1、安徽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)課題名稱(chēng) 磁粉探傷機(jī)可控硅充退磁裝置設(shè)計(jì)學(xué) 院 電氣信息學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)姓 名 學(xué) 號(hào)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作內(nèi)容:1、 介紹了課題的背景及研究意義，電力電子技術(shù)在磁粉檢測(cè)中的應(yīng)用 2、 可控硅調(diào)壓的原理以及實(shí)現(xiàn)方法3、 對(duì)可控硅調(diào)壓主電路設(shè)計(jì)4、 對(duì)可控硅門(mén)極觸發(fā)電路設(shè)計(jì)5、 對(duì)調(diào)壓主電路進(jìn)行MATLAB仿真起止時(shí)間：2009年2月16日至2009年6月5日共15周指 導(dǎo) 教 師簽 字系 主 任簽 字院 長(zhǎng)簽 字摘 要磁粉檢測(cè)作為一種常用的對(duì)鐵磁性材料工件表面和近表面進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的手段，近年來(lái)得到廣泛的應(yīng)用。鐵磁性材料工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面和

2、近表面的磁力線發(fā)生局部畸變 而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁場(chǎng)，在合適的光照下形成目視可見(jiàn)的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、大小、形狀和嚴(yán)重程度。這就是磁粉檢測(cè)的基本原理。由磁粉檢測(cè)的基本原理可以看出檢測(cè)過(guò)程中對(duì)工件進(jìn)行充退磁的磁化電源對(duì)整個(gè)檢測(cè)質(zhì)量來(lái)說(shuō)非常重要，對(duì)工件的磁化分為周向磁化和縱向磁化，周向磁化一般需要交流磁化電流，而縱向磁化需要直流磁化電流通過(guò)線圈的電磁感應(yīng)對(duì)工件充磁。但不管是周向磁化的交流磁化電流還是縱向磁化的直流磁化電流，磁化電流都不能直接由工業(yè)電網(wǎng)提供。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)周向磁化調(diào)壓電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，周向磁化的磁化電源一般為低電壓大電流的交流電源，需要對(duì)工業(yè)交流電進(jìn)行調(diào)制來(lái)滿(mǎn)足

3、磁化需要，對(duì)電壓電流的調(diào)制離不開(kāi)電力電子技術(shù)，這就是本次設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。本文正是基于移相控制的可控硅交流調(diào)壓技術(shù)對(duì)磁粉檢測(cè)的充退磁電源控制進(jìn)行了詳細(xì)論述并設(shè)計(jì)出調(diào)壓控制電路。通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖的相位來(lái)控制晶閘管的通斷，從而控制輸出得到可人工調(diào)整的電壓，再經(jīng)過(guò)降壓變壓器得到可用于磁化的低壓大電流磁化電源，它主要由可控硅調(diào)壓主電路、觸發(fā)電路等組成，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的交流調(diào)壓控制器。本文簡(jiǎn)要回顧了電力電子學(xué)和交流調(diào)壓的發(fā)展過(guò)程，著重分析了交流移相式調(diào)壓的理論，設(shè)計(jì)了調(diào)壓的主電路以及觸發(fā)電路。并對(duì)設(shè)計(jì)出的電路系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)，得出了一系列的波形，并進(jìn)行了分析。結(jié)果證明本方案是有

4、效可行的。關(guān)鍵詞: 磁粉檢測(cè) 可控硅調(diào)壓 觸發(fā)電路 電力電子 移相控制 Matlab仿真Abstract Magnetic 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 iron work pieces, due to t

5、he 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 light of the magnetic marks,

6、 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 magnetization demagnetization

7、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 longitudinal magnetization DC curr

8、ent 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 Industrial Power.The design

9、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 and current can not be sep

10、arated from power electronic technology, which is the theoretical basis for design.This article is based on thyristor-controlled phase-shifting technology for the exchange regulator's magnetic particle testing rechargeable power control demagnetization discussed in detail and design a voltage co

11、ntrol 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-current power supp

12、ly, 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 an analysis of pha

13、se-shifting exchange regulator theory, and design the main circuit voltage regulator and trigger circuit. 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. Circuit and system d

14、esign 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-shift control Matlab simulation目錄摘 要1

15、Abstract2目錄4第一章 緒論51.1 背景和意義51.2 磁粉檢測(cè)的原理及發(fā)展6磁粉檢測(cè)基本原理6磁粉檢測(cè)的發(fā)展6磁粉檢測(cè)現(xiàn)狀71.3 交流調(diào)壓技術(shù)的發(fā)展71.4 可控硅調(diào)壓在磁粉檢測(cè)中的應(yīng)用81.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容9第二章 主電路設(shè)計(jì)102.1 主電路設(shè)計(jì)的基本原理及框圖102.2 磁化電流112.3 交流調(diào)壓控制方式12可控硅的結(jié)構(gòu)及工作原理12交流調(diào)壓電路14降壓變壓電路16保護(hù)電路172.5 整體主電路圖以及工作過(guò)程182.6 退磁原理19剩磁的產(chǎn)生與影響19退磁的原理20第三章 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)213.1 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)思路213.2 晶閘管移相觸發(fā)集成電路TCA785功能22

16、引腳排列、各引腳的功能及用法22基本設(shè)計(jì)特點(diǎn)和極限參數(shù)243.3 以TCA785為核心的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路253.3 脈沖信號(hào)放大電路27放大電路的工作原理27放大電路的組成原則28脈沖放大電路設(shè)計(jì)及工作過(guò)程283.4 整體觸發(fā)電路工作過(guò)程29第四章 對(duì)主電路的MATLAB仿真304.1 MATLAB仿真簡(jiǎn)介及在電力電子系統(tǒng)中的應(yīng)用304.2 可控硅調(diào)壓主電路MATLAB仿真304.3 仿真模型建立及仿真結(jié)果分析31結(jié) 論34致 謝36參 考 文 獻(xiàn)37附圖38 第一章 緒論1.1 背景和意義隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在質(zhì)量保證系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越來(lái)越顯示它的重要性和必要性，成為

