【正文】 785完全相同，因此可以互換。通過給TCA785芯片送同步電壓基準(zhǔn)，由TCA785調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖輸出的脈沖寬度和相位，然后經(jīng)脈沖放大電路給可控硅元件提供觸發(fā)脈沖。圖28 交流電退磁電流波形第三章 觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 觸發(fā)電路設(shè)計(jì)思路移相控制的交流調(diào)壓的核心元件是可控硅模塊，是由兩個(gè)可控硅VTVT2反并聯(lián)構(gòu)成，調(diào)壓的原理實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)可控硅觸發(fā)脈沖的相位角，可控硅觸發(fā)脈沖的調(diào)節(jié)電路就是本章要設(shè)計(jì)的觸發(fā)電路，也叫驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于本設(shè)計(jì)的交流調(diào)壓電路來說，就是通過觸發(fā)電路控制可控硅的門極觸發(fā)脈沖相位，進(jìn)而調(diào)節(jié)調(diào)壓電路輸出電壓和電流的大小，在不斷的換向中使輸出磁化電流不斷衰減，直到為零，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的衰減退磁。2） 衰減法。退磁時(shí)，將工件放在拖板上置于線圈前30cm處，線圈通電時(shí)，將工件沿著軌道緩慢地從線圈中通過并遠(yuǎn)離線圈至少1～。1） 通過法。由于本次設(shè)計(jì)主要采用交流磁化電流對(duì)工件進(jìn)行磁化，故主要說明交流電退磁方法。 退磁的原理退磁是將工件置于交變磁場(chǎng)中，產(chǎn)生磁滯回線，當(dāng)交變磁場(chǎng)的幅值逐漸遞減時(shí)，磁滯回線的軌跡也越來越小，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度將為零時(shí)，使工件中殘留的剩磁Br接近于零。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)影響工件表面的粗糙度和刀具壽命；3) 工件上的剩磁，會(huì)給清除磁粉帶來困難；4) 工件上的剩磁，會(huì)使電弧焊過程電弧偏吹，焊道偏離；5) 油路系統(tǒng)的剩磁，會(huì)吸附鐵屑和磁粉，影響供油系統(tǒng)暢通；6) 滾珠軸承上的剩磁，會(huì)吸附鐵屑和磁粉，造成滾珠軸承磨損；7)電鍍鋼件上的剩磁，會(huì)使電鍍電流偏離期望流通的區(qū)域，影響電鍍質(zhì)量；由于上述影響，故應(yīng)該對(duì)工件進(jìn)行退磁。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。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）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)被地磁場(chǎng)磁化等。這就是調(diào)壓主電路一個(gè)工作周期的工作過程。主電路圖如圖27所示。圖26 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。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。本次設(shè)計(jì)采用阻容裝置與可控硅元件并聯(lián)的方式防止過電壓(如圖26)，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，防止尖峰過電壓。其中利用儲(chǔ)能元件電容的一個(gè)基本特性——兩端的電壓不能突變可以克服尖峰狀過電壓是可控硅過電壓保護(hù)的最基本的方法。抑制過電壓的方法有三種:用非線性元件限制過電壓的幅度。另外，還常在主電路中采用快速熔斷器來防止系統(tǒng)過電流，可控硅耐過電壓的能力是有限的，在遭受過電壓時(shí)，即使超過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?？煽毓柙?yōu)點(diǎn)很多，但是它過載能力差，短時(shí)間的過流，過壓都會(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正向轉(zhuǎn)折電壓，否則控制極將不起作用；(2)～2倍來取；(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)過流的保護(hù)措施是在電路中串入快速熔斷器，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)過程產(chǎn)生的過壓?？煽毓柙刂拼箅姼胸?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)電壓通過電源的內(nèi)阻加在開關(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，在這一過程中將產(chǎn)生極大的脈沖束。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)通角大小來調(diào)節(jié)磁化電流大小。第一種是通過轉(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。隨著的增大，逐漸降低。則輸出電壓有效值（見式27）、輸出電流有效值（式28）、可控硅電流有效值（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）由圖24及以上各式可以看出，的移相范圍為。這是一個(gè)周期的電壓變化過程。在時(shí)，觸發(fā)VT2，VT2導(dǎo)通，輸出電壓為，兩可控硅端電壓。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。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（）均為電壓過零時(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?？偨Y(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?？煽毓柙谝韵聨追N情況下也可能被觸發(fā)導(dǎo)通：陽極電壓升高至相當(dāng)高的數(shù)值造成雪崩效應(yīng)；陽極電壓上升率過高；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)射極電流增大以致趨近于1的話，流過可控硅的電流（陽極電流）將趨近于無窮大，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，=0，而是很小的。按照可控硅工作原理，可列出如下方程： （式21） （式22） （式23） （式24）式中，和分別是可控硅和的共基極電流增益；和分別是和的共基極漏電流。所以，對(duì)可控硅的驅(qū)動(dòng)過程更多的是成為觸發(fā)，產(chǎn)生注入門極的觸發(fā)電流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，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)。可控硅有三個(gè)極，分別是陰極、陽極和門極，其中門極也叫控制極?？煽毓杞涣鳠o觸點(diǎn)開關(guān)由可控硅模塊組成，可控硅1956年在美國貝爾實(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。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。 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。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?；究驁D為圖21所示?？梢赃M(jìn)行交流電磁化，也可以經(jīng)過整流后實(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。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?，可直接?duì)工件進(jìn)行交流磁化，也可以再通過整流器變成直流電對(duì)工件磁化。在周向磁化主電路和縱向磁化主電路中都廣泛運(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)。磁粉檢測(cè)設(shè)備通常稱為磁粉探傷機(jī)。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)。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控制的交流調(diào)壓技術(shù)。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?，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。 改變交流電頻率則很困難。一次側(cè)電流通過原邊線圈產(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。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。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，稱為全控型器件，隨著這些電力電子器件的相繼問世，有人稱之為第二次工業(yè)革命。由于可控硅具有體積小、無污染、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。可控硅是一種利用半導(dǎo)體PN結(jié)原理開發(fā)的固體可控開關(guān)，它可以用小電流控制開關(guān)的導(dǎo)通，從而控制高電壓大電流的電路。磁粉檢測(cè)方法日臻完善。我國對(duì)磁粉檢測(cè)的