【正文】 A1+A2=U0 p1A1+p2A2=0 由此得 12021 pp UpA ?? 12012 pp UpA ??? 電容兩端的電壓 uc為 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) 13 )epep(pp Uu tP1tP212 0c 21 ??? (222) 電感兩端的電壓為 ： )(21 211202 tPtPl epeppp UdtdiLu ????? (221)， (223)可以看出，電容及電感兩端的電壓以及電路中的電流即磁場(chǎng)的變化形式取決于 p p2，即 22LR??????與LC1兩相的差值。三種情況的放電波形如圖 所示 圖 2在第一種情況下，消耗于電路電阻上的能量將較大，而且電流幅值最小，即產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)最小，這不是設(shè)計(jì)所希望的。從波形圖中可以看出，在第三種情況下，電路的放電電流最大，時(shí)間最短。 由于磁場(chǎng)頻率低，管道中介質(zhì)的流動(dòng)性 促使介質(zhì) 與磁場(chǎng)的方向具有隨機(jī)性，因此不會(huì)對(duì)沖磁介質(zhì)產(chǎn)生脫磁現(xiàn)象，這符合設(shè)計(jì)的初衷，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行設(shè)備也驗(yàn)證了這種設(shè)想。21)得 ?????? ?? ?? 2 )()(1010 11 j eeeUU tjtjtc ??????? (225) teLUmdtdUCi tc 112 s in ?? ????? (225)、 (2放電電流過(guò)零點(diǎn)為?? kt?1 ，則首次過(guò)零點(diǎn)為 3ms， 總放電時(shí)間為 9ms。 放電回路中可可控硅承受的反向電壓仍為電源電壓的峰值，同樣選擇的可控硅的額定電壓應(yīng)為 1600V。27) 當(dāng)電容充滿電壓 380V時(shí) 380*2 ???? ??? ?ei m (A) （有關(guān) ω σ、 L 的值 見(jiàn)上節(jié) ） 每次充放電的時(shí)間為 40ms，充電與放電的時(shí)間各為 20ms。8 所示 。8 通過(guò)放電回路可控硅的電流波形圖 放電過(guò)程中通過(guò)可控硅的電流平均值為 dtti tav ? ?? 11 02 s i 1LU ?? ? (2 根據(jù)電流峰值 ，放電電流平均值 ，實(shí)際通過(guò)的電流平均值 ，承受的反向峰值電壓 622V 放電回路中選用 KP100A/1200V 型的可控硅。針對(duì)本課題提出的脈沖脫磁器的電氣特點(diǎn)， 研究了預(yù)磁器的工作時(shí)序要求和充放電回路的電器元件特性和電路電壓、電流特征；針對(duì)研究結(jié)果對(duì)可控硅元件進(jìn)行了選型。 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) 16 第三章 脈沖脫磁器的硬件和軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電子控制板設(shè)計(jì) 由于該裝置最終要成為產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了要保證電子電路各部分功能的實(shí)現(xiàn)外，同時(shí)也要考慮一些更實(shí)際的問(wèn)題：如裝置的成本要低，所選器件要在市場(chǎng)上比較常見(jiàn)，電路板上器件要盡可能的統(tǒng)一參數(shù)以及其它一些在實(shí)際運(yùn)行使用中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，都要認(rèn)真考慮并解決。所以控制電路按照其功能主要分為以下幾個(gè)部分：電源模塊、同步分頻信號(hào)模塊、 CPU 模塊、晶閘管驅(qū)動(dòng)模塊、鍵盤 顯示模塊。1 所示 。片內(nèi)含有 8KB 可重復(fù)擦寫(xiě) 1000 次以上的 Flash 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM 存儲(chǔ)器， 32 根可編程 I/O 端口， 3 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行口可編程，中斷級(jí)為 8 級(jí)中斷。 電源A CD CP T同 步 信 號(hào)分 頻CPUR O ME E P R O MR A MW A T C H D O G鍵 盤 輸 入6 個(gè) 發(fā) 光 二 極 管 顯示 驅(qū) 動(dòng)I / O輸出光耦隔離晶閘管控制磁 體 脈 沖 反 饋節(jié) 能 控 制磁 體 線 圈 切 換 圖 3 380V 交流電變壓后得到的 20V 交流 電 送到單相橋式整流電路。