【正文】 控制時，需要有輔助關(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。電力電子器件未來的發(fā)展方向是高耐壓、大電流、高頻、低損耗、易驅(qū)動的器件，并且電力電子器件的模塊化、集成化和智能化也成為未來發(fā)展趨勢。 在電力電子技術(shù)出現(xiàn)以前交流調(diào)壓常用變壓器，變壓器工作原理就是電磁感應(yīng)。原邊繞組與副邊繞組匝數(shù)不等所以能夠改變電壓。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，但是有滑動觸點維護(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。 電力電子變流技術(shù)是利用電力電子器件組成的電路來改變電能形式的一項技術(shù)，交流調(diào)壓屬于電力電子技術(shù)的一個分支，電力電子技術(shù)的發(fā)展盡管只有幾 十年的歷史，但發(fā)展速度卻非?？欤娏?、電子及控制于一身，是其顯示出強(qiáng)大的生命力，尤其對工業(yè)技術(shù)革新起到了巨大的推動作用，磁粉檢測技術(shù)的發(fā)展正是這一受益者。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用。 可控硅調(diào)壓在磁粉檢測中的應(yīng)用 磁粉檢測的基礎(chǔ)是缺陷處漏磁場與磁粉間的相互作用。磁粉檢測設(shè)備是產(chǎn)生磁場、對工件實施磁化并完成檢 測工作的專用裝置，是磁粉檢測中不可缺少的。 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。 基于電力電子技術(shù)的可控硅調(diào)壓主要運用在磁粉檢測的磁化電源裝置。 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 本課題主 要研究內(nèi)容 本文通過對磁粉檢測充退磁控制的研究，以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)，運用可控硅調(diào)壓原理設(shè)計出交流調(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)。再通過降壓變壓器將調(diào)壓后的電能變成可作為磁化電源的低電壓大電流對工件進(jìn)行磁化。為企業(yè)廣泛運用磁粉檢測提供了可靠而有效的技術(shù)保證，具有廣泛的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)把沒有磁性的鐵磁性材料及其制品直接通電或置于外加磁場中時，其磁感應(yīng)強(qiáng)度將明顯地增大，產(chǎn)生比原來磁化場大的多的磁場，對外顯示出磁性。根據(jù)電磁感應(yīng)我們知道，電可以產(chǎn)生磁，通過調(diào)節(jié)電流的大小，就可以調(diào)節(jié)其產(chǎn)生磁場的強(qiáng)度，得到可調(diào)的磁場。所以對磁化電源的調(diào)節(jié)對磁粉檢測來說非常重要。 對磁化強(qiáng)度的調(diào)節(jié)就通過調(diào)節(jié)通入電流的大小來實現(xiàn)，這就是對磁化電源的調(diào)制。這里先對主電路部分進(jìn)行設(shè)計，主電路 其實是一個低電壓大電流產(chǎn)生裝置，工作原理是 ：利用半導(dǎo)體器件 的通斷 先對工頻的交流輸入進(jìn)行調(diào)壓， 通過控制半導(dǎo)體器件的通斷來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， 實現(xiàn)對工件的周向磁化， 也可以通過線圈實現(xiàn)對工件的縱向磁化。本設(shè)計采用交流磁化電源，故 可以省略掉 整流部分。 圖 21 磁化電源主電路工作框圖 調(diào)壓 降壓整流交流輸出直流輸出交流輸入 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 磁化電流 在磁粉檢測中是用電流來產(chǎn)生磁場的，常用不同的電流對工件進(jìn)行磁化。由于不同電流隨時間變化的特性不同，在磁化時所表現(xiàn)出來的性質(zhì)也不一樣，常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。 交流電具有大小和方向的周期變化，在磁場特性上也是隨時間作有規(guī)律變化。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。這種變化能夠攪動磁粉，有助于磁粉的遷移，提高檢測的靈敏度。 ③ 、交流電具有趨膚效應(yīng)，即交流電通過導(dǎo)體時，導(dǎo)體橫截面上各處的電流密度（單位面積中通過的電流）不相同。這是由于導(dǎo)體在變化著的磁場里因電磁感應(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。由于交流電的趨膚效應(yīng)使得工件表面附近的磁場較為顯著，可以提高工件表面缺陷檢查的靈敏度。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。而交流降壓衰減退磁是將通電磁化時的電流由幅值逐漸降到零。而直流電由于是單一方向，所以衰減退磁時要加入換向裝置，使直流電不斷換向，電流值逐漸減小，相當(dāng)于一個衰減的方波電流，才能達(dá)到退磁目的。 交流磁化電流同樣也有缺點： 交流電方向變化時大小也發(fā)生變化，因此存在著剩磁不穩(wěn)定的現(xiàn)象。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。 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磁化電源設(shè)計的主要環(huán)節(jié)。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，但是有滑動觸點維護(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。以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的交流調(diào)壓電路離不開電力電子器件，在交流調(diào)壓中，電力電子器件組成交流無觸點開關(guān)，能控制交流電路的通斷，利用電力電子器件的可控性對交流電進(jìn)行控制，交流無觸點開關(guān)也稱固體開關(guān)?？