17、控制產(chǎn)品質(zhì)量、保證在役設(shè)備安全運(yùn)行的重要手段。無(wú)損檢測(cè)是指在不損傷被測(cè)材料的情況下，檢查材料的內(nèi)在或表面缺陷，或測(cè)定材料的某些物理量、性能、組織狀態(tài)等的檢測(cè)技術(shù)。廣泛用于金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料及其制品以及一些電子元器件的檢測(cè)。常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有：射線探傷(radiographic testing)。利用X射線或射線在穿透被檢物各部分時(shí)強(qiáng)度衰減的不同，檢測(cè)被檢物的缺陷。若將受到不同程度吸收的射線投射到X射線膠片上 ，經(jīng)顯影后可得到顯示物體厚度變化和內(nèi)部缺陷情況的照片。如用熒光屏代替膠片，可直接觀察被檢物體的內(nèi)部情況。超聲檢測(cè)(ultrasonic testing)。利用物體自身或缺陷的

18、聲學(xué)特性對(duì)超聲波傳播的影響，來(lái)檢測(cè)物體的缺陷或某些物理特性。聲發(fā)射檢測(cè)(acoustic emission testing)。通過(guò)接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)來(lái)評(píng)定材料的性能或結(jié)構(gòu)完整性。材料中因裂縫擴(kuò)展、塑性變形或相變等引起應(yīng)變能快速釋放而產(chǎn)生應(yīng)力波的現(xiàn)象稱(chēng)為聲發(fā)射。材料在外部因素作用下產(chǎn)生的聲發(fā)射，被聲傳感器接收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后送至信號(hào)處理器，從而測(cè)量出聲發(fā)射信號(hào)的各種特征參數(shù)。滲透探傷(penetrant testing)。利用某些液體對(duì)狹窄縫隙的滲透性來(lái)探測(cè)表面缺陷。常用的滲透液為含有有色染料或熒光的液體。磁粉探傷(magnetic testing)。通過(guò)磁粉在物體缺陷附近漏磁場(chǎng)中

19、的堆積來(lái)檢測(cè)物體表面或近表面處的缺陷，被檢測(cè)物體必須具有鐵磁性。而對(duì)于鐵磁性工件，尤其是工件的表面和近表面，磁粉探傷有著非常高的靈敏度和可靠性，因此得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行檢測(cè)首先要將材料磁化，磁化的原理就是電磁感應(yīng)，離不開(kāi)磁化電源的支持。磁化需要電源提供低電壓大電流，而由工頻電網(wǎng)提供的工業(yè)電源顯然不能滿(mǎn)足磁化要求，故要對(duì)工頻電壓進(jìn)行調(diào)制，使之能為磁粉檢測(cè)提供磁化電流。在電力電子技術(shù)出現(xiàn)以前，調(diào)壓一般都是通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是變壓器調(diào)壓不能改變電壓頻率，而且調(diào)壓可靠性和靈敏度不高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展及電力電子器件的發(fā)明和廣泛應(yīng)用，調(diào)壓技術(shù)也發(fā)生了翻天覆地的變化，出現(xiàn)了各種的調(diào)壓方

20、式，不僅能夠?qū)﹄妷汉碗娏鬟M(jìn)行交直流變換，而且也能夠很輕松的改變其大小、頻率、相位等。本次設(shè)計(jì)正是以電力電子技術(shù)中的相控式交流調(diào)壓為理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出以可控硅模塊為核心的交流調(diào)壓電路和以TCA785芯片為核心的可控硅門(mén)極觸發(fā)電路，對(duì)工頻電源進(jìn)行調(diào)制，使之達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。1.2 磁粉檢測(cè)的原理及發(fā)展 磁粉檢測(cè)基本原理磁粉檢測(cè)(Magnetic Particle Testing，縮寫(xiě)符號(hào)為MT)是五種應(yīng)用較為廣泛的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法之一，它是利用磁現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)工件的缺陷的。將鐵磁性工件置于外加磁場(chǎng)中，工件被磁場(chǎng)磁化，磁力線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紋或缺陷，并與磁力線

21、交叉一定角度時(shí)，則會(huì)引起磁通密度的改變，部分磁力線被扭曲，泄漏到空氣當(dāng)中去形成漏磁通，在缺陷處形成磁極。將一定粘度和導(dǎo)磁性的磁粉（如磁懸液），噴灑在工件表面，工件被磁化后，則缺陷的兩側(cè)磁極吸附磁粉，磁粉的堆積形成磁痕，磁痕的外觀顯示出缺陷的長(zhǎng)度、走向等一系列輪廓圖像，從而達(dá)到無(wú)損檢測(cè)的目的。 磁粉檢測(cè)的發(fā)展關(guān)于磁粉檢測(cè)的設(shè)想是美國(guó)人霍克與1922年提出的。他在切削鋼件的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)鐵末聚集在工件上的裂紋區(qū)域。于是，他第一個(gè)提出可利用磁鐵吸引鐵屑的物理現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。1928年，F(xiàn)orest為解決油井鉆桿斷裂，研制了周向磁化，使用了尺寸和形狀受控的并具有磁性的磁粉，獲得了可靠的檢測(cè)結(jié)果，為磁粉檢測(cè)

22、的應(yīng)用和發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。1938年德國(guó)發(fā)表了無(wú)損檢測(cè)論文集，對(duì)刺兒服你檢測(cè)的基本原理和裝置進(jìn)行了描述。1941年熒光磁粉投入使用。磁粉檢測(cè)從理論到實(shí)踐，已初步形成為一種無(wú)損檢測(cè)方法。在20世紀(jì)60年代工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)期，由于可控硅等半導(dǎo)體器件的進(jìn)步，磁粉檢測(cè)設(shè)備也得以完善和提高。 磁粉檢測(cè)現(xiàn)狀國(guó)外很重視磁粉檢測(cè)設(shè)備的開(kāi)發(fā)，因?yàn)橹挥袡z測(cè)設(shè)備的進(jìn)步，才能給磁粉檢測(cè)帶來(lái)成功的應(yīng)用。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)磁粉探傷設(shè)備從固定式磁粉探傷機(jī)、移動(dòng)式磁粉探傷機(jī)、到便攜式磁粉探傷機(jī)，從半自動(dòng)磁粉探傷機(jī)、全自動(dòng)磁粉探傷機(jī)到專(zhuān)用磁粉探傷設(shè)備，從單向磁化到多向磁化，設(shè)備已系列化和商品化。由于晶閘管等電子元器件用于磁粉檢測(cè)設(shè)備，使