1) 式中 U2 變壓器副邊交流電壓有效值 Uo(AV) 整流輸出直流電壓平均值 可以計(jì)算出該電路整流輸出直流電壓平均值為 +18V。 穩(wěn)壓電路選用了三端穩(wěn)壓器件 7812 輸出 +12V 直流電壓供可控硅觸發(fā)使用。3所示。3 可控硅觸發(fā)電源電路 （ 1） 整形器 [23,] 觸發(fā)電路需要的同步信號(hào)由充電回路的輸入電源經(jīng)變壓器將 380V正弦交流 電壓轉(zhuǎn)變成同相位的 5V 正弦波信號(hào)。將 5V 的正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛筛唠娖?“ 1” 和低電平 “ 0” 組成的方波信號(hào)可由整形器來(lái)完成。4 為同步變換整形信號(hào)采集電路。輸出信號(hào)送入單片機(jī)的外部中斷 0 端口。輸入信號(hào)的電位大于 0 時(shí)，輸出信號(hào)為高電平，當(dāng)輸入信號(hào)的電位低于 0 時(shí)，輸出信號(hào)為低電平。5所示；示波器實(shí)際測(cè)量輸入、輸出波形如圖 37所示 。4 同步信號(hào)電路圖 tt輸 入輸 出UU 圖 36 同步信號(hào)輸入實(shí)測(cè)波形 圖 3將 D 觸發(fā)器 R、 S 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) 19 端接低電平， Q 輸出端接數(shù)據(jù)輸入 D 端， CP 時(shí)鐘接分頻信號(hào)， Q 端將輸出二分頻信號(hào)。電路如圖 39所示，示波器實(shí)測(cè)分頻前、分頻后波形如圖 311 所示。8 二分頻電路 tt 圖 310 分頻前輸入波形實(shí)測(cè) 圖 3可控硅元件是一個(gè) PNPN 四層結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體，形成了三個(gè) PN 結(jié) J1， J2， J3，可以用兩個(gè)晶體管的等效模型來(lái)說(shuō)明 [30,31,32]，如圖 3 圖 3在可控硅導(dǎo)通后，門極電壓失去作用，直至可控硅承受反向電壓而截止。因此一般都是可控硅導(dǎo)通的瞬間加入控制信號(hào)，導(dǎo)通后立即取消控制信號(hào)。產(chǎn)生脈沖信號(hào)的觸發(fā)電路稱為脈沖觸發(fā)電路。 ② 不該觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)電路因漏電流產(chǎn)生的漏電壓應(yīng)小于門極不觸發(fā)電壓 Ucd ③ 觸發(fā)脈沖要有足夠的脈沖寬度，一般為 20us——50us。 ⑤ 觸發(fā)脈沖要與主回路同步，并且有足夠的移相范圍。 ⑦ 觸發(fā)充放電回路的兩個(gè) 脈沖信號(hào)要交替進(jìn)行，在任何時(shí)候 不能同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)脈沖信號(hào)的輸出 ，以防燒毀磁體線圈 。 脈沖是一很短時(shí)間內(nèi)的沖擊電壓或電流。隨著集成電路的發(fā)展，脈沖技術(shù)己從晶體脈沖電路轉(zhuǎn)向了數(shù)字可編程脈沖電路。在選煤廠由于工作環(huán)境比較差，任何設(shè)備都應(yīng)適應(yīng)這種環(huán)境，設(shè)計(jì)脈沖觸發(fā)電路時(shí)應(yīng)考慮這一不利的條件。 （ 2） 觸發(fā) 電路 晶閘管觸發(fā)電路的形式多種多樣，常用的觸發(fā)電路主要有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管移相觸發(fā)電路、同步信號(hào)為正弦波的觸發(fā)電路和 KC 系列的集成觸發(fā)電路。同步信號(hào)前面已經(jīng)介紹。這種觸發(fā)電路線路簡(jiǎn)單、調(diào)試容易，穩(wěn)定性好。13所示。觸發(fā)變壓器原邊接電源電路中 直流 電壓 +12V，同時(shí) 為了 保護(hù)脈沖變壓器并聯(lián)了續(xù)流二極管 IN4148。13 觸發(fā)電路原理圖 （ 3） 脈沖變壓器： 主回路與控制板的連接通過(guò)脈沖變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞和干擾的隔離。由于脈沖變壓器所傳輸?shù)拿}沖信號(hào)具有很寬的頻譜，它包含著豐富的高頻和低頻分量。脈沖變壓器結(jié)構(gòu)上與普通 的變壓器相似，也有一次與二次繞組，兩者共同繞在一個(gè)鐵芯上，但其工作情況卻有何大區(qū)別。因而他們的電磁過(guò)程各有特點(diǎn)。脈沖技術(shù)中，脈沖幅度上升到 90%最大值所需的時(shí)間 tp 為脈沖前沿 ： tP=。同時(shí)可控硅的觸發(fā)脈沖一般要求其前沿很陡，即要求 tP 很小，因 此在設(shè)計(jì)加工脈沖變壓器時(shí)，要用適當(dāng)小的銅線，減少線圈的匝數(shù)和層間間隔，同時(shí)注意直流電阻要加大。