充磁机的研制及使用.pdf

1、充 磁 机 的 研 制 及 使 用马 鞍 山 矿 山 研 究 院 王 益 华本 文 介 绍 了 电 容 式 脉 冲 充 磁 机 的 工 作 原 理 、 电 路 结 构 、 计 算 及 研 制 的 情 况 , 对 采 用 可 控 硅 脉 冲 充 磁 作了 探 讨 。关 钮 词 充 磁 机 永 磁 材 料 磁 化 脉 冲 磁 场目 前 , 冶 金 矿 山 磁 选 设 备 广 泛 采 用 各 种 永磁 材 料 作 磁 系 , 永 磁 材 料 在 出 厂 时 是 没 有 磁 性的 , 需 在 磁 化 设 备 中 使 其 磁 化 才 具 有 磁 性 。 外 加磁 化 磁 场 的 大 小 随 永 磁 材

2、料 性 能 的 不 同 而 不同 , 磁 性 能 越 高 的 永 磁 材 料 , 其 磁 化 的 外 加 磁 场要 求 越 高 。 外 加 磁 场 一 般 应 等 于 或 大 于 磁 性 材料 矫 顽 力 的 倍 。目 前 国 内 外 普 遍 采 用 两 种 磁 化 方 法 恒定 磁 场 的 磁 化 方 法 , 即 螺 线 管 线 圈 通 直 流 电 , 使电 磁 铁 磁 化 脉 冲 磁 场 磁 化 方 法 。 先 将 交 流 电转 成 直 流 电 储 存 在 电 容 器 中 , 然 后 使 电 容 瞬 时放 电 或 用 大 容 量 可 控 硅 放 电 , 在 充 磁 线 圈 内 产生 一 个

3、 强 的 脉 冲 磁 场 , 使 线 圈 内 的 磁 体 磁 化 。 恒定 磁 场 磁 化 技 术 一 般 使 用 于 较 小 体 积 的 永 磁 体磁 化 大 体 积 的 永 磁 体 磁 化 广 泛 采 用 脉 冲 磁 场磁 化 技 术 。 因 为 采 用 该 技 术 可 大 量 减 少 设 备 投资 , 并 具 有 操 作 简 便 、 节 省 电 能 的 显 著 优 点 。一 基 本 工 作 原 理 及 电 路 结 构基 本 工 作 原 理 图 。 将 三 相 交 流 电 经调 压 器 调 压 、 整 流 后 , 向 储 能 电 容 器 充 电 , 达 到所 需 要 的 直 流 电 压 值

4、 , 然 后 先 断 开 充 电 回 路 , 再触 发 可 控 硅 导 通 , 这 时 储 存 在 电 容 器 的 电 能 迅速 向 充 磁 线 圈 放 电 。 充 磁 线 圈 在 放 电 的 瞬间 流 过 很 大 的 电 流 , 使 线 圈 获 得 强 大 的 磁 场 , 从而 使 线 圈 中 的 永 磁 体 或 磁 组 磁 化 。电 路 结 构 方 框 图 图整 流 、 充 电 回 路 卜 月 主 放 电 回 路 卜 州 充 滋 线 圈控 制 回 路夕 图 充 磁 机 的 工 作 原 理图 充 磁 机 电 路 方 框 图整 流 充 电 回 路整 流 充 电 回 路 是 由 三 相 交 流

5、调 压 器 、 三 相桥 式 整 流 器 、 充 电 限 流 电 阻 等 组 成 。 它 的 作 用 是根 据 不 同 充 磁 线 圈 的 要 求 , 选 择 相 应 的 交 流 电压 值 , 经 调 压 、 整 流 后 使 电 容 器 组 充 电 , 将 能 量储 存 起 来 。放 电 回 路该 回 路 是 整 个 设 备 的 核 心 部 分 , 它 是 由 储能 电 容 器 、 可 控 硅 开 关 、 充 磁 线 圈 等 组 成 。 当 电容 器 充 电 到 所 需 要 的 电 压 时 , 由 控 制 回 路 发 出信 号 停 止 充 电 , 并 使 可 控 硅 开 关 导 通 , 主 放

6、 电 回路 接 通 储 存 在 电 容 器 中 的 电 能 对 充 磁 线 圈 放电 , 产 生 脉 冲 磁 场 。控 制 回 路控 制 回 路 是 由 控 制 按 钮 、 中 间 继 电 器 、 时 间继 电 器 、 交 、 直 流 接 触 器 、 指 示 仪 表 等 组 成 。 对 电容 器 的 充 电 、 放 电 等 一 系 列 主 回 路 的 动 作 都 依靠 控 制 回 路 来 控 制 完 成 。主 放 电 回 路 参 数 分 析 。 主 放 电 回 路 是 充金 属 矿磁 机 的 核 心 部 分 , 回 路 中 各 参 数 都 直 接 影 响 充磁 效 果 , 放 电 等 值 电