23、智能化設(shè)備大量涌現(xiàn)，這些設(shè)備可以預(yù)置磁化規(guī)范和合理的工藝參數(shù)。進(jìn)行熒光磁粉檢測(cè)和自動(dòng)化操作，國(guó)外還成功第御用電視光電探測(cè)器熒光磁粉掃查和激光飛點(diǎn)掃描系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了磁粉檢測(cè)觀察階段的自動(dòng)化，將檢測(cè)到的信息在微機(jī)和其他電子裝置中進(jìn)行處理，鑒別可剔除的不連續(xù)性，并進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)記和分選，完全改變了傳統(tǒng)磁粉檢測(cè)“手腳并用眼睛看”的面貌。大大提高了檢測(cè)的靈敏度和可靠性。代表了當(dāng)代磁粉檢測(cè)的新成就。我國(guó)近年來(lái)磁粉檢測(cè)設(shè)備發(fā)展也很快，已實(shí)現(xiàn)了系列化，三項(xiàng)全波直流探傷超低頻退磁設(shè)備的性能已打到國(guó)外同類(lèi)設(shè)備的水平。交流探傷就機(jī)用于剩磁法檢驗(yàn)時(shí)加裝斷電相位控制器保證剩磁穩(wěn)定。是我國(guó)的特色。斷電相位控制器利用可控硅技術(shù)，

24、可以代替自藕變壓器無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)磁化電流，還未我國(guó)磁粉檢測(cè)設(shè)備的電子化和小型化奠基了基礎(chǔ)。智能化設(shè)備已生產(chǎn)應(yīng)用。光電掃描圖像識(shí)別的磁粉探傷機(jī)已研制成功。用電腦處理磁痕現(xiàn)實(shí)的試驗(yàn)研究有很大的進(jìn)展，自動(dòng)化和半自動(dòng)化設(shè)備有不少應(yīng)用。磁粉檢測(cè)的質(zhì)量控制，是對(duì)影響磁粉檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)可靠性的諸因素逐個(gè)地加以控制。國(guó)外非常重視，不僅制定了具體控制項(xiàng)目，校驗(yàn)周期和技術(shù)要求，并設(shè)有質(zhì)量監(jiān)督檢查機(jī)制。保證貫徹執(zhí)行。同時(shí)對(duì)質(zhì)量控制技術(shù)要求，通過(guò)實(shí)踐不斷進(jìn)行修正。我國(guó)對(duì)磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)理論研究比較重視，已取得較大的進(jìn)展，斷裂力學(xué)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用。為制定更合理的產(chǎn)品磁粉檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。磁粉檢測(cè)方法日臻完善。1.3

25、 交流調(diào)壓技術(shù)的發(fā)展自從1956年世界上第一只可控硅問(wèn)世以來(lái)，電力電子已走過(guò)半個(gè)世紀(jì)，由于它對(duì)工業(yè)技術(shù)及國(guó)防建設(shè)有著重要作用，世界各國(guó)都很重視這一學(xué)科的發(fā)展。可控硅是一種利用半導(dǎo)體PN結(jié)原理開(kāi)發(fā)的固體可控開(kāi)關(guān)，它可以用小電流控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通，從而控制高電壓大電流的電路。可控硅不僅可以應(yīng)用于整流，并且可以應(yīng)用于逆變和交直流的調(diào)壓。由于可控硅具有體積小、無(wú)污染、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因而大量運(yùn)用在工業(yè)工程中變流等技術(shù)上，促進(jìn)了控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)上的應(yīng)用，使生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。由于普通可控硅只具有控制導(dǎo)通的能力，它不能自主關(guān)斷，它的關(guān)斷需要依靠外部電路創(chuàng)造一定的條件，應(yīng)用于斬波控制時(shí)，需要有輔

26、助關(guān)斷電路，這使電路的結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜，也降低了裝置的可靠性。因而，進(jìn)入80年代，又逐漸出現(xiàn)了能自主控制導(dǎo)通和關(guān)斷的電力電子器件，如電力晶體管、可關(guān)斷晶閘管、電力場(chǎng)效應(yīng)管、IGBT等一系列可以控制導(dǎo)通和關(guān)斷的器件，稱(chēng)為全控型器件，隨著這些電力電子器件的相繼問(wèn)世，有人稱(chēng)之為第二次工業(yè)革命。電力電子器件未來(lái)的發(fā)展方向是高耐壓、大電流、高頻、低損耗、易驅(qū)動(dòng)的器件，并且電力電子器件的模塊化、集成化和智能化也成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。模塊化是將由多個(gè)電力電子器件組成的電路封裝到一個(gè)模塊中，集成化將功率模塊和驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)、保護(hù)等功能集而為一，使器件的使用更方便更安全。在電力電子技術(shù)出現(xiàn)以前交流調(diào)壓常用變壓器，變壓器工

27、作原理就是電磁感應(yīng)。一次側(cè)電流通過(guò)原邊線圈產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，原副邊線圈繞在同一個(gè)鐵芯上，這樣原邊線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線同樣穿過(guò)副邊線圈，在二次側(cè)感應(yīng)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，接上負(fù)載就產(chǎn)生電流。原邊繞組與副邊繞組匝數(shù)不等所以能夠改變電壓。 改變交流電頻率則很困難。普通變壓器只有固定的變比，自耦變壓器可以連續(xù)調(diào)壓，但是有滑動(dòng)觸點(diǎn)維護(hù)不方便，這些鐵磁結(jié)構(gòu)調(diào)壓設(shè)備笨重、體積大，消耗銅鐵材料多。現(xiàn)在采用電力電子器件的交流調(diào)壓器不僅可以實(shí)現(xiàn)電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)，并且裝置輕巧，在各種交流調(diào)壓場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。電力電子變流技術(shù)是利用電力電子器件組成的電路來(lái)改變電能形式的一項(xiàng)技術(shù)，交流調(diào)壓屬于電力電子技術(shù)的一個(gè)分支，電力電子技

28、術(shù)的發(fā)展盡管只有幾十年的歷史，但發(fā)展速度卻非常快，它集電力、電子及控制于一身，是其顯示出強(qiáng)大的生命力，尤其對(duì)工業(yè)技術(shù)革新起到了巨大的推動(dòng)作用，磁粉檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展正是這一受益者。在工業(yè)生產(chǎn)中，有很多不少由交流供電的設(shè)備需要進(jìn)行調(diào)壓，以適應(yīng)設(shè)備的工作狀態(tài)，因而交流調(diào)壓器運(yùn)用十分廣泛。在電力電子變流技術(shù)的發(fā)展中，各種調(diào)壓方式也得到大量運(yùn)用。交流調(diào)壓方式主要有斬控式和相控式兩種，在磁粉檢測(cè)技術(shù)中，縱向磁化所需要的磁化電流可以由工頻交流整流后再通過(guò)斬波調(diào)壓得到可控的磁化電流，也可以先進(jìn)行交流調(diào)壓，然后再對(duì)交流進(jìn)行整流得到所需電流；周向磁化需要的磁化電流為低電壓大電流，不需要整流環(huán)節(jié)，運(yùn)用最為廣泛的是移相

