1 引言

隨著電機(jī)、家用電子、計(jì)算機(jī)、通信等技術(shù)日新月異的更新和發(fā)展，永磁材料需要量越來越大性能越來越高。目前，永磁材料大多采用釹鐵硼、鐵氧體、鋁鎳鈷、釤鈷等，并具有矯頑力大、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，這些材料經(jīng)充磁電源的高壓大電流向螺線管瞬間脈沖放電，使其磁化。生產(chǎn)中要求充磁電源高效、穩(wěn)定、精度高，同時(shí)，在機(jī)測(cè)試充磁后永磁材料的磁通量。文中介紹了的充磁和測(cè)量為一體高效自動(dòng)充磁機(jī)，使用plc實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制，觸摸屏作為參數(shù)調(diào)整、工作顯示等。

2 電磁交換

充磁機(jī)根據(jù)電容儲(chǔ)能脈沖放電產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)，對(duì)鐵磁性物質(zhì)進(jìn)行磁化。在電磁交換前，電容儲(chǔ)存的能量
     (1)

式中uc為儲(chǔ)存電容的端電壓，c為儲(chǔ)存電容的容量。改變電容的電壓或容量，可調(diào)節(jié)電容存儲(chǔ)電場(chǎng)能量大小。目前，電容在2kv～3.5kvdc，存儲(chǔ)能量可達(dá)100kj以上。

電容c被充電至設(shè)定電壓u0時(shí)斷開充電電源，隨即接通lr串聯(lián)電路，則電容c所儲(chǔ)電荷通過lr迅速地以脈沖形式放電，得到極大的脈沖電流峰值。電容放電的端電壓uc滿足 
     (2)

其放電電流
     (3)

式中l(wèi)為充磁頭中螺線管的電感量，r為螺線管、放電回路連接導(dǎo)線電阻、接觸電阻及放電器件內(nèi)阻的總和(忽略線路分布電容與分布電感)。

對(duì)脈沖充磁，充磁頭常選用
     (4)

即欠阻尼情況下，電容放電電流，使脈沖磁場(chǎng)峰值達(dá)到磁化線圈內(nèi)被充磁材料內(nèi)矯頑力的3～5倍時(shí)進(jìn)行可飽和磁化。

磁通強(qiáng)度檢測(cè)有磁電式磁通、電子式磁通和數(shù)字積分式磁通三種。圖1為電子式磁通電路，有探測(cè)線圈和積分電路組成。當(dāng)探測(cè)線圈中所鏈合的磁通變化δφ時(shí)，線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)積分后的輸出電壓
     (5)

 式中n為探測(cè)線圈的匝數(shù)，r為電阻，c為積分電容。  

圖1  電子式磁通檢測(cè)電路      

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)      
                                                 
圖2為充磁機(jī)系統(tǒng)示意圖。電路是由可調(diào)直流高壓電源、放電開關(guān)電路、plc控制器、觸摸屏、磁通檢測(cè)和充磁頭等電路組成。控制要求：

① 調(diào)節(jié)可控硅控制角度來調(diào)節(jié)充磁電流；
② 自動(dòng)檢測(cè)充磁產(chǎn)品磁通強(qiáng)度；
③ 人機(jī)對(duì)話，即設(shè)定參數(shù)和顯示運(yùn)行狀態(tài)；
④ plc現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算；
⑤ 功率元件的過流和過壓保護(hù)；
⑥ 具有輸入短路保護(hù)，操作安全。    

 
圖2  系統(tǒng)總體框圖     

3.1 充磁電路

充磁電路有主電路和觸發(fā)電路。充磁機(jī)的電路圖如圖3所示。主電路主要由交流調(diào)壓升壓、整流儲(chǔ)能和放電等電路組成。通過調(diào)節(jié)雙向可控硅vt1和tv2的移相角(或?qū)ń?來調(diào)節(jié)升壓變壓器t的輸入電壓，然后通過橋式整流電路得到脈動(dòng)的直流電壓，將電能儲(chǔ)存在電容組cl中。當(dāng)可控硅vt7導(dǎo)通，其瞬間向充磁頭產(chǎn)生強(qiáng)脈沖電流放電，對(duì)材料進(jìn)行快速充磁。在雙向可控硅同步相控觸發(fā)電路中，模擬量模塊fx0n-3a的輸出端電壓vout控制導(dǎo)通角，以調(diào)節(jié)存能電容上端電壓。

圖3 充磁電路圖

3.2 系統(tǒng)控制電路

圖4為系統(tǒng)控制電路，選三菱fx1n-24mr為系統(tǒng)主控器，模擬量fx0n-3a有二個(gè)輸入和一個(gè)輸出，其中輸入檢測(cè)電流信號(hào)和磁通信號(hào)，輸出控制雙向可控硅的導(dǎo)通角。


圖4 系統(tǒng)控制電路 



圖5 程序框圖      

3.3 控制程序設(shè)計(jì)

控制程序有手動(dòng)與自動(dòng)。手動(dòng)控制程序用于電容切換和電容充電檢查、充磁檢查等調(diào)試和維護(hù)。

自動(dòng)控制程序包含有順序控制程序，電容分級(jí)充電子程序，磁性檢測(cè)子程序，hmi接口程序，關(guān)門和充磁頭連接、過壓過流等。由于整個(gè)工作按流水動(dòng)作，所以采用順序控制將這些工作的子程序串聯(lián)在一起，這樣對(duì)編寫程序較為簡(jiǎn)便，并用stl指令易讀。

電容分級(jí)充電子程序就是考慮到電容在零狀態(tài)充電時(shí)可能有很大的沖擊電流，會(huì)損壞橋式整流電路和雙向可控桂。存儲(chǔ)電能電容分二級(jí)充電，開始接上限流電阻r1，過后用km2的觸點(diǎn)短接，進(jìn)行全壓充電。

充磁后的工件被氣閥頂?shù)綑z測(cè)磁通的線圈前，應(yīng)先對(duì)圖1中積分電容短接放電(檢測(cè)清零)，隨后磁性工件插入線圈中，就能檢查到產(chǎn)品的磁通量，從而鑒別本批產(chǎn)品性能要求，同時(shí)，可穩(wěn)定雙向可控硅的導(dǎo)通角，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

觸摸屏選用三菱f940got，設(shè)定參數(shù)和顯示運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)定充磁極數(shù)、充磁電流，顯示磁通量和工作狀態(tài)等。hmi接口程序是實(shí)現(xiàn)觸摸屏與plc之間的組態(tài)。

4 結(jié)束語

充磁機(jī)存儲(chǔ)電容脈沖放電，最大瞬間放電電流可達(dá)到30ka以上，在10ms時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生極高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊影響。配合合適的充磁線圈，在瞬間產(chǎn)生30000 oe(奧斯特)以上的磁場(chǎng)，針對(duì)釹鐵硼等高矯頑力磁體，充磁效果更好。充磁和磁通檢測(cè)為一體適合流水線作業(yè)，具有高效、可靠、抗干擾的特點(diǎn)，但是，減少電力電子器件在通斷時(shí)對(duì)周圍影響待于進(jìn)一步研究。