7、路 如 图 所 示 。 这 是 一 个 典型 的 一 一 电 路 。 为 放 电 电 容 器 , 为 充磁 线 圈 电 感 , 为 回 路 中 等 效 电 阻 , 它 包 括 线 圈内 阻 、 连 接 导 线 的 电 阻 及 其 接 触 电 阻 等 。的 电 流 , 充 磁 时 的 最 大 电 流 就 是 半 周 电 流 的 峰值 。 的 大 小 可 根 据 求 极 值 的 方 法 得 到 。将 一 而 ,厄 ,“ 一 “ , 两 边 对 微 分 , 且当 艺, 、 一 。 时 , 有 极 值, 一 。 。 择 召 兰 嶂 纽丫 箭 一 这 就 是 主 放 电 回 路 中 的 脉 冲 电 流

8、峰 值与 电 路 中 各 参 数 间 的 关 系 式 。 将 上 式 分 别 对 、 微 分 可 得 出 。图 放 电 等 值 电 路为 了 求 出 放 电 冲 击 电 流 , 先 列 出 回 路 方,程 式。 二 ,一 丁 十 式 之 十 之 一“当 一 。 时 , 一 。 , 该 方 程 有 三 个 解, 当 藉 时 ,。一 尸, 一 几 当 一 探 时 , 一 鲁 一。 当 、 抨 时 ,箭 一 “ , 充 磁 机 中 比 较 大 , 而 较 小 , 回 路 的 电最 后 得 出 与 放 电 电 压 。 成 正 比 , 与 电容 器 成 增 函 数 关 系 , 与 、 成 减 函 数 关

9、 系 ,这 就 是 研 制 充 磁 机 的 理 论 依 据 。二 充 磁 机 的 研 制目 前 脉 冲 充 磁 方 式 有 两 种 , 一 种 是 电 容 式脉 冲 充 磁 , 另 一 种 是 可 控 硅 脉 冲 充 磁 。 由 于 我 院很 早 就 对 电 容 式 脉 冲 充 磁 机 有 比 较 深 入 细 致 的研 究 , 本 充 磁 机 的 研 制 也 采 用 电 容 式 脉 冲 充 磁技 术 。 充 磁 线 圈 采 用 我 院 机 械 厂 原 有 的 三 种 型号 的 线 圈 大 、 中 、 小 线 圈 。 充 放 电 方 式 采 用 电容 器 并 联 充 电 、 串 联 放 电 的

10、方 式 。理 论 分 析 与 试 验 。 脉 冲 磁 场 的 大 小 取 决于 放 电 时 的 脉 冲 电 流 峰 值 , 与 电 路 参 数的 关 系 在 前 面 已 给 出 , 由 于 放 电 回 路 电 阻 较 小 ,且 放 电 只 采 用 了 第 一 个 半 波 , 为 计 算 简 便 , 忽 略回 路 电 阻 , 可 由 以 下 简 便 公 式 求 出 。阻 也 很 小 。 因 此 回 路 一 般 都 满 足的 变 化 规 律 见 图 所 示 。格 , 一 二 。 存由 于 回 路 中 可 控 硅 开 关 是 单 向 导 通 , 因 此在 放 电 过 程 中 , 充 磁 线 圈 只

11、流 过 第 一 个 半 周 期图 的 变 化 规 律现 将 理 论 值 与 实 际 测 量 值 对 照 如 下大 线 圈 。 当 。 一 时, 理 论 计 算 值 , 实 际 测 量值 一 , 实 测 被 充 铁 氧 体 磁 组 已 达 饱和 。中 线 圈 。 当 。 一 时, 理 论 计 算 值 流 , 实 际 测 量金 属 矿 山值 一 , 实 测 被 充 饰 铜 磁 组 已 达 饱 和 。小 线 圈 。 当 。 时, 理 论 计 算 值 , 实 际 测 量值 一 , 实 测 被 充 钦 铁 硼 氧 磁 块 已 充 饱和 。应 用 储 能 电 容 器 。 在 整 个 充 磁 机 的 制 造

12、费 用 中 , 电 容 器 一 项 占 。 所 以 电 容 器 的 质量 好 坏 直 接 影 响 到 整 个 充 磁 机 的 性 能 和 使 用 寿命 。 我 们 采 用 了 专 为 脉 冲 放 电 而 设 计 的 专 用 储能 电 容 器 , 该 电 容 器 的 使 用 寿 命 大 大 高 于 普 通电 容 器 。 电 容 器 组 的 总 容 量 为 , 单 个 电 容器 容 量 为 拌 、 。 应 用 储 能 电 容 器 可 以提 高 充 磁 机 的 使 用 寿 命 和 使 用 质 量 , 可 以 减 少故 障 维 修 。延 时 继 电 器 的 使 用 在 控 制 回 路 中 使 用了 较

13、 多 的 交 、 直 流 接 触 器 , 为 了 减 小 充 放 电 时 大电 流 引 起 的 接 触 器 的 触 点 打 火 现 象 , 在 放 电 时增 加 了 延 时 继 电行 完 全 接 好 的 情的 是 保 证 接 触 器 触 点 先使 可 控 硅 触 发 导 通 , 消除 了 触 点 打 火 现 象 。减 少 回 路 接 触 电 阻 的 措 施 。 理 论 分 析 已指 出 , 放 电 电 流 峰 值 与 放 电 回 路 电 阻 成 减函 数 关 系 。 为 了 提 高 放 电 电 流 峰 值 , 应 尽 量 减 少回 路 电 阻 。 在 研 制 中 采 取 的 措 施 是 新 有

