0引言
目前，微特電機(jī)生產(chǎn)需要大量永磁材料，其原始材料取自釹鐵硼、鋁鎳鈷等。它們經(jīng)磁化后，其磁性具有矯頑力大和性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。利用電容脈沖放電作充磁電源可實(shí)現(xiàn)充磁機(jī)高效和穩(wěn)定。但對(duì)多極電機(jī)，其磁場(chǎng)的均勻性即各磁極磁性一致性尤為重要，希望能在充磁中及時(shí)反映和記錄或
調(diào)整產(chǎn)品的磁性強(qiáng)度。研發(fā)和設(shè)計(jì)充磁和測(cè)量為一體的自動(dòng)充磁機(jī)顯得更加迫切。由于PLC編程序簡(jiǎn)單、控制可調(diào)、抗干擾強(qiáng)和與HMI組態(tài)方便等優(yōu)點(diǎn)，本文選用PLC作為充磁機(jī)系統(tǒng)控制器。
1電磁交換原理
充磁機(jī)根據(jù)電容儲(chǔ)能向線(xiàn)圈(即充磁頭)脈沖放電從而產(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：
式中：U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�。耗壳埃娙菰�2～3.5 kV(Dc)，存儲(chǔ)能量可達(dá)lOO kJ以上。
對(duì)于脈沖充磁，充磁頭常選用：
式中：L為充磁頭中螺線(xiàn)管的電感量；R為螺線(xiàn)管、放電回路連接導(dǎo)線(xiàn)電阻、接觸電阻及放電器件內(nèi)阻的總和(忽略線(xiàn)路分布電容與分布電感)。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(xiàn)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(xiàn)圈和積分電路組成。當(dāng)探測(cè)線(xiàn)圈中所鏈合的磁通變化△φ時(shí)，線(xiàn)圈中感
應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)積分后的輸出電壓：
式中：n為探測(cè)線(xiàn)圈的匝數(shù)；R為電阻；c為積分電容：
2硬件設(shè)計(jì)
圖2為充磁機(jī)系統(tǒng)示意圖，
主要由可調(diào)直流高壓電源、放電開(kāi)關(guān)電路、PIC控制器、觸摸屏、磁通檢測(cè)和充磁頭等電路組成．系統(tǒng)控制要求：
(1)調(diào)節(jié)可控硅控制角度來(lái)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(huà)，即設(shè)定參數(shù)和顯示運(yùn)行狀態(tài)；
(4)PLC實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算；
(5)功率元件的過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)；
(6)具有輸入短路保護(hù)，操作安全。
充磁電路有主電路和觸發(fā)電路，如圖3所示。
主電路主要由交流調(diào)壓升壓、整流儲(chǔ)能和放電電路等組成。通過(guò)調(diào)節(jié)雙同可控硅VGl和TG2的移相角(或?qū)ń?來(lái)調(diào)節(jié)升壓變壓器T的輸入電壓，然后通過(guò)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VG3導(dǎo)通，其充
磁頭瞬間產(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FxON 3A的輸出端電壓Vout控制導(dǎo)通角，以調(diào)節(jié)電容上端電壓。系統(tǒng)主控器選用三菱FxlN一24MR，模擬量模塊選用FxON-3 A，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。
3軟件設(shè)計(jì)
控制程序有手動(dòng)和自動(dòng)兩種。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)控制程序包含順序控制程序、電容分級(jí)充電子程序、磁性檢測(cè)子程序、模擬量輸入和輸出接口程序、關(guān)門(mén)和充磁頭冷卻、過(guò)壓過(guò)流等保護(hù)程序。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，這樣編寫(xiě)程序較為簡(jiǎn)便，并用s T L_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硅。存儲(chǔ)電能電容分二級(jí)充電，開(kāi)始接上限流電阻R1，過(guò)后用KM2的觸點(diǎn)短接，進(jìn)
行全壓充電。充磁后的工件如圖4所示
氣閥頂?shù)綑z測(cè)磁通的線(xiàn)圈前，應(yīng)先對(duì)圖l中積分電容短接放電(檢測(cè)清零)，隨后磁眭工件插入線(xiàn)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)，調(diào)節(jié)雙同可控硅的導(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。
4結(jié)語(yǔ)
充磁機(jī)存儲(chǔ)電容脈沖放電，****瞬間放電可達(dá)到30 kA以上，在5 ms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(xiàn)圈，在瞬間產(chǎn)生30 OOO Oe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(xiàn)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?chē)挠绊�，有待于進(jìn)一步研究。