觸發(fā)脈沖要求有足夠的前沿陡度和寬度，由控制回路輸出的觸發(fā)脈沖波形中 ， t1 和 t2 間寬度為 8μs。14所示。 t 1t 2 t 3 圖 3副邊線徑 。 （ 5） 脈沖序列發(fā)生振蕩器 為保證充電電路的可控硅可靠觸發(fā)和保護(hù)脈沖觸發(fā)電路，需要單片機(jī)控制的本端口脈沖轉(zhuǎn)變成脈沖序列，脈沖振蕩預(yù)磁器的每次放電一個(gè)振蕩周期完成，電容的剩余電壓受工程環(huán)境影響不能準(zhǔn)確測(cè)出，實(shí)際工作過(guò)程中電容經(jīng)過(guò)一次振動(dòng)后剩余電壓值不能準(zhǔn)確測(cè)量，所以通過(guò)多次試探觸發(fā)，使 可控硅在恰當(dāng)?shù)南嘁平怯|發(fā)導(dǎo)通，另 外脈沖序列觸發(fā)可以保護(hù)觸發(fā)電路的安全工作。該振蕩器由定時(shí)器 NE555 和外接電阻、電容組成。引腳 3 輸出一定頻率的矩形波，矩形波的頻率取決于R1 和 C1。2) 取 R1=1KΩ， R2=20 KΩ， C1=，則 f=1800Hz 引腳 3 輸出 頻率的矩形波與單片機(jī)端口形成的脈沖信號(hào)與后，就形脈沖序列 。15 振蕩器圖 圖 3 表 1 鍵盤、指示燈功能表 名稱 功能 名稱 功能 按鍵 1 開(kāi)機(jī) 指示燈 1 開(kāi)機(jī)指示 按鍵 2 關(guān)機(jī) 指示燈 2 關(guān)機(jī)指示 按鍵 3 自動(dòng) 指示燈 3 自動(dòng)指示 按鍵 4 手動(dòng) 指示燈 4 手動(dòng)指示 按鍵 5 場(chǎng)強(qiáng)增大 指示燈 5 同步信號(hào) 按鍵 6 場(chǎng)強(qiáng)減小 指示燈 6 磁場(chǎng)反饋信號(hào) 磁體脈沖反饋電路 磁體脈沖反饋模塊 電路 檢測(cè) 裝置是否完成放電過(guò)程。因?yàn)?羅可夫斯基線圈 與被測(cè)電路沒(méi)有直接 接觸， 所以能夠 方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓回路地隔離測(cè)量，同時(shí)，它具有從幾 Hz 到幾百 MHz 的使用頻率范圍和從幾 A 到數(shù)百 KA 的測(cè)量范圍。16 所示。任何一個(gè)隨時(shí)間變化的電流在其周圍會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)，對(duì)于圖 33) 互感 為： )( 22 baaNM ??? ? (320所示。5) 本裝置 通過(guò)如圖 3當(dāng)放電可控硅觸發(fā)電容向磁體線圈放電，磁體線圈電流的變化轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)量的變化。 R 1 0D 1 5U 2 0R 1 1D 1 01 2U 8 A401 06P 3 .6V C C圖 3從而實(shí)現(xiàn)裝置的自適應(yīng)工作，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，即電容充電幅值的大小，調(diào)整放電電流的大小。 （ 1） 磁性物檢測(cè)設(shè)計(jì)原理 根據(jù)電磁場(chǎng)理論，線圈的電感量可由下式 [14,15] l SnL r 20??? (3重 介質(zhì)選煤時(shí)的懸浮液由磁鐵礦粉與水配制而成，并拌有洗選過(guò)程中的煤泥，其中水和煤泥是非磁性物質(zhì)，其磁導(dǎo)率接近真空磁導(dǎo)率，亦即 Ur=1；而磁鐵礦粉是磁性物質(zhì)，其磁導(dǎo)率比真空磁導(dǎo)率高兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，即 Ur≥1。 （ 2） 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)上述機(jī)理測(cè)量電感量的變化 轉(zhuǎn)變成頻率的變化 來(lái)檢測(cè)磁性物質(zhì)的有無(wú)。振蕩的頻率幅值較小， 經(jīng)運(yùn)放后 由光藕、施密特觸發(fā)器CD40106 整形處理 輸入單片機(jī)，利用單片機(jī)的捕捉功能較容易的測(cè)出 頻率 。 10 腳、 12 腳之間外接 LC 回路組成差分對(duì)管振蕩電路 ， 振蕩信號(hào)從 ③ 腳輸出。18。頻率與磁性物含量的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)圖3從圖中可以看出管道中沒(méi)有磁性物時(shí)振蕩頻率高，含有磁性物時(shí)，振蕩頻率隨著磁性物的濃度增大而降 低。18 節(jié)能控制電路圖 釩鈦磁鐵礦脫磁器的硬件設(shè)計(jì) 27 0頻 率 f ( H z )磁性物濃度g/L3 8 03 9 04 0 04 1 04 2 01 4 0 0 1 6 0 0 1 8 0 0 2 0 0 0 2 2 0 0 2 4 0 0 2 6 0 0 2 8 0 0 圖 3