【正文】 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 共 頁(yè) 第 20 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 。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。 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。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。 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 0～ 4000A 有效值，連續(xù)可調(diào)。所以移相控制的交流調(diào)壓電路調(diào)壓范圍為 0 oUU??。隨著 ? 的增大， oU 逐漸降低。 則輸出電壓有效 值 oU （見式 27） 、輸出電 流有效值 oI （式 28）、可控 硅電流有效值 VTI （式 29） 圖 24 阻性負(fù)載移相交流調(diào)壓波形 和電路功率因數(shù) ? （式 210） 分別為 ： （式 27） （式 28） （式 29） （式 210） ω t輸入uω tuVTω t輸出uoiooo UI R?21 2 s i n 1 s i n 2( ) ( ) ( 1 )2 2 2VT U t UI d tRR?? ? ? ??? ? ?? ? ? ??211( 2 s i n ) ( ) s i n 22oU U t d t U?? ??? ? ?? ? ??? ? ??1 s i n 22o o ooU I UPS U I U ???? ?? ?? ? ? ? ? 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 共 頁(yè) 第 19 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 由圖 24 及以上各式可以看出， ? 的移相范圍為 0 ????。 這是一 個(gè)周期的電 壓變化過(guò)程 。 在 t? ? ??? 時(shí)，觸發(fā) VT2， VT2 導(dǎo)通，輸出電壓為 ouu? ， 兩 可控硅 端電壓 120VT VTuu??。在 t??? 時(shí)，觸發(fā) VT1， VT1 導(dǎo)通，輸出電壓 ouu? ，兩可控硅 的端電壓 120VT VTuu??，由于負(fù)載為純電阻性， t??? 時(shí)，負(fù)載電流下降為零，VT1 自然關(guān)斷。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。 從理論上分析： 正負(fù)半周 ? 的 起始時(shí)刻（ 0?? ）均為電壓過(guò)零時(shí)刻。 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。 負(fù)載性質(zhì) 的不同，輸出與輸入的關(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 。 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。 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。 3 可控硅一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用， 不論門極觸發(fā)電流是否還存在，可控硅都保持導(dǎo)通。 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： 2 1 2121 ( )G C B O C B OA I I II ? ????? ?? 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 共 頁(yè) 第 17 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 當(dāng)可控硅承受反向電壓時(shí)，不論門極是否有觸發(fā)電流，可控硅都不會(huì)導(dǎo)通。陰極是可控硅主電路與控制電路的公共端。只有門極觸發(fā)是最精確、迅速而可靠的手段。 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 /dudt 過(guò)高；結(jié)溫較高；光直接照射硅片，即光觸發(fā)。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 12??? 趨近于 1 的話，流過(guò)可控硅的電流 AI （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。因此，在可控硅阻斷狀態(tài)下， GI =0，而 12??? 是很小的。 按照可控硅工作原理，可列出如下方程： 1 1 1C A C BOI I I??? （式 21） 2 2 2C K C BOI I I??? （式 22） K A GI I I?? （式 23） 12A C CI I I?? （式 24） 式中， 1? 和 2? 分別是可控硅 1V 和 2V 的共基極電流增益； 1CBOI 和 2CBOI 分別是 1V 和 2V 的共基極漏電流。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)生注入門極的觸發(fā)電流GI 的電路成為門極觸發(fā)電路。此時(shí)如果撤掉外電路注入門極的電流 GI ，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)。 其 工作原理和過(guò)程如圖 22 中電路 所示。但是若在可控硅受正向電壓時(shí)，在門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?，可控硅就?huì)迅速 從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)向?qū)顟B(tài)?？煽毓栌腥?個(gè)極，分別是陰極、陽(yáng)極和門極，其中門極也叫控制極。 可控硅交流無(wú)觸點(diǎn)開關(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)域的開始?，F(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。 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。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 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 共 頁(yè) 第 15 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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)。若采用交流電進(jìn)行剩磁法檢測(cè)時(shí)，可能造成漏檢。所以交流電本身的換向特性不需要換向裝置。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。交流線圈退磁是利用交流電的自動(dòng)換向，離開線圈后磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸衰減的原理 進(jìn)行退磁。 ④ 、交流磁化電流退磁方便。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)。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。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。 ② 、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)回的變化。磁粉檢測(cè)磁化電流用交流電的優(yōu)點(diǎn)是： ① 、由圖 21 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。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。這 種在工件上形成磁化磁場(chǎng)的電流叫做磁化電流。基本框圖為圖 21 所示?？梢赃M(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。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。 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。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)。 雖然磁鐵等磁體也能產(chǎn)生磁場(chǎng)，但這類磁場(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。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 共 頁(yè) 第 13 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第二章 主電路設(shè)計(jì) 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。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。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。磁化