基于IGBT元件的恒磁場脫磁器設(shè)計

唐奇

摘要：設(shè)計一種基于IGBT元件的頻率可調(diào)的恒磁場脫磁器。闡述恒磁場脫磁器的結(jié)構(gòu)與原理，詳細介紹邏輯控制、電路、電源控制部分的設(shè)計及功能。該脫磁器結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于維護，可廣泛應(yīng)用于各種需要脫磁的工作現(xiàn)場。

關(guān)鍵詞：脫磁器；恒磁場；頻率可調(diào)；IGBT元件

中圖分類號：TD462 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）02-0038-03

隨著我國農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機工業(yè)的發(fā)展，對鋼鐵原材料的需求不斷加大。我國現(xiàn)有礦山供礦能力難以滿足鐵精礦生產(chǎn)的需要，有時必須利用低品位礦石彌補礦山產(chǎn)能的不足。但低品位礦石中廢石及極貧連生體含量較大，直接進入球磨機會大幅降低鐵精礦產(chǎn)量，同時也會大幅增加生產(chǎn)成本。因此，普遍采取在破碎階段實施干式磁滑輪預(yù)先拋尾作業(yè)的方式，以減少進入球磨機的廢石量。但磁滑輪預(yù)先拋尾作業(yè)后的精礦具有剩磁，為了減少剩磁對球磨后分級作業(yè)的影響，必須對拋尾精礦進行有效脫磁。目前，最可行的脫磁工藝是在磨機給礦皮帶上安裝脫磁線圈，但國內(nèi)市場上的傳統(tǒng)脫磁器在工作中由于現(xiàn)場工況條件不同時常存在磁場不穩(wěn)定、能耗大等不良現(xiàn)象，急需開發(fā)性能優(yōu)越、工作穩(wěn)定、節(jié)能減耗且能滿足多種現(xiàn)場需求的新型脫磁器。為此，本研究設(shè)計一種頻率可調(diào)的、磁場比較恒定的脫磁器。

1 恒磁場脫磁器的結(jié)構(gòu)與原理

本研究設(shè)計的頻率可調(diào)的恒磁場脫磁器采用2個IGBT模塊作為開關(guān)元件，由CPU板提供兩路高低電平互相交替導(dǎo)通的電源給2個開關(guān)元件，這樣開關(guān)元件可實現(xiàn)輪流導(dǎo)通且導(dǎo)通頻率可調(diào)節(jié)。該脫磁器主要由交流電源、斷路保護器、變壓器、整流橋、開關(guān)元件、脫磁線圈、控制變壓器、控制電源、補償系統(tǒng)、CPU板、反饋模塊、保護系統(tǒng)、傳感器組成。其工作原理是：CPU板接收由傳感器傳送的電流信號，經(jīng)反饋模塊處理，再經(jīng)放大、比較及脈寬調(diào)制后形成閉環(huán)，使輸出電流恒定，達到恒磁場的目的；同時，當(dāng)IGBT出現(xiàn)故障時，輸出的故障信號經(jīng)自鎖電路處理后會使輸出信號關(guān)閉，從而起到保護IGBT的作用。反饋模塊接收來自傳感器的信號，經(jīng)自身處理后送到CPU板，作為CPU板的輸入信號源。保護系統(tǒng)可保證線圈兩端得到穩(wěn)定的電壓，以避免由接線電感引起的高壓擊穿IGBT。傳感器用于采集電路中的電流信號，同時將此信號輸送到反饋模塊。

2 恒磁場脫磁器的設(shè)計

2.1 邏輯控制

恒磁場脫磁器的邏輯控制圖如圖1所示。交流電源經(jīng)斷路保護器給變壓器BT1和控制變壓器BT2提供輸入交流電源，其中，變壓器BT1經(jīng)整流橋VC1—VC3整流后給IGBT開關(guān)元件提供直流電源，控制變壓器BT2經(jīng)控制電源KZDY后給CPU板提供工作電壓。CPU板驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，IGBT開關(guān)元件和補償系統(tǒng)之間接入脫磁線圈XQ，反饋模塊HI分別接傳感器和CPU板，保護系統(tǒng)和補償系統(tǒng)相連。

