充磁机控制系统电参数的确定与功能测试.pdf

甘 肃 冶 金 2 0 0 0年 1 2 月 第 4期 充磁 机 控 制 系统 电参 数 的确 定与功 徐 春 阳 酒泉钢铁公司 百雨 看峪关 7 3 5 1 0 0 摘要对 充 磁 机 控 制 系统 的 储 能 元 件 进 行 了 动 态 分 析 井 计 算 出 了 介绍 了功 能测 试和运行 结果 关键词控 制 系统动态分 析电参数 J 胄 设备 设备的电参数 最暗 赫 机 1 5 I 盲 在冶金选 矿生产 工艺 中 强磁 选机 和脱水槽 使用人 造磁铁 块进行 有磁性 矿 物与无 磁性矿 物 的 分 选 在 生 产 过 程 中 人 造 磁 铁 的 磁场 强 度 在逐 步 衰 减 因 此 一 段 时 间后 就 必须 用 充 磁 机 对 磁铁充 磁 使磁 场强度达 到生产要 求 的 1 5 0 0奥斯特 本文介绍一 种充磁 机控制 系统 较好地 解决 了人造磁铁 充 磁的问题 并 对其 充放 电 电路进 行 了动态分析 和 电参数 的确定 及 实际功 能 测 试 2控 制 系统 的 原 理 及 主 要 元 件 选 择 2 1 工 作 原 理 图 l为 充磁机控 制 系统 电路 图 它主 要 由交 流供 电 桥式整 流 充 电 放 电充 磁 四部 分组 成 充 磁 机 的工 作 分 充 放 电 两 个 过程 充电过程 t 控制调 压器使 交流 电压 由 0 V逐 步升至 1 7 0 V 观察 电压 表 V 由升 压 桥式 整流 电路输 出直流 电压给触 发 电容 器 c 和大 电容组 C 充 电 最终要求 充电 电压 达到 3 6 0 V 放 电过程 是 c 通 过 Rt 放电触 发 2 Z G 使 可控硅导通 同时 触发 引燃 管导 通使 C 与电感 形成 闭合 回路 大 电容组 向 电感 瞬问 放电实现充 磁 2 2主 要 元 件 选择 1 电压给定 选用 B T 一 2 0 5型 自耦 调压 器 输人 交流 电压 2 0 0 V 输 出交 流 电压 0 2 5 0 V 2 采用升压 的方法 扩展 桥式 整流 输人 电压 的范 围 选 用 2 k VA 的变压 器 输 人 0 2 5 0 V A C 输 出 0 3 8 0 V AC 3 采用桥 式整流 电路作 为直流 输 出向电容器充 电 选 用 4只 2 c z 一 5 0 4 5 0 V 5 0 A 的整 流二极 管构成桥 整 输 入 0 3 8 0 V AC 输 出 0 4 4 0 V DC 4 采用 c 为储 能元件构 成小 电流可控元 件 2 Z G 控制大 电流可控元件 Y 的触发电路 收稿 日期 2 0 0 0 0 4 o 5 4 4 维普资讯 电压 给 定 皿 空 电压 检 变 E升压 桥 式 整 城及 充电 电 流检 测 触 发 电 窖 c 充 赦 电 大 电 窖蛆 充 电 盐 电 充 电直 砬 电 压幢 测 图 1充 磁 机 控 制 系统 原 理 圈 T B白耦变压器 B电压升压器 1 Z G单相桥式整流 C 艇发 电容 2 Z G 一可控 硅 Rl 偏置电阻 Y 一 引姑 管 L 一 充 碰 线 罔 c 太 电 容组 V 给 定 交 流 电 压 观察 表 A一充 电 电 流 观 察 袁 v2 克 电直 流 电压 观 察表 KYj KYz 一 充 放 电进 择开 芙 R R一手 动放 电 电阻 实现C z 向电感放电充磁目的 选C 为 3 0 4 5 0 V 可控硅为 3 c T 5 o 8 0 0 v 引燃管Y 一 l o o O 6 Rl 在 3 2节计算选 出 Cz由 1 2 5只 CDm 4 7 0 4 5 0 V 和 4 0只 CDM L l 0 00 4 5 0 V 