetization, magnetization usually takes weeks to the exchange of magnetization current , and the need for longitudin
10、al magnetization DC current through the electromagnetic induction coil to the work piece Magnetizing. However, whether the exchange of magnetization to the magnetization current or the DC magnetization longitudinal magnetization current, magnetization current can not be directly provided by the Indu
11、strial Power.The design of the main regulator of the week to the magnetic circuit design, to the magnetization of the magnetization-week supply is generally of low-voltage high-current AC power, the need for industrial AC magnetization modulation to meet the needs of the modulation of the voltage an
12、d current can not be separated from power electronic technology, which is the theoretical basis for design.This article is based on thyristor-controlled phase-shifting technology for the exchange regulators magnetic particle testing rechargeable power control demagnetization discussed in detail and
13、design a voltage control circuit. Trigger circuit by adjusting the phase of the trigger pulse to control the on-off thyristor, which can be manually controlled to adjust the output voltage, and then, after step-down transformer can be used to obtain the magnetization of the magnetic low-voltage high
14、-current power supply, mainly by the SCR the main voltage regulator circuit, trigger circuit, such as composition, is a broad application prospect of the exchange regulator controller.In this paper, a brief review of power electronics and AC voltage regulation of the development process, focusing on
15、 an analysis of phase-shifting exchange regulator theory, and design the main circuit voltage regulator and trigger circuit. Circuit and system design 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 5 页装订线parameters set simulation and experiment, to draw a series of waveform, and analyzed. The results prove that the progra
16、m is feasible and effective. Circuit and system design parameters set simulation and experiment, to draw a series of waveform, and analyzed. The results prove that the program is feasible and effective.Key words Magnetic Particle Testing Thyristor regulator Trigger circuit Power Electronics Phase-sh
17、ift control Matlab simulation安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 6 页装订线目录摘 要 .1Abstract .2目录 .4第一章 绪论 .51.1 背景和意义 .51.2 磁粉检测的原理及发展 .61.2.1 磁粉检测基本原理 .61.2.2 磁粉检测的发展 .61.2.3 磁粉检测现状 .71.3 交流调压技术的发展 .71.4 可控硅调压在磁粉检测中的应用 .81.5 本课题主要研究内容 .9第二章 主电路设计 .102.1 主电路设计的基本原理及框图 .102.2 磁化电流 .112.3 交流调压控制方式 .122.3.1 可控硅的结构及工作原