2.2 電路

恒磁場脫磁器的電路示意圖如圖2所示。IGBT開關(guān)元件采用2個IGBT模塊作為開關(guān)元件。由交流電源經(jīng)斷路保護器QF給變壓器BT1初級輸入交流電源；次級經(jīng)整流橋VC1—VC3整流后，正極連接到開關(guān)元件IGBT1的集電極C1和電解電容C41的正極上，負極連接到開關(guān)元件IGBT2的發(fā)射極E2和電解電容C42的負極上。IGBT1的發(fā)射極E1和IGBT2的集電極C2穿過傳感器后和線圈的一端相連；電解電容C41的負極、電解電容C42的正極接在線圈的另一端；電阻R41兩端分別與電解電容C41的正負極相連，電阻R42兩端分別與電解電容C42的正負極相連；快恢復(fù)二極管D和電阻R并聯(lián)后一端與無感電容C相連，另一端與電解電容C41的正極相連，無感電容C的另一端與電解電容C42的負極相連；反饋模塊HI的輸入、輸出端分別接在傳感器和驅(qū)動板的電流端子上。

2.3 控制電源

恒磁場脫磁器的控制電源接線圖如圖3所示?？刂齐娫从?路電源組成?？刂谱儔浩鰾T2的次級線圈由3個繞組組成，分別為繞組N1，N2，N3。其中：繞組N1對應(yīng)的交流電壓AC1經(jīng)過整流橋D1整流后，正極接入濾波電解電容C11的正極和三端穩(wěn)壓器WY1的輸入端1，負極分別接入濾波電解電容C11的負極、三端穩(wěn)壓器WY1的接地端2和濾波電解電容C12的負極，作為直流電源端GND1；三端穩(wěn)壓器WY1的輸出端3接入濾波電解電容C12的正極，作為直流電源的正極V1。即V1，GND1為交流電AC1整流后作為控制電源板的第一路直流電源。同理，繞組N2對應(yīng)的交流電壓AC2經(jīng)過整流橋D2整流后，正極接入濾波電解電源C21的正極和三端穩(wěn)壓器WY2的輸入端1，負極分別接入濾波電解電容C21的負極、三端穩(wěn)壓器WY2的接地端2和濾波電解電容C22的負極，作為直流電源端GND2；三端穩(wěn)壓器WY2的輸出端3接入濾波電解電容C22的正極，作為直流電源的正極V2。即V2，GND2為交流電AC2整流后作為控制電源板的第二路直流電源。繞組N3對應(yīng)的交流電壓AC3經(jīng)過整流橋D3整流后，正極接入濾波電解電容C31的正極和三端穩(wěn)壓器WY3的輸入端1，負極分別接入濾波電解電容C31的負極、三端穩(wěn)壓器WY3的接地端2和濾波電解電容C32的負極，作為直流電源端GND3；三端穩(wěn)壓器WY3的輸出端3接入濾波電解電容C32的正極，作為直流電源的正極V3。即V3，GND3為交流電AC3整流后作為控制電源板的第三路直流電源。

3 恒磁場脫磁器的優(yōu)點

恒磁場脫磁器的主要優(yōu)點在于：1） 利用電流反饋閉環(huán)技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)，保證輸出穩(wěn)定，達到恒流目的。2） 利用等值電阻分壓有效地實現(xiàn)了加在電解電容兩端的電壓相等，從而實現(xiàn)脫磁線圈兩端的電壓也相等。3） 由快恢復(fù)二極管D、電阻R、無感電容C組成的吸收電路能有效地吸收因電路接線電感而產(chǎn)生的高壓帶來的危害。4） 利用比較自鎖電路可有效實現(xiàn)IGBT出現(xiàn)故障時及時關(guān)閉輸出信號，以保護IGBT。5） 采用IGBT作為電路的開關(guān)元件，引出線少，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修方便。

4 結(jié)語

本研究設(shè)計的恒磁場脫磁器可根據(jù)不同物料調(diào)整脫磁線圈的磁場大小，并使調(diào)整好的磁場處于恒定狀態(tài)，從而解決了傳統(tǒng)脫磁器因電源電壓波動、線圈發(fā)熱及磁性物料在線圈內(nèi)感應(yīng)形成渦流現(xiàn)象等導(dǎo)致電流變化（即磁場變化）的問題，易維護，可靠性高，可廣泛應(yīng)用于各種需要脫磁的工作現(xiàn)場。

參考文獻

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Design of Demagnetizer in Constant Magnetic Field based on IGBT Element

TANG Qi

（LONGi Magnet Co.， Ltd.， Fushun Liaoning 113122， China）

Abstract： A kind of demagnetizer in constant magnetic field whose frequency can be regulated was designed based on IGBT element. This paper expounded the structure and principle of demagnetizer in constant magnetic， and introduced in detail the design and functions of logic control， circuit and power supply control. The demagnetizer， which has the advantages of simple construction， high reliability and easy maintenance， can be widely used in every kinds of working site needed demagnetizing.

Key words： demagnetizer； constant magnetic field； tunable frequency； IGBT element