和川直流控制器在磁材壓機(jī)充退磁 充退磁直流控制器應(yīng)用方案

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。目前國內(nèi)主要的磁性材料成型設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模一般都不大，其質(zhì)量水平和數(shù)量也都無法滿足當(dāng)前永磁材料行業(yè)的發(fā)展需求。因此發(fā)展高性能的永磁材料新型設(shè)備是當(dāng)前市場(chǎng)的一個(gè)發(fā)展方向。本方案主要針對(duì)成型濕壓機(jī)的改造分析。

2  原控制系統(tǒng)原理

    老式磁材壓機(jī)充退磁系統(tǒng)的工作原理是：先將輸入的三相交流電通過三相全控橋整流電路整流為可控的直流電壓，然后控制充磁線圈電流大小，在線圈內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)使置于線圈中的硬磁材料磁化。其中晶閘管的觸發(fā)脈沖由晶閘管控制器給定，PLC輸出0～5V來控制晶閘管觸發(fā)脈沖的控制角，從而使得輸出直流電壓可變。

       系統(tǒng)框圖如下： 

3  原控制系統(tǒng)要求     
      ① 調(diào)節(jié)可控硅控制角度來調(diào)節(jié)充磁電流；
      ② 人機(jī)對(duì)話，即設(shè)定參數(shù)和顯示運(yùn)行狀態(tài)；
      ③ plc現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的控制和運(yùn)算；
      ④ 功率元件的過流和過壓保護(hù)；
      ⑤ 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。充磁機(jī)的電路圖如上圖所示。主電路主要由輸入變壓器、三相全控橋可控硅和線圈組成。通過調(diào)節(jié)可控硅移相角(或?qū)ń?來調(diào)節(jié)輸出的直流電壓，當(dāng)可控硅導(dǎo)通，其瞬間向充磁頭產(chǎn)生電流放電，對(duì)材料進(jìn)行快速充磁。在可控硅觸發(fā)電路中，PLC模擬量模塊的輸出端電壓來控制其導(dǎo)通角。 

4  磁材壓機(jī)的工作流程

5  和川直流控制器在磁材壓機(jī)充退磁系統(tǒng)上的應(yīng)用 

    充退磁是磁性材料成型的一道工序，一般磁性材料成型的工藝分為球磨、配料、制粉、攪拌、壓型、燒結(jié)回火、磁性檢測(cè)、磨加工、銷切加工、電鍍、成品，其中壓型是用液壓機(jī)械壓制而成，在壓制的過程中需要對(duì)材料進(jìn)行充退磁處理。

    和川直流控制器在磁材壓機(jī)充退磁系統(tǒng)上的應(yīng)用，主要是用來取代磁材壓機(jī)中的可控硅對(duì)線圈進(jìn)行充磁和退磁的控制方式?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。但可控硅控制系統(tǒng)保護(hù)功能差，產(chǎn)生的諧波非常大，諧波電流跟著大，所以線圈發(fā)熱增加造成退磁效果受到影響。而且充磁和退磁電流上升周期長，電流波動(dòng)大，容易造成磁場(chǎng)不穩(wěn)定。用了直流控制器后在這些方面會(huì)有所改善。

具體優(yōu)勢(shì)如下：

    ①充退磁效果更好，電流的上升時(shí)間縮短，電流瞬間上升到給定的電流，生產(chǎn)周期縮短，同時(shí)諧波比可控硅減少，諧波電流少和工作時(shí)間縮短，線圈發(fā)熱明顯減小；同時(shí)輸出電流穩(wěn)定度高，波動(dòng)在0.1A以內(nèi)，可控硅在1A左右；在充退磁過程中電流與電壓的比值恒定。改造后退磁效果非常好而且穩(wěn)定。

    ②節(jié)能，線圈的功耗比用可控硅要低很多，因?yàn)槲覀兊拇艌?chǎng)穩(wěn)定在充退磁的過程中只要給定的磁場(chǎng)就行，不需要往上面多預(yù)留波動(dòng)磁場(chǎng)。所以充退磁電流和電壓比用可控硅要低、時(shí)間縮短，具體情況見下表的數(shù)據(jù)對(duì)比分析。一般節(jié)電率30%-40%。

