中頻脫磁器設計 - 全文

引言：

為了解決鐵礦粉經過磁選機后被磁化，彼此之間相互吸引而聚集在一起，形成磁團聚。礦粉進入震動篩后，不容易被篩下的問題，人們經過了大量的研究和試驗，得出結論：讓礦漿經過頻率幾百赫茲以上的衰減的正弦波磁場，即可將鐵粉中的磁性退掉。

目前，許多磁選廠使用了脫磁器，為了便于用戶在實際中對脫磁器維護、維修，本文將從信號波形的角度，詳細介紹脫磁器的控制電路原理和設計過程。
　　
脫磁器原理
當被磁化的鐵粉通過衰減的正弦波磁場時，能夠達到有效的退磁效果。退磁效果與正弦波的頻率有關，當頻率大于800Hz時，退磁效果明顯變好。退磁效果還與磁場強度有關，通常磁場強度大于矯頑磁力的5倍即可。為了達到上述性能指標，目前普遍采用的電路形式如圖1所示，工作原理如下：當可控硅SCR2導通時，電感L1、電容C1構成一個并聯諧振回路，如果初始狀態電容C1兩端有電壓，則震蕩電路會產生衰減的正弦波震蕩，波形如圖2所示。這樣就在線圈內形成了與之同樣的磁場。該正弦波應該從最高的幅度逐漸衰減到0，才能保證更好的脫磁效果。

圖1? 脫磁器原理圖

圖2? 衰減正弦磁場波形
　　
控制單元設計
圖1中的電容、電感決定了震蕩頻率f0，電容容量和回路中的損耗決定了衰減的時間。當電容C1=150μf，電感L1=200μh時，理論的震蕩頻率是914Hz，由于實際電路中存在誤差，實測值約800Hz，衰減的時間超過20ms。

控制原理是：首先通過380V交流電給C1充電，正半周SCR1導通，完成充電過程，負半周SCR1自動截止，C1電壓一直保持到下一個正半周期信號到來。此時開通SCR2，使C1、L1形成回路，產生自由震蕩并完成放電。如此反復循環，即達到了理想的磁場波形。

為此控制單元給SCR1和SCR2施加的控制信號的仿真波形如圖3所示，其中還包含有交流電輸入信號和震蕩輸出信號，從上到下的波形依次為輸入的交流電信號、SCR1的控制信號、SCR2的控制信號、震蕩線圈信號的波形。

圖3? 信號波形

各信號波形的時序：在交流電正半周的過0點觸發SCR1，用于C1的充電；在下個周期正半周的過0點觸發SCR2，用于形成并聯諧振回路。SCR2的觸發信號不能用窄脈沖信號，而是采用電平觸發方式，這樣，當電感電壓超過電容電壓時，盡管SCR2自動截止，但是在下一次電容給電感充電時，控制端滿足導通的條件，SCR2仍然能導通，進行連續充放電。

由于整個震蕩衰減過程需要20ms以上的時間，所以SCR2控制信號的高電平時間應該大于20ms，超過了交流電周期（20ms），因此將SCR2的控制信號導通時間預留2個交流電周期（40ms），這樣就有足夠的時間完成震蕩衰減過程。可見，完成一次對C1充電和震蕩衰減的全過程，總共需要3個周期（60ms）。通常脫磁線圈的長度大于50cm，如果礦漿的流速約1.5～3m/s，則通過脫磁線圈的時間是160～330ms，所以鐵粉能有2～5次被衰減的磁場退磁。

圖4? 控制電路原理

1 硬件電路
控制單元電路由核心器件stc12c4052ad 單片機和外圍器件構成，原理和功能如下。

stc12c4052ad單片機自帶A/D轉換器，具有高速、高可靠性，強抗靜電（過4kV快速脈沖干擾），強抗干擾，寬電壓，不怕電源抖動等特點。它完成同步信號檢測（P3.2口，int0中斷輸入端）、控制信號輸出（P3.4、P3.5）、輸出強度調整（P1.1）和工作狀態指示等功能；整流橋Z1、三端穩壓塊u2等構成穩壓電源，為整個控制電路提供電源；r1、r2、Q2等完成交流同步信號的輸入，其中，r1、C7、r2、C8濾除高頻脈沖的干擾，同步信號輸入到單片機的int0端；整流橋z2、z3、Q3、Q4等構成獨立的電源，分別驅動可控硅SCR1、SCR2；光耦G1、G2將低壓控制電路與高壓驅動電路隔離，既保證了控制芯片和人身安全，同時具有抗干擾作用；三極管Q1及周圍電路，用于上電延時。上電時，C14不能突變，所以Q1處于截止狀態，Q3、Q4都不能導通，在單片機初始化完成后，P3.4、P3.5處于正常狀態時，Q1進入導通狀態，避免了SCR1和SCR2同時導通。