14、 电 容 器的 连 接 均 采 用 截 面 积 较 大 的 扁 铜 排 , 并 在 电 容器 组 与 主 回 路 连 接 处 都 采 用 铜 焊 , 由 于 接 触 良好 , 大 大 减 少 了 回 路 的 接 触 电 阻 , 有 效 地 提 高 了放 电 电 流 的 峰 值 , 从 而 增 强 了 充 磁 线 圈 的 磁 场强 度 。 使 损 耗 减 小 。三 可 控 硅 脉 冲 充 磁 的 探 讨虽 然 在 充 磁 机 中 采 用 了 只可 控 硅 和 只 接 触 器 串 联 放 电 的 方 式 进行 充 磁 , 但 是 我 们 对 应 用 可 控 硅 作 为 主 放 电 回路 的 开 关

15、 元 件 进 行 过 设 计 和 较 深 入 的 探 讨 。 只是 由 于 时 间 紧 急 , 工 厂 急 需 充 磁 机 投 产 , 所 以 未将 考 察 、 研 究 工 作 继 续 下 去 。 探 讨 情 况 简 述 如下随 着 我 国 半 导 体 材 料 工 业 的 不 断 发 展 , 可控 硅 的 功 率 可 以 做 得 很 大 , 性 能 优 越 , 能 够 承 受高 电 压 和 大 电 流 。 从 理 论 上 分 析 可 控 硅 作 为 放电 电 路 的 开 关 元 件 是 完 全 行 得 通 的 。 因 此 在 充磁 机 放 电 回 路 中 采 用 可 控 硅 元 件 作 为 储

16、 能 电 容器 串 联 的 开 关 元 件 是 合 理 的 , 并 且 好 处 很 多 。 应用 可 控 硅 作 开 关 实 现 无 触 点 串 联 放 电 , 这 样 做大 大 地 减 少 了 线 路 的 电 阻 , 从 而 获 得 尽 可 能 大放 电 电 流 , 同 时 又 消 除 了 充 磁 时 所 产 生 的 很高 的 开 关 噪 声 。 在 实 验 室 里 我 们 做 了 小 容 量 的可 控 硅 串 联 放 电 的 模 拟 试 验 , 试 验 证 明 此 方 案是 可 行 的 。 然 后 请 教 有 关 专 家 和 可 控 硅 的 制 造厂 家 分 析 论 证 可 控 硅 控 制

17、 方 案 是 可 行 的 。 同 时认 为 可 控 硅 的 质 量 一 定 要 保 证 , 尤 其 重 要 的 是过 载 能 力 要 强 。 这 是 因 为 可 控 硅 在 瞬 间 要 承载 高 转 额 定 电 流 倍 或 倍 以 上 的 大 电 流 ,而 脉 冲 充 磁 放 电 线 路 正 是 利 用 可 控 硅 的 过 载能 力 进 行 充 磁 的 。 例 如 在 线 路 中 应 用 额 定 电 流是 的 可 控 硅 , 放 电 时 瞬 间 通 过 可 控 硅 的过 载 电 流 达 一 。 只 可 控 硅 串联 放 电 时 由 于 可 控 硅 参 数 的 难 以 一 致 性 , 在 选择

18、元 件 时 无 法 选 到 参 数 完 全 一 致 的 可 控 硅 元件 , 甚 至 触 发 电 压 和 触 发 电 流 仅 仅 存 在 极 其 微小 的 差 别 , 只 可 控 硅 不 可 能 同 一 时 刻 全 部 触发 导 通 , 这 样 滞 后 导 通 的 可 控 硅 就 容 易 损 坏 。 可 控 硅 作 为 开 关 使 用 时 , 只 有 可 靠 关 断 和 完 全导 通 两 个 状 态 , 因 此 从 关 断 到 导 通 , 电 压 将 从 高压 突 变 到 接 近 零 伏 左 右 , 电 流 将 从 零 要 突, 一 一 、 , 山 一 , 卜 山哭 到 匕 八 瓦 们 。 解 以 电 生 父 化 单 芍 丁 , 电 抓翻 杏变 化 率 番 太 大 , 在 可 控 硅 元 件 质 量 不 太 过 硬的 情 况 下 , 元 件 会 损 坏 的 。 总 而 言 之 在 脉 冲 充 磁技 术 中 应 用 可 控 硅 作 为 无 触 点 开 关 串 联 放 电 的方 式 , 完 成 对 充 磁 线 圈 中 磁 体 的 充 磁 是 可 行 的 ,但 在 实 际 工 作 中 , 诸 如 可 控 硅 元 件 的 特 性 、 质 量及 线 路 结 构 等 仍 需 进 一 步 试 验 研 究 。金 属 矿 山