    ③提高生產(chǎn)工藝，做出來的產(chǎn)品磁場(chǎng)均勻，磁材磁性合格率更高。

    ④提高生產(chǎn)效率，由于充退磁時(shí)間的縮短，周期縮短，在一定時(shí)間內(nèi)做出的產(chǎn)品更多

    ⑤可靠性比可控硅高，有過流、過壓、過載保護(hù)功能。可控硅在充退磁切換的時(shí)候，容易產(chǎn)生很大的沖擊電流，可控硅容易燒毀。而用直流控制器后，沖擊電流會(huì)減小，有很強(qiáng)的過流過壓保護(hù)功能。

    ⑥調(diào)節(jié)安裝更方便，原有的可控硅控制系統(tǒng)走線布局很麻煩，現(xiàn)用直流控制器系統(tǒng)集成化，省掉原有的可控硅、變壓器、觸發(fā)板、電流表、電壓表，排列更整潔?？梢栽诿姘迳现苯诱{(diào)電流。

    原先的控制系統(tǒng)是采用PLC與可控硅控制的，PLC輸出模擬量來改變可控硅的直流輸出電壓，進(jìn)而控制充磁線圈的電壓，充磁時(shí)一般是110V電壓，充磁15S左右，退磁時(shí)一般是80V電壓，退磁2S左右。通過改變電壓來達(dá)到改變充磁電流的效果，直流控制器在充退磁系統(tǒng)中的原理是，通過對(duì)三相交流電進(jìn)行整流，整流為540V左右的直流電，然后通過調(diào)節(jié)IGBT的占空比，使輸出電流穩(wěn)定在設(shè)定的電流。設(shè)定電流的給定源可以為鍵盤與通信給定，還可以用外部模擬量給定。現(xiàn)場(chǎng)改造中，我們用PLC與直流控制器的通訊，直接改變輸出電流，利用VW端子輸出直流電流來控制線圈的充退磁，充磁時(shí)間能縮短到4秒左右，減少了設(shè)備的工藝時(shí)間，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，我們直流控制器完達(dá)到控制要求。直流控制器為37KW，額定電流為75A。

直流控制器輸出數(shù)據(jù)如下：

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試輸出電流、電壓測(cè)試值

    現(xiàn)場(chǎng)觀察，可控硅在輸出電流50A時(shí)，直流電壓110V; 輸出電流100A時(shí)，直流電壓要達(dá)到300V，我們直流控制器在功率消耗上，明顯低于可控硅的，能夠很好的達(dá)到節(jié)能的目的。

    在調(diào)試的過程中直流控制器出現(xiàn)過過壓的故障，這是因?yàn)榫€圈在斷電的一瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的反電勢(shì)，這個(gè)反電勢(shì)反饋到了直流控制器的直流母線，導(dǎo)致母線電壓瞬間增大，直流控制器過壓保護(hù)。為了這個(gè)反電勢(shì)有兩種方法，種是加制動(dòng)單元，這種無疑增加了成本；另一種方法是用兩個(gè)接觸器來控制，在充退磁信號(hào)斷開的時(shí)候，用接觸器斷開線圈與直流控制器的連接，同時(shí)用另外一個(gè)接觸器接通一個(gè)電阻并聯(lián)在線圈上，為反電勢(shì)提供一個(gè)泄放電壓的回路。經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，用第二種方法效果明顯充磁時(shí)線圈斷開反饋過來的電壓只有670V，退磁時(shí)線圈斷開反饋過來的電壓只有580V，直流控制器運(yùn)行正常，過壓問題解決，，但由于直流控制器充磁和退磁動(dòng)作頻繁，所以接觸器頻繁動(dòng)作，噪聲較大，這個(gè)可以根據(jù)客戶的實(shí)際要求進(jìn)行選擇！

    直流控制器的選型根據(jù)充磁機(jī)的充電電流進(jìn)行選型，例如正常充磁電流為30安，可以選用18.5kw或22KW直流控制器。

6  磁材壓機(jī)充退磁系統(tǒng)改造數(shù)據(jù)對(duì)比

    2011年10月17日對(duì)江粉集團(tuán)磁材壓機(jī)的充退磁系統(tǒng)進(jìn)行改造，其磁材壓機(jī)為150噸，原先充退磁系統(tǒng)用的是可控硅控制，改造前后的數(shù)據(jù)如下：

     可見，改造后，線圈消耗的功率少了，工作周期由原來的50S，縮短到了32S，整個(gè)周期縮短了18S。