的电容器 并联 构成总 电容量为 9 8 7 5 0 4 5 0 V 的电容组 充 磁 线 圈 的 电感 在 第 4 1 节 计算 选出 45 维普资讯 3放 电 过 程 的 动 态 分 析 3 1 C 放 电过程 的动态分 析 大 电容 组 向电感 放 电的等效 电路 如 图 2所 示 电 路 电 压 方 程 为 LC 一 其 特征 根为 P l 一 一 R 蕊 1 式 中 R是 引燃管 导 通 的 电阻 R 和 电感 电阻 R 之 和 R 可从 引燃 管 的基 本 数据 计 算 出 即在 极限 传 输 功 率 1 2 0 0 k VA 下 最 大 平 均 电 流 7 5 6 A 管 压 降 3 0 V 得 到 尺 一 一 o 4 n 由 于 足 m 很 小 故 R R 很 小 电容 通 过 电感 电 阻 放 电 囤 2电容 C 放 电等 效 电路 它 的电场能大 部分转 变为磁场 能贮 于电感 中 小部 分 消 耗 在电 阻 形 成 非 振荡的 临界 阻 尼 放电 过 程 因 此电 阻 应 符 合 尺 一 2 毒 3 特征 根 为 c P 一 P 一 一 一 一8 4 电 容 电 压 为 U 一u 0 1 a t e 5 电 感 电 流为 i 0 一 U O 占 6 由 6 式知在 一去时 c 放电电流最大值为 U 0 占 C e 7 式 中 d是电路 的固有 频率 0 是 取 电容器耐压 的 8 0 作 为充电 电压 的工作 值 即 0 一 0 8 V r O 8 4 5 0 3 6 0 V 将 电容 C 2 0 0 9 8 7 5 F 电感 L 0 0 1 2 8H 代人式 3 7 求得 R 0 7 2 n 8 2 8 在 一去一o 0 3 5 7 s 时最大放电电流为 I 一一3 6 6 A 在工程上取 一3 f 时认 为放 电结束 因此 在 f 一0 1 0 7 l s时 引燃 管关断 此时 c 的电压 为 z 一 O 1 甜 e 一 一 7 2 V C 的 电压 应 通 过 图 1的 尺 R 手 动 放 电 3 2触 发 电容 放 电 过 程 的 动 态 分 析 C 放 电 过 程 从 图 1而 知 先 触 发 2 Z G 使 2 Z G 导通 再 触 发 Y 二 个 环 节 引 燃 管 在 电 路 中 所 起作用相 当于可控硅 因此它们 的等效 电路见 图 3 从 图 3可 知 在 2 Z G Y 的 阳 极 与 阴 极 间 加 正 向 电 压 控 制 极 与 阴 极 问 加 正 向 电压 因 此 2 Z G Y 都 有一定 的正 向漏 电流 在 触 发 2 Z G 时 可 以 形 成 电流 回路 是 c R 一2 z G 的 动 态 电阻 尺 4 6 围 3 C 放 电触 发示 意 围 C 维普资讯 2 0 n Y 的动态 电阻 2 0 n C 则 电路 电压方程 为 RC U 1 0 8 0 得 c 电 容 电压 为 Uc c o e 9 电 路 电 流 为 U c 一 0 一 c 1 电 路 电 流 为 J f 一 c 1 0 U 0 在 t 0 时2 Z G的控制极电流为 I 0 L 1 1 式 中 R C 为时 间常 数用 r表示 是 耐压 8 O 作为 充 电电压 工作值 即 0 一3 6 0 V 电路中 I 燃管 性能要 求 引燃极 动态 电阻在 2 0 n以上时 引燃 电压不 小于 2 o 0 V I 燃 极动 态 电阻在 1 0 n以下 时 引燃 电流不小 于 3 0 A 引燃 电路提供 的脉 冲宽 度约 为 5 0 0 s 要 符 合引燃管性 能要求 可 控硅 导通后额定 正 向乎 均电流为 5 0A 的元件 即 2 Z G 选 3 CT5 0 而 3 C T5 0的基本参 