18、理 .122.3.2 交流调压电路 .142.4.1 降压变压电路 .162.4.2 RC 保护电路 .172.5 整体主电路图以及工作过程 .182.6 退磁原理 .192.6.1 剩磁的产生与影响 .192.6.2 退磁的原理 .20第三章 触发电路设计 .213.1 触发电路设计思路 .213.2 晶闸管移相触发集成电路 TCA785 功能 .223.2.1 引脚排列、各引脚的功能及用法 .223.2.2 基本设计特点和极限参数 .243.3 以 TCA785 为核心的触发脉冲产生电路 .253.3 脉冲信号放大电路 .273.3.1 放大电路的工作原理 .273.3.2 放大电路的组成
19、原则 .283.3.3 脉冲放大电路设计及工作过程 .28安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 7 页装订线3.4 整体触发电路工作过程 .29第四章 对主电路的 MATLAB 仿真 .304.1 MATLAB 仿真简介及在电力电子系统中的应用 .304.2 可控硅调压主电路 MATLAB 仿真 .304.3 仿真模型建立及仿真结果分析 .31结 论 .34致 谢 .36参 考 文 献 .37附图 .38安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 8 页装订线第一章 绪论1.1 背景和意义随着工业技术的发展和时代的进步，无损检测技术在质量保证系统中发挥的作用越来越显示它的重要性和
20、必要性，成为控制产品质量、保证在役设备安全运行的重要手段。无损检测是指在 不 损 伤 被 测 材 料 的 情 况 下 ， 检 查 材 料 的 内 在 或 表 面 缺陷 ， 或 测 定 材 料 的 某 些 物 理 量 、 性 能 、 组 织 状 态 等 的 检 测 技 术 。 广 泛 用 于 金 属 材料 、 非 金 属 材 料 、 复 合 材 料 及 其 制 品 以 及 一 些 电 子 元 器 件 的 检 测 。 常 用 的 无 损 检测 技 术 有 ： 射 线 探 伤 (radiographic testing)。 利 用 X 射 线 或 射 线 在 穿 透 被 检物 各 部 分 时 强 度
21、 衰 减 的 不 同 ， 检 测 被 检 物 的 缺 陷 。 若 将 受 到 不 同 程 度 吸 收 的 射 线投 射 到 X 射 线 胶 片 上 ， 经 显 影 后 可 得 到 显 示 物 体 厚 度 变 化 和 内 部 缺 陷 情 况 的 照片 。 如 用 荧 光 屏 代 替 胶 片 ， 可 直 接 观 察 被 检 物 体 的 内 部 情 况 。 超 声 检 测(ultrasonic testing)。 利 用 物 体 自 身 或 缺 陷 的 声 学 特 性 对 超 声 波 传 播 的 影 响 ， 来 检测 物 体 的 缺 陷 或 某 些 物 理 特 性 。 声 发 射 检 测 (acou
22、stic emission testing)。 通 过接 收 和 分 析 材 料 的 声 发 射 信 号 来 评 定 材 料 的 性 能 或 结 构 完 整 性 。 材 料 中 因 裂 缝 扩展 、 塑 性 变 形 或 相 变 等 引 起 应 变 能 快 速 释 放 而 产 生 应 力 波 的 现 象 称 为 声 发 射 。 材料 在 外 部 因 素 作 用 下 产 生 的 声 发 射 ， 被 声 传 感 器 接 收 转 换 成 电 信 号 ， 经 放 大 后 送至 信 号 处 理 器 ， 从 而 测 量 出 声 发 射 信 号 的 各 种 特 征 参 数 。 渗 透 探 伤 (penetra
23、nt testing)。 利 用 某 些 液 体 对 狭 窄 缝 隙 的 渗 透 性 来 探 测 表 面 缺 陷 。 常 用 的 渗 透 液 为 含有 有 色 染 料 或 荧 光 的 液 体 。 磁 粉 探 伤 (magnetic testing)。 通 过 磁 粉 在 物 体 缺 陷附 近 漏 磁 场 中 的 堆 积 来 检 测 物 体 表 面 或 近 表 面 处 的 缺 陷 ， 被 检 测 物 体 必 须 具 有 铁磁 性 。而对于铁磁性工件，尤其是工件的表面和近表面，磁粉探伤有着非常高的灵敏度和可靠性，因此得到了广泛的应用。对铁磁性材料进行检测首先要将材料磁化，磁化的原理就是电磁感应，离
24、不开磁化电源的支持。磁化需要电源提供低电压大电流，而由工频电网提供的工业电源显然不能满足磁化要求，故要对工频电压进行调制，使之能为磁粉检测提供磁化电流。在电力电子技术出现以前，调压一般都是通过变压器来实现，但是变压器调压不能改变电压频率，而且调压可靠性和灵敏度不高。随着电力电子技术的发展及电力电子器件的发明和广泛应用，调压技术也发生了翻天覆地的变化，出现了各种的调压方式，不仅能够对电压和电流进行交直流变换，而且也能够很轻松的改变其大小、频率、相位等。安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 9 页装订线本次设计正是以电力电子技术中的相控式交流调压为理论基础，设计出以可控硅模块为核心的交流
25、调压电路和以 TCA785 芯片为核心的可控硅门极触发电路，对工频电源进行调制，使之达到工业应用的要求。1.2 磁粉检测的原理及发展1.2.1 磁粉检测基本原理磁粉检测(Magnetic Particle Testing，缩写符号为 MT)是五种应用较为广泛的常规无损检测方法之一，它是利用磁现象来检测工件的缺陷的。将铁磁性工件置于外加磁场中，工件被磁场磁化，磁力线在工件的表面和近表面形成一定的走向，如果工件表面和近表面有裂纹或缺陷，并与磁力线交叉一定角度时，则会引起磁通密度的改变，部分磁力线被扭曲，泄漏到空气当中去形成漏磁通，在缺陷处形成磁极。将一定粘度和导磁性的磁粉（如磁悬液） ，喷洒在工件