29、控制的交流調(diào)壓技術(shù)。1.4 可控硅調(diào)壓在磁粉檢測(cè)中的應(yīng)用磁粉檢測(cè)的基礎(chǔ)是缺陷處漏磁場(chǎng)與磁粉間的相互作用。在鐵磁性工件被磁化后，由于材料不連續(xù)性的存在，使工件表面和近表面的磁力線在材料不連續(xù)處發(fā)生局部疇變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，吸附施加在工件表面的磁粉，形成了在合適光照下目視可見(jiàn)的碰痕，從而顯示出材料不連續(xù)性的位置、形狀和大小，通過(guò)對(duì)這些磁痕的觀察和分析，就能得出對(duì)影響制品使用性能的缺陷的評(píng)價(jià)。磁粉檢測(cè)設(shè)備是產(chǎn)生磁場(chǎng)、對(duì)工件實(shí)施磁化并完成檢測(cè)工作的專(zhuān)用裝置，是磁粉檢測(cè)中不可缺少的。磁粉檢測(cè)設(shè)備通常稱(chēng)為磁粉探傷機(jī)。由于磁粉探傷機(jī)充退磁的電源不能直接用工業(yè)電源，所以要進(jìn)行調(diào)壓。在周向磁化主電路和縱向磁化主電路

30、中都廣泛運(yùn)用電力電子技術(shù)，尤其是交流調(diào)壓技術(shù)和整流技術(shù)。基于電力電子技術(shù)的可控硅調(diào)壓主要運(yùn)用在磁粉檢測(cè)的磁化電源裝置。磁化需要低電壓大電流的供電電源，由普通電源輸入的交流電通過(guò)可控硅調(diào)壓后供給降壓變壓器，降壓變壓器將其變?yōu)榇呕枰牡碗妷捍箅娏鬏敵觯芍苯訉?duì)工件進(jìn)行交流磁化，也可以再通過(guò)整流器變成直流電對(duì)工件磁化。1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容本文通過(guò)對(duì)磁粉檢測(cè)充退磁控制的研究，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用可控硅調(diào)壓原理設(shè)計(jì)出交流調(diào)壓主電路以及以芯片TCA 785為核心的觸發(fā)電路應(yīng)用于磁粉探傷設(shè)備充退磁控制系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)脈沖的相位控制可控硅的通斷，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。再通過(guò)降壓變壓器將調(diào)壓

31、后的電能變成可作為磁化電源的低電壓大電流對(duì)工件進(jìn)行磁化。課題研究的控制系統(tǒng)通過(guò)Matlab仿真以及實(shí)驗(yàn)得到了成功驗(yàn)證，證明了該項(xiàng)研究的實(shí)用性、有效性。為企業(yè)廣泛運(yùn)用磁粉檢測(cè)提供了可靠而有效的技術(shù)保證，具有廣泛的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。第二章 主電路設(shè)計(jì)2.1 主電路設(shè)計(jì)的基本原理及框圖磁粉檢測(cè)的主要對(duì)象是鋼鐵，它是強(qiáng)磁性物質(zhì)，眾多的鋼鐵材料是鐵磁材料的一部分。當(dāng)把沒(méi)有磁性的鐵磁性材料及其制品直接通電或置于外加磁場(chǎng)中時(shí)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度將明顯地增大，產(chǎn)生比原來(lái)磁化場(chǎng)大的多的磁場(chǎng)，對(duì)外顯示出磁性。雖然磁鐵等磁體也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，但這類(lèi)磁場(chǎng)跟磁體性質(zhì)有關(guān)，是不可控制的，不能作為外加磁場(chǎng)對(duì)鋼鐵材料進(jìn)行磁化。根據(jù)電

32、磁感應(yīng)我們知道，電可以產(chǎn)生磁，通過(guò)調(diào)節(jié)電流的大小，就可以調(diào)節(jié)其產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)度，得到可調(diào)的磁場(chǎng)。磁粉探傷中對(duì)工件的磁化需要的就是這樣的可控磁場(chǎng)。所以對(duì)磁化電源的調(diào)節(jié)對(duì)磁粉檢測(cè)來(lái)說(shuō)非常重要。對(duì)工件的磁化有周向磁化檢測(cè)和縱向磁化檢測(cè)兩種，周向磁化檢測(cè)采用通電磁化方法，即直接給鐵磁性工件通入電流進(jìn)行磁化；縱向磁化采用大型磁軛外加磁場(chǎng)磁化方法，即給線圈通入電流，由通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)工件進(jìn)行磁化。對(duì)磁化強(qiáng)度的調(diào)節(jié)就通過(guò)調(diào)節(jié)通入電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就是對(duì)磁化電源的調(diào)制。磁化電源裝置核心就是交流調(diào)壓電路，調(diào)壓電路由調(diào)壓主電路和觸發(fā)電路組成。這里先對(duì)主電路部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，主電路其實(shí)是一個(gè)低電壓大電流產(chǎn)生裝置，工

33、作原理是：利用半導(dǎo)體器件的通斷先對(duì)工頻的交流輸入進(jìn)行調(diào)壓，通過(guò)控制半導(dǎo)體器件的通斷來(lái)改變輸出的電壓和電流的大小，然后將輸出的電壓和電流作為一次側(cè)輸入接入降壓變壓器，將其轉(zhuǎn)換成低電壓大電流的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的周向磁化，也可以通過(guò)線圈實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的縱向磁化。可以進(jìn)行交流電磁化，也可以經(jīng)過(guò)整流后實(shí)現(xiàn)直流電磁化。本設(shè)計(jì)采用交流磁化電源，故可以省略掉整流部分。基本框圖為圖2-1所示。圖2-1 磁化電源主電路工作框圖2.2 磁化電流在磁粉檢測(cè)中是用電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的，常用不同的電流對(duì)工件進(jìn)行磁化。這種在工件上形成磁化磁場(chǎng)的電流叫做磁化電流。由于不同電流隨時(shí)間變化的特性不同，在磁化時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)也不一樣，常