煽毓璧奶攸c是可以用小功率信號控制高電壓大電流?？煽毓?內(nèi)部 的四層 PNPN半導(dǎo)體形成三個 PN 結(jié)，在門極開路無控制信號時，給可控硅加正向電壓，由于中間PN 結(jié)反偏，不會有正向電流通過；給可控硅加反向電壓，另兩個 PN 結(jié)反偏，也不會有反向電流通過，因此在門極無控制信號時，無論給可控硅加正向電壓或反向電壓，可控硅都不會導(dǎo)通而處于關(guān)斷狀態(tài)。故門極觸 發(fā)脈沖是對可控硅 的導(dǎo)通 進(jìn)行控制的 。 如果外電路向門極注入電流 GI ， 也就是驅(qū)動電流，則 GI 流入晶體管 2V 的基極，即產(chǎn)生集電極電流 2CI ， 它構(gòu)成晶體管 1V 的基極電流，放大 成集電極電流 1CI ，又進(jìn)一步增大 2V 圖 22 可控硅工作原理 E GSGI GV 1I AI C 1AV 2I C 2KI KE AR 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的基極電流，如此形成強(qiáng)烈的正反饋，最后 1V 和 2V 進(jìn)入完全飽和狀態(tài)，即可控硅導(dǎo)通。而若要使可控硅關(guān)斷必須去掉陽極所加的正向電壓，或者給陽極施加反向電壓，或者設(shè)法使流過可控硅 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。也正是由于通過其門極只能控制其開通，不能控制其關(guān)斷，可控硅才被稱為半控型器件。由式（ 21） —式（ 24）可得 （式 25） 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)射極電流建立起來之后，? 迅速增大。由上式可看出，此時流過可控硅的漏電流只是稍大于兩個晶體管漏電流之和。當(dāng)然，由于外電路負(fù)載的限制，AI 實際上會維持有限值。這些情況下除了光觸發(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)用于實踐。 門極觸發(fā)電流是從門極流入可控硅，從陰極流出的。門極觸發(fā)電流也往往是通過觸發(fā)電路在門極和陰極之間施加觸發(fā)電壓而產(chǎn)生的。 2 當(dāng)可控硅承受正向電壓時，僅在門極有觸發(fā)電流情況下可控硅才能導(dǎo)通。 4 若要是已導(dǎo)通的可控硅關(guān)斷，只能利用外加電壓和外電路的作用使流過可控硅的電流降到接近于零的某一數(shù)值以下。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)合來實現(xiàn)交流調(diào)壓，電壓的調(diào)節(jié)歸根到底是通過控制功率器件來實現(xiàn)的。 移相控制的交流調(diào)壓電路 原理圖如圖 23 所示。在磁粉探傷的 圖 23 移相控制的交流調(diào)壓電路原理圖 磁化過程中，縱向磁化主要是通 過給大型磁軛線圈通電產(chǎn)生的磁場對工件磁化，所以負(fù)載一般為感性負(fù)載，電感較大而電阻較??；周向磁化主要是直接給工件通電產(chǎn)生磁場，所以負(fù)載一般為阻性負(fù)載，電阻較大而電感較小。 對于阻性負(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 調(diào)節(jié) 輸出電壓 的大小 。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 1? 和 VT2 的觸發(fā)脈沖相位角 2? 互差 180176。 uVT 1VT 2u 0 安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 共 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 設(shè)輸入電壓為（見式 21）： s i n 2 s i nmu U t U t???? （ 式 26） 在 輸入電壓 0u? 時， 可控硅 VT1 和 VT2 的端電壓分別為 1 0VTuu?? ，2 0VTuu?? ? ， VT1 具備觸發(fā)導(dǎo)通的條件。當(dāng) 0u? 時， 可控硅 VT1 和 VT2 的端電壓 1 0VTuu??， 2 0VTuu?? ? ， VT2 具備觸發(fā)導(dǎo)通的條件。 當(dāng) 2t??? 時，負(fù)載電流下降 為零， VT2 自然關(guān)斷。通 過分析可以得到阻性負(fù)載交 流調(diào)壓電路波形 ，波形如圖 24 所示。 0?? 時，相當(dāng)于可控硅一直接通，輸出電壓為最大值， oUU? 。直到 ??? 時，0oU? 。此外， 0?? 時，功率因數(shù) 1?? ，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。而降壓變壓器正好能滿足這一需要，降壓變壓器原理是根據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(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)過降壓變壓器到二次側(cè)就會變?yōu)榈碗妷海妷罕戎蹈€圈匝數(shù)比成正比關(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：變壓器分級抽頭轉(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。本設(shè)計采用第二種 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，便能改變降壓變壓器 的一次電壓，從而獲得可調(diào) 圖 25 降壓變壓器與可控硅調(diào)壓電路連接圖 的低壓大電流。調(diào)節(jié)方式的電路原理圖見圖 25. 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，對提高生產(chǎn)效率和降低成本等都有顯著效果，但它也具有過載和抗干擾能力差，且在控制大電感負(fù)載時會干擾電網(wǎng)和自干擾等缺點，尤 其是過電壓過電流問題在設(shè)計中一定