26、表面，工件被磁化后，则缺陷的两侧磁极吸附磁粉，磁粉的堆积形成磁痕，磁痕的外观显示出缺陷的长度、走向等一系列轮廓图像，从而达到无损检测的目的。1.2.2 磁粉检测的发展关于磁粉检测的设想是美国人霍克与 1922 年提出的。他在切削钢件的时候，发现铁末聚集在工件上的裂纹区域。于是，他第一个提出可利用磁铁吸引铁屑的物理现象来进行检测。1928 年，Forest 为解决油井钻杆断裂，研制了周向磁化，使用了尺寸和形状受控的并具有磁性的磁粉，获得了可靠的检测结果，为磁粉检测的应用和发展起了很大的推动作用。1938 年德国发表了无损检测论文集 ，对刺儿服你检测的基本原理和装置进行了描述。1941 年荧光磁粉
27、投入使用。磁粉检测从理论到实践，已初步形成为一种无损检测方法。在 20 世纪 60 年代工业竞争时期，由于可控硅等半导体器件的进步，磁粉检测设备也得以完善和提高。1.2.3 磁粉检测现状国 外 很 重 视 磁 粉 检 测 设 备 的 开 发 ， 因 为 只 有 检 测 设 备 的 进 步 ， 才 能 给 磁 粉 检测 带 来 成 功 的 应 用 。 现 在 国 内 磁 粉 探 伤 设 备 从 固 定 式 磁 粉 探 伤 机 、 移 动 式 磁 粉 探伤 机 、 到 便 携 式 磁 粉 探 伤 机 ， 从 半 自 动 磁 粉 探 伤 机 、 全 自 动 磁 粉 探 伤 机 到 专 用 磁粉 探
28、伤 设 备 ， 从 单 向 磁 化 到 多 向 磁 化 ， 设 备 已 系 列 化 和 商 品 化 。 由 于 晶 闸 管 等 电子 元 器 件 用 于 磁 粉 检 测 设 备 ， 使 智 能 化 设 备 大 量 涌 现 ， 这 些 设 备 可 以 预 置 磁 化 规范 和 合 理 的 工 艺 参 数 。 进 行 荧 光 磁 粉 检 测 和 自 动 化 操 作 ， 国 外 还 成 功 第 御 用 电 视光 电 探 测 器 荧 光 磁 粉 扫 查 和 激 光 飞 点 扫 描 系 统 ， 实 现 了 磁 粉 检 测 观 察 阶 段 的 自 动化 ， 将 检 测 到 的 信 息 在 微 机 和 其
29、他 电 子 装 置 中 进 行 处 理 ， 鉴 别 可 剔 除 的 不 连 续 性 ，安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书共 页 第 10 页装订线并 进 行 自 动 标 记 和 分 选 ， 完 全 改 变 了 传 统 磁 粉 检 测 “手 脚 并 用 眼 睛 看 ”的 面 貌 。大 大 提 高 了 检 测 的 灵 敏 度 和 可 靠 性 。 代 表 了 当 代 磁 粉 检 测 的 新 成 就 。我 国 近 年 来 磁 粉 检 测 设 备 发 展 也 很 快 ， 已 实 现 了 系 列 化 ， 三 项 全 波 直 流 探 伤超 低 频 退 磁 设 备 的 性 能 已 打 到 国 外 同 类 设
30、 备 的 水 平 。 交 流 探 伤 就 机 用 于 剩 磁 法 检验 时 加 装 断 电 相 位 控 制 器 保 证 剩 磁 稳 定 。 是 我 国 的 特 色 。 断 电 相 位 控 制 器 利 用 可控 硅 技 术 ， 可 以 代 替 自 藕 变 压 器 无 级 调 节 磁 化 电 流 ， 还 未 我 国 磁 粉 检 测 设 备 的 电子 化 和 小 型 化 奠 基 了 基 础 。 智 能 化 设 备 已 生 产 应 用 。 光 电 扫 描 图 像 识 别 的 磁 粉 探伤 机 已 研 制 成 功 。 用 电 脑 处 理 磁 痕 现 实 的 试 验 研 究 有 很 大 的 进 展 ， 自
31、 动 化 和 半 自动 化 设 备 有 不 少 应 用 。 磁 粉 检 测 的 质 量 控 制 ， 是 对 影 响 磁 粉 检 测 灵 敏 度 和 检 测 可靠 性 的 诸 因 素 逐 个 地 加 以 控 制 。 国 外 非 常 重 视 ， 不 仅 制 定 了 具 体 控 制 项 目 ， 校 验周 期 和 技 术 要 求 ， 并 设 有 质 量 监 督 检 查 机 制 。 保 证 贯 彻 执 行 。 同 时 对 质 量 控 制 技术 要 求 ， 通 过 实 践 不 断 进 行 修 正 。 我 国 对 磁 粉 检 测 的 基 础 理 论 研 究 比 较 重 视 ， 已取 得 较 大 的 进 展
32、， 断 裂 力 学 在 无 损 检 测 领 域 的 应 用 。 为 制 定 更 合 理 的 产 品 磁 粉 检测 验 收 标 准 提 供 了 依 据 。 磁 粉 检 测 方 法 日 臻 完 善 。1.3 交流调压技术的发展自从 1956 年世界上第一只可控硅问世以来，电力电子已走过半个世纪，由于它对工业技术及国防建设有着重要作用，世界各国都很重视这一学科的发展。可控硅是一种利用半导体 PN 结原理开发的固体可控开关，它可以用小电流控制开关的导通，从而控制高电压大电流的电路。可控硅不仅可以应用于整流，并且可以应用于逆变和交直流的调压。由于可控硅具有体积小、无污染、功耗低等优点，因而大量运用在工业
33、工程中变流等技术上，促进了控制理论和计算机技术在工业上的应用，使生产效率、产品质量不断提高。由于普通可控硅只具有控制导通的能力，它不能自主关断，它的关断需要依靠外部电路创造一定的条件，应用于斩波控制时，需要有辅助关断电路，这使电路的结构变得很复杂，也降低了装置的可靠性。因而，进入 80 年代，又逐渐出现了能自主控制导通和关断的电力电子器件，如电力晶体管、可关断晶闸管、电力场效应管、IGBT 等一系列可以控制导通和关断的器件，称为全控型器件，随着这些电力电子器件的相继问世，有人称之为第二次工业革命。电力电子器件未来的发展方向是高耐压、大电流、高频、低损耗、易驱动的器件，并且电力电子器件的模块化、集成化和智能化也成为未来发展趋势。模块化是将由多个电力电子器件组成的电路封装到一个模块中，集成化将功率模块和驱动、检测、保护等功能集而为一，使器件的使用更方便更安全。在电力电子技术出现以前交流调压常用变压器，变压器工作原理就是电磁感应。一次侧电流通过原边线圈产生感应磁场，原副边线圈绕在同一个铁芯上，这样原边