34、用的磁化電流有交流電流、直流電流（整流電流），在一些特殊的地方，還使用高壓脈沖電流。在這次設(shè)計(jì)中，考慮到主要設(shè)計(jì)周向磁化，以及交流磁化電流的趨膚效應(yīng)和退磁時(shí)非常方便，因此使用交流磁化電流。交流電具有大小和方向的周期變化，在磁場(chǎng)特性上也是隨時(shí)間作有規(guī)律變化。磁粉檢測(cè)磁化電流用交流電的優(yōu)點(diǎn)是：、由圖2-1所示，輸入的工頻電經(jīng)過(guò)調(diào)壓和降壓后的交流電流可以直接作為磁化電流使用，而如果使用直流電流磁化，還需要對(duì)交流輸出進(jìn)行整流，過(guò)程相對(duì)于交流磁化較為復(fù)雜。交流磁化省掉整流這一環(huán)節(jié)，降低了磁化電源的復(fù)雜程度。、用交流磁化時(shí)，電流的方向和大小不斷發(fā)生變化，它所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向和大小也不斷地沿一直線方向來(lái)回的變

35、化。這種變化能夠攪動(dòng)磁粉，有助于磁粉的遷移，提高檢測(cè)的靈敏度。同時(shí)，由于交流電存在著相位變化，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)不同相位的磁場(chǎng)在不同的方向上疊加時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)合磁化或感應(yīng)磁化。、交流電具有趨膚效應(yīng)，即交流電通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體橫截面上各處的電流密度（單位面積中通過(guò)的電流）不相同。在導(dǎo)體中心，電流密度最小，而在導(dǎo)體表面及近表面的電流密度卻很大。這是由于導(dǎo)體在變化著的磁場(chǎng)里因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生渦流，在導(dǎo)體表面附近，渦流方向與原電流方向相同，使電流密度增大；而在導(dǎo)體軸線附近，渦流方向與原電流方向相反，是導(dǎo)體內(nèi)部電流密度減弱。這種導(dǎo)體表面及近表面的電流密度增大的現(xiàn)象叫做交流電的趨膚效應(yīng)。由于交流電的趨膚效應(yīng)使得工件

36、表面附近的磁場(chǎng)較為顯著，可以提高工件表面缺陷檢查的靈敏度。、交流磁化電流退磁方便。交流退磁一般有兩種方式：交流線圈退磁和交流降壓衰減退磁。交流線圈退磁是利用交流電的自動(dòng)換向，離開(kāi)線圈后磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸衰減的原理進(jìn)行退磁。而交流降壓衰減退磁是將通電磁化時(shí)的電流由幅值逐漸降到零。由于交流電本身不斷地變換方向，再衰減電流改變磁場(chǎng)的大小，從而達(dá)到退磁的目的。而直流電由于是單一方向，所以衰減退磁時(shí)要加入換向裝置，使直流電不斷換向，電流值逐漸減小，相當(dāng)于一個(gè)衰減的方波電流，才能達(dá)到退磁目的。所以交流電本身的換向特性不需要換向裝置。交流磁化電流同樣也有缺點(diǎn)：交流電方向變化時(shí)大小也發(fā)生變化，因此存在著剩磁不穩(wěn)定的

37、現(xiàn)象。若采用交流電進(jìn)行剩磁法檢測(cè)時(shí)，可能造成漏檢。為了克服這一不足，可以在交流磁粉探傷機(jī)上配備斷電相位控制裝置。另外，由于交流電的趨膚效應(yīng)，對(duì)工件表面下的缺陷檢測(cè)靈敏度隨缺陷埋藏深度增加而顯著降低，因而對(duì)距工件便面較深的缺陷就很難檢查出來(lái)。交流磁化電流的大小是有調(diào)壓環(huán)節(jié)和降壓環(huán)節(jié)控制，因而交流調(diào)壓電路以及降壓電路是磁粉檢測(cè)磁化電源設(shè)計(jì)的主要環(huán)節(jié)。2.3 交流調(diào)壓控制方式 可控硅的結(jié)構(gòu)及工作原理在電力電子技術(shù)出現(xiàn)以前交流調(diào)壓常用變壓器，改變交流電頻率則很困難。普通變壓器只有固定的變比，自耦變壓器可以連續(xù)調(diào)壓，但是有滑動(dòng)觸點(diǎn)維護(hù)不方便，這些鐵磁結(jié)構(gòu)調(diào)壓設(shè)備笨重、體積大，消耗銅鐵材料多。現(xiàn)在采用電力

38、電子器件的交流調(diào)壓器不僅可以實(shí)現(xiàn)電壓的連續(xù)調(diào)節(jié)，并且裝置輕巧，在各種交流調(diào)壓場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的交流調(diào)壓電路離不開(kāi)電力電子器件，在交流調(diào)壓中，電力電子器件組成交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，能控制交流電路的通斷，利用電力電子器件的可控性對(duì)交流電進(jìn)行控制，交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)也稱(chēng)固體開(kāi)關(guān)。可控硅交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)由可控硅模塊組成，可控硅1956年在美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生，1958年開(kāi)始商品化，并迅速在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，它的出現(xiàn)標(biāo)志了電子革命在強(qiáng)電領(lǐng)域的開(kāi)始。可控硅的特點(diǎn)是可以用小功率信號(hào)控制高電壓大電流。可控硅有三個(gè)極，分別是陰極、陽(yáng)極和門(mén)極，其中門(mén)極也叫控制極。可控硅內(nèi)部的四層PNPN半導(dǎo)體形成三個(gè)

39、PN結(jié)，在門(mén)極開(kāi)路無(wú)控制信號(hào)時(shí)，給可控硅加正向電壓，由于中間PN結(jié)反偏，不會(huì)有正向電流通過(guò)；給可控硅加反向電壓，另兩個(gè)PN結(jié)反偏，也不會(huì)有反向電流通過(guò)，因此在門(mén)極無(wú)控制信號(hào)時(shí)，無(wú)論給可控硅加正向電壓或反向電壓，可控硅都不會(huì)導(dǎo)通而處于關(guān)斷狀態(tài)。但是若在可控硅受正向電壓時(shí)，在門(mén)極和陰極之間加正的控制信號(hào)或脈沖，由于可控硅內(nèi)部正反饋?zhàn)饔茫煽毓杈蜁?huì)迅速?gòu)年P(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)向?qū)顟B(tài)。故門(mén)極觸發(fā)脈沖是對(duì)可控硅的導(dǎo)通進(jìn)行控制的。其工作原理和過(guò)程如圖2-2中電路所示。如果外電路向門(mén)極注入電流，也就是驅(qū)動(dòng)電流，則流入晶體管的基極，即產(chǎn)生集電極電流，它構(gòu)成晶體管的基極電流，放大成集電極電流，又進(jìn)一步增大 圖2-2 可

40、控硅工作原理的基極電流，如此形成強(qiáng)烈的正反饋，最后和進(jìn)入完全飽和狀態(tài)，即可控硅導(dǎo)通。此時(shí)如果撤掉外電路注入門(mén)極的電流，可控硅由于內(nèi)部已形成了強(qiáng)烈的正反饋會(huì)仍然維持導(dǎo)通態(tài)。而若要使可控硅關(guān)斷必須去掉陽(yáng)極所加的正向電壓，或者給陽(yáng)極施加反向電壓，或者設(shè)法使流過(guò)可控硅的電流降低到接近于零的某一數(shù)值以下，可控硅才能關(guān)斷。所以，對(duì)可控硅的驅(qū)動(dòng)過(guò)程更多的是成為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門(mén)極的觸發(fā)電流的電路成為門(mén)極觸發(fā)電路。也正是由于通過(guò)其門(mén)極只能控制其開(kāi)通，不能控制其關(guān)斷，可控硅才被稱(chēng)為半控型器件。按照可控硅工作原理，可列出如下方程： （式2-1） （式2-2） （式2-3） （式2-4）式中，和分別是可控硅和的共基極

41、電流增益；和分別是和的共基極漏電流。由式（2-1）式（2-4）可得 （式2-5）可控硅的特性是：在低發(fā)射極電流下是很小的，而當(dāng)發(fā)射極電流建立起來(lái)之后，迅速增大。因此，在可控硅阻斷狀態(tài)下，=0，而是很小的。由上式可看出，此時(shí)流過(guò)可控硅的漏電流只是稍大于兩個(gè)晶體管漏電流之和。如果注入觸發(fā)電流使各個(gè)晶體管的發(fā)射極電流增大以致趨近于1的話(huà)，流過(guò)可控硅的電流（陽(yáng)極電流）將趨近于無(wú)窮大，從而實(shí)現(xiàn)器件飽和導(dǎo)通。當(dāng)然，由于外電路負(fù)載的限制，實(shí)際上會(huì)維持有限值。可控硅在以下幾種情況下也可能被觸發(fā)導(dǎo)通：陽(yáng)極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)；陽(yáng)極電壓上升率過(guò)高；結(jié)溫較高；光直接照射硅片，即光觸發(fā)。這些情況下除了光

42、觸發(fā)由于可以保證控制電路與主電路之間的良好絕緣而應(yīng)用于高壓電力設(shè)備中之外，其它都因不易控制而難以應(yīng)用于實(shí)踐。只有門(mén)極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的手段。門(mén)極觸發(fā)電流是從門(mén)極流入可控硅，從陰極流出的。陰極是可控硅主電路與控制電路的公共端。門(mén)極觸發(fā)電流也往往是通過(guò)觸發(fā)電路在門(mén)極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的。總結(jié)前面的工作原理，可以歸納出可控硅正常工作時(shí)的特性如下：1 當(dāng)可控硅承受反向電壓時(shí)，不論門(mén)極是否有觸發(fā)電流，可控硅都不會(huì)導(dǎo)通。2 當(dāng)可控硅承受正向電壓時(shí)，僅在門(mén)極有觸發(fā)電流情況下可控硅才能導(dǎo)通。3 可控硅一旦導(dǎo)通，門(mén)極就失去控制作用，不論門(mén)極觸發(fā)電流是否還存在，可控硅都保持導(dǎo)通。4 若要是已導(dǎo)通

43、的可控硅關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過(guò)可控硅的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。 交流調(diào)壓電路交流調(diào)壓電路主要有三種控制方式，分別是：移相控制的交流調(diào)壓器、通斷控制交流調(diào)壓器以及斬控式交流調(diào)壓器。除了這三種常用的交流調(diào)壓方式外，還有幾種調(diào)壓器是將功率器件與變壓器相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓，電壓的調(diào)節(jié)歸根到底是通過(guò)控制功率器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于磁粉檢測(cè)周向磁化所需要的磁化電源的電壓和電流為零至最高輸出連續(xù)可調(diào)，并且觸發(fā)電路的核心TCA785芯片的功能是對(duì)輸出觸發(fā)脈沖的相位進(jìn)行調(diào)制，故對(duì)于主電路的交流調(diào)壓選擇移相控制的交流調(diào)壓電路。移相控制的交流調(diào)壓電路原理圖如圖2-3所示。負(fù)載性質(zhì)的不同，輸出與

44、輸入的關(guān)系也不同，負(fù)載的性質(zhì)大致分阻性負(fù)載和感性負(fù)載兩種。在磁粉探傷的 圖2-3 移相控制的交流調(diào)壓電路原理圖磁化過(guò)程中，縱向磁化主要是通過(guò)給大型磁軛線圈通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)工件磁化，所以負(fù)載一般為感性負(fù)載，電感較大而電阻較小；周向磁化主要是直接給工件通電產(chǎn)生磁場(chǎng)，所以負(fù)載一般為阻性負(fù)載，電阻較大而電感較小。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)周向磁化的磁化電源調(diào)制，所以重點(diǎn)研究阻性負(fù)載情況下調(diào)壓電路的工作情況。對(duì)于阻性負(fù)載情況下，工頻交流電輸入后，在輸入電壓的正半周和負(fù)半周，分別對(duì)可控硅VT1和VT2的觸發(fā)相位角進(jìn)行調(diào)制，就可以控制VT1和VT2的通斷，從而來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。從理論上分析：正負(fù)半周的起始時(shí)刻（）均

45、為電壓過(guò)零時(shí)刻。在穩(wěn)態(tài)情況下，正負(fù)半周的值一般相等，即可控硅VT1的觸發(fā)脈沖相位角和VT2的觸發(fā)脈沖相位角互差180°。負(fù)載電壓波形是輸入電源電壓波形的一部分，負(fù)載電流和負(fù)載電壓波形相同。設(shè)輸入電壓為（見(jiàn)式2-1）： （式2-6）在輸入電壓時(shí)，可控硅VT1和VT2的端電壓分別為，VT1具備觸發(fā)導(dǎo)通的條件。在時(shí)，觸發(fā)VT1，VT1導(dǎo)通，輸出電壓，兩可控硅的端電壓，由于負(fù)載為純電阻性，時(shí)，負(fù)載電流下降為零，VT1自然關(guān)斷。當(dāng)時(shí)，可控硅VT1和VT2的端電壓，VT2具備觸發(fā)導(dǎo)通的條件。在時(shí)，觸發(fā)VT2，VT2導(dǎo)通，輸出電壓為，兩可控硅端電壓。當(dāng)時(shí)，負(fù)載電流下降為零，VT2自然關(guān)斷。這是一個(gè)

46、周期的電壓變化過(guò)程。通過(guò)分析可以得到阻性負(fù)載交流調(diào)壓電路波形，波形如圖2-4所示。則輸出電壓有效值（見(jiàn)式2-7）、輸出電流有效值（式2-8）、可控硅電流有效值（式2-9） 圖2-4 阻性負(fù)載移相交流調(diào)壓波形和電路功率因數(shù)（式2-10）分別為： （式2-7） （式2-8） （式2-9） （式2-10）由圖2-4及以上各式可以看出，的移相范圍為。時(shí)，相當(dāng)于可控硅一直接通，輸出電壓為最大值，。隨著的增大，逐漸降低。直到時(shí)，。所以移相控制的交流調(diào)壓電路調(diào)壓范圍為。此外，時(shí)，功率因數(shù)，隨著的增大，輸入電流滯后于電壓且發(fā)生畸變，也逐漸降低。2.4 降壓變壓器及RC保護(hù)電路 降壓變壓電路經(jīng)過(guò)可控硅調(diào)壓后得到

47、的輸出電壓顯然不適合直接作為磁化電源，考慮到磁粉檢測(cè)比較潮濕的工作環(huán)境下人體的安全電壓，磁化電源一般不宜超過(guò)24伏特，而對(duì)工件磁化需要強(qiáng)磁場(chǎng)，強(qiáng)磁場(chǎng)的產(chǎn)生需要很大的電流，一般為04000A有效值，連續(xù)可調(diào)。而降壓變壓器正好能滿(mǎn)足這一需要，降壓變壓器原理是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)的，降壓變壓器二次側(cè)線圈的匝數(shù)要比一次側(cè)線圈的匝數(shù)低，這樣一次側(cè)的電壓經(jīng)過(guò)降壓變壓器到二次側(cè)就會(huì)變?yōu)榈碗妷海妷罕戎蹈€圈匝數(shù)比成正比關(guān)系。而由于變壓器只改變一次側(cè)和二次側(cè)的電壓和電流大小，不改變功率大小，所以一次側(cè)電流經(jīng)過(guò)降壓變壓器轉(zhuǎn)換后會(huì)增大，電流比值與線圈匝數(shù)比成反比關(guān)系。一般降壓變壓器式磁化裝置電流調(diào)節(jié)有三種方式：變

48、壓器分級(jí)抽頭轉(zhuǎn)換方式、感應(yīng)電壓調(diào)節(jié)（自耦變壓器）方式以及晶閘管控制方式。第一種是通過(guò)轉(zhuǎn)換降壓變壓器輸入端抽頭的位置，改變變壓器匝數(shù)比來(lái)調(diào)節(jié)磁化電流大小。本設(shè)計(jì)采用第二種方式是將電壓調(diào)節(jié)器與降壓變壓器串聯(lián)，當(dāng)改變它的電壓時(shí)，便能改變降壓變壓器的一次電壓，從而獲得可調(diào) 圖2-5 降壓變壓器與可控硅調(diào)壓電路連接圖的低壓大電流。晶閘管控制是在降壓變壓器一次側(cè)接入晶閘管元件，利用調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角大小來(lái)調(diào)節(jié)磁化電流大小。調(diào)節(jié)方式的電路原理圖見(jiàn)圖2-5. RC保護(hù)電路交流調(diào)壓中采用的可控硅，它具有體積小、重量輕、效率高和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)提高生產(chǎn)效率和降低成本等都有顯著效果，但它也具有過(guò)載和抗干擾能力差，且

49、在控制大電感負(fù)載時(shí)會(huì)干擾電網(wǎng)和自干擾等缺點(diǎn)，尤其是過(guò)電壓過(guò)電流問(wèn)題在設(shè)計(jì)中一定要考慮到。可控硅元件控制大電感負(fù)載時(shí)會(huì)有干擾電網(wǎng)和自干擾的現(xiàn)象，其原因是當(dāng)可控硅元件控制一個(gè)連接電感性負(fù)載的電路斷開(kāi)或閉合時(shí)，其線圈中的電流通路被切斷，其變化率極大，因此在電感上產(chǎn)生一個(gè)高電壓，這個(gè)電壓通過(guò)電源的內(nèi)阻加在開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)的兩端，感應(yīng)電壓一次次放電直到感應(yīng)電壓低于放電所必須電壓為止，在這一過(guò)程中將產(chǎn)生極大的脈沖束。這些脈沖束疊加在供電電壓上，并且把干擾傳給供電線或以輻射形式傳向周?chē)臻g，這種脈沖具有很高的幅度，很寬的頻率，因而具有感性負(fù)載的開(kāi)關(guān)點(diǎn)是一個(gè)很強(qiáng)的噪聲源。可控硅元件優(yōu)點(diǎn)很多，但是它過(guò)載能力差，短時(shí)間的

50、過(guò)流，過(guò)壓都會(huì)造成元件損壞，因此為保證元件正常工作，需有條件：(1)外加電壓下允許超過(guò)正向轉(zhuǎn)折電壓，否則控制極將不起作用；(2)可控硅的通態(tài)平均電流從安全角度考慮一般按最大電流的1.52倍來(lái)取；(3)為保證控制極可靠觸發(fā)，加到控制極的觸發(fā)電流一般取大于其額值，除此以外，還必須采取保護(hù)措施，一般對(duì)過(guò)流的保護(hù)措施是在電路中串入快速熔斷器，其額定電流取可控硅電流平均值的1.5倍左右，其接入的位置可在交流側(cè)或直流側(cè)，當(dāng)在交流側(cè)時(shí)額定電流取大些，一般多采用前者，過(guò)電壓保護(hù)常發(fā)生在存在電感的電路上，或交流側(cè)出現(xiàn)干擾的浪涌電壓或交流側(cè)的暫態(tài)過(guò)程產(chǎn)生的過(guò)壓。由于，過(guò)電壓的尖峰高，作用時(shí)間短，常采用電阻和電容吸

51、收電路加以抑制。另外，還常在主電路中采用快速熔斷器來(lái)防止系統(tǒng)過(guò)電流，可控硅耐過(guò)電壓的能力是有限的，在遭受過(guò)電壓時(shí)，即使超過(guò)元件反向擊穿電壓數(shù)值不大，時(shí)間不長(zhǎng)，都有可能使元件反向擊穿，造成損壞。不可能從根本上消除過(guò)電壓的根源，只能設(shè)法將過(guò)電壓的幅值抑制到安全限度以?xún)?nèi)，這是過(guò)電壓保護(hù)的基本思想。抑制過(guò)電壓的方法有三種:用非線性元件限制過(guò)電壓的幅度;用電阻消耗產(chǎn)生過(guò)電壓的能量；用儲(chǔ)能元件吸收產(chǎn)生過(guò)電壓的能量。其中利用儲(chǔ)能元件電容的一個(gè)基本特性?xún)啥说碾妷翰荒芡蛔兛梢钥朔夥鍫钸^(guò)電壓是可控硅過(guò)電壓保護(hù)的最基本的方法。串接電阻是在可控硅阻斷時(shí)防止電容和電感振蕩，起阻尼作用，阻容電路還具有加速可控硅導(dǎo)通的作

52、用。本次設(shè)計(jì)采用阻容裝置與可控硅元件并聯(lián)的方式防止過(guò)電壓(如圖2-6)，電容C是作為儲(chǔ)能元件使晶閘管兩端的電壓不能發(fā)生突變，防止尖峰過(guò)電壓。此外，電容C還需要串聯(lián)電阻R，電阻的主要作用是限制電流上升率。因?yàn)楫?dāng)可控硅元件未導(dǎo)通時(shí)，電容是充著電的，當(dāng)元件受到觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，電容立即經(jīng)可控硅形成短路的放電回路，若沒(méi)有電阻限流，這放電電流瞬時(shí)值很大，由于可控硅的電流上升率是有限制的。超過(guò)允許值有可能使硅元件損壞，故必須串入電阻限制放電電流。圖2-6 對(duì)可控硅元件的RC保護(hù)與可控硅元件并聯(lián)的阻容保護(hù)一般盡量靠近被保護(hù)的元件，引線要短些，以提高保護(hù)效果。2.5 整體主電路圖以及工作過(guò)程對(duì)以上各個(gè)電路部分的設(shè)計(jì)

53、，磁化主電路主要由可控硅VT1和VT2、快速熔斷器FA、降壓變壓器T、電阻R、電容C、電流互感器TA、電流表等構(gòu)成。主電路圖如圖2-7所示。主電路的輸入為工頻電壓，由可控硅模塊VT1、VT2構(gòu)成移相控制的交流調(diào)壓對(duì)工頻電壓調(diào)壓，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖的相位對(duì)可控硅通斷進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，隨著觸發(fā)脈沖相位的變化，相控調(diào)壓的范圍為零至輸入電壓最大值，調(diào)壓后輸出為可調(diào)交流輸出；快速熔斷器FA為磁化主電路保護(hù)快熔，防止過(guò)載使用或其他原因?qū)е码娏鬟^(guò) 大而損壞磁化主電路；電容C、電阻 圖2-7 磁化主電路圖R構(gòu)成RC保護(hù)電路與可控硅模塊并聯(lián)，保護(hù)可控硅模塊，防止可控硅通斷過(guò)程中瞬時(shí)尖峰過(guò)

54、電壓擊穿損壞可控硅模塊，同時(shí)限制電容放電電流；由于磁化電源對(duì)電壓和電流值的要求，可控硅調(diào)壓的輸出必須再作為降壓變壓器T一次側(cè)輸入，通過(guò)降壓變壓器的降壓升流作用叫輸入電壓轉(zhuǎn)換為為可以對(duì)工件進(jìn)行磁化的低電壓大電流磁化電源輸出，電流互感器TA對(duì)降壓變壓器二次側(cè)電流進(jìn)行取值，顯示在電流表A上提供當(dāng)前磁化電流信息。這就是調(diào)壓主電路一個(gè)工作周期的工作過(guò)程。2.6 退磁原理 剩磁的產(chǎn)生與影響工件在以下情況都會(huì)有意或無(wú)意地被不同程度地磁化，產(chǎn)生剩磁。如磁粉檢測(cè)時(shí)對(duì)工件進(jìn)行磁化，工件被磨削、電弧焊接、低頻加熱、與強(qiáng)磁體（如機(jī)床的磁鐵吸盤(pán)）接觸或滯留在強(qiáng)磁場(chǎng)附近，以及當(dāng)工件長(zhǎng)軸與地磁場(chǎng)方向一致并受到?jīng)_擊或振動(dòng)被地

55、磁場(chǎng)磁化等。鐵磁性材料和工件一旦被磁化，即使除去外加磁場(chǎng)后，某些磁疇仍保持新的取向而不回復(fù)到原來(lái)的隨機(jī)取向，于是該材料就保留了剩磁，剩磁的大小與材料的鐵磁性、材料最近的磁化史、施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁化方向和工件的幾何形狀等因素有關(guān)。在不退磁時(shí)，縱向磁化由于在工件的兩端產(chǎn)生磁極，所以縱向磁化較周向磁化產(chǎn)生的剩磁有更大的危害性。而周向磁化（如對(duì)圓鋼棒磁化），磁路完全封閉在工件中，不產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，所以在工件內(nèi)部的剩磁周向磁化要比縱向磁化大得多。工件上保留剩磁，會(huì)對(duì)工件的進(jìn)一步的加工和使用造成很大的影響，主要影響為：1) 工件上的剩磁，會(huì)影響裝在工件附近的磁羅盤(pán)和儀表的精度和正常使用；2) 工件上的剩磁，會(huì)吸附鐵屑和磁粉，在繼續(xù)加工時(shí)影