数 控 制极 触 发电流 小于 1 0 0 mA 控制 扳最大 电流 为 1 5 0 mA 因此 控制 扳所 配偏 置 电阻 尺 由式 1 1 先算 出 回路 的总 电阻 即 R U c 0 36 0 O 1 0 0 1 0 一 一 3 6 1 0 n 由 于 尺 包 括 R 2 Z G 的 动 态 电阻 2 O n Y 的 动 态 电 阻 2 O n 即 R R 4 0 可求 得 R R 一 4 0 3 5 6 x1 0 n 选标 准 电阻 R 3 3 1 0 n 这时 2 Z G控制 扳 电流 为 一 警 一 一 1 o 8 m A 符 合 可 控 硅 3C T 3 5 0 的 基 本 参 数 将 C 3 1 0 F R 3 3 4 1 0 n代 入放 电时间常数 r R C 式 中 得 到触 发 2 Z G时放 电 时间 常数 为 r 0 1 o o 2 保证 了可控硅触 发脉 冲宽度 在 t 0 1 0 0 2 时 c 用 于 触 发 引燃 管 的 电 压 为 0 1 0 0 2 3 6 0 3 6 0 e 2 2 8 V 此 电压值 大于 引燃 管 的引燃 电压 2 0 0 V 保证 了 燃 管可靠触 发导通 触 发 引燃 管 时 C 放 电 时 间 常 数 为 C 式 中 尺 包 括 2 Z G 的 动 态 电 阻 2 0 n Y 的 动 态 电 阻 2 0 n 即 R 4 0 n 将 C 一3 1 0 F R2 4 0 n 代 入 R2 C 得 一 0 0 0 1 2 s 此 时 大于 Y 脉 冲宽 度 5 0 0 p s的要求 因此 C 总放 电时间 常数 为 r r l 一 0 1 0 1 4 4充磁 线 圈 电参 数 的 确 定 4 1 线 圈 电 感 的计 算 线 圈采 用 1 6 mm 的 多股 铜线 多 层 密 绕 螺 线 管 绕 制 N一4 8匝 螺 线 管 内 半径 R 0 1 7 3 m 外 半径 R 一0 1 9 6 m 螺 线 管长 l 一0 1 m 其产 生的磁感应 强度 由下式 确定 式 中 j R2 一只 R2 喜 丁 c R R 专 J N 称为等 效匝 数用 N 表 示 47 维普资讯 J J是相 当于把 电流看成 连续分布 时的 电流密度 相 当于 电流为 的一个 圆形 电流 由公 式 一B S 一 I N l 推 导得 出电感计算式 为 厂 一 R R 寺l 式 中 为 真空的导 磁系数 其值 为 一4 n 1 0 H m 为修 正值 O 4 l l 9 在 2 t 3 4 6确定的修正值 将螺线 管绕制 的数据代 人式 1 3 中求得 电感 为 一0 O 1 2 8 H 4 2磁 场 强 度 的 计 算 由安 培环路定 律 HI N 确 定 磁场 强 度 H 将 3 1节 计 算 出最 大放 电电 流 J 一3 6 6 A 绕制数 据 一4 8 i 0 1 m 代人 确定 磁场 强度为 H一半 J 一 3 6 6 一 7 5 6 8 0 A m 一2 2 0 7 0 由于螺线管 有漏磁 计 算 的磁场 强度 为 2 9 0 7 T 大于生产 要求 的磁场 强 度 1 5 0 0 T 满足 了 生 产 要 求 4 3线 圈电阻计算 螺 线 管 的 平 均 半 径五一 一 0 1 8 4 5 m 绕 制 线 圈 所 用 线 的 长 度 A一 2 n R 一 5 6 m 绕 制 采 用 1 6 mm 的 多殷 铜 线 电 阻公 式 R P f t 1 4 式 中 P导体 的电阻率 P 一0 0 1 7 2 f t mm m 将数据 代人式 H 中得 R一0 0 6 0 2 f t 5控 制 系 统 的 功 能 测 试 5 1充 电测 试 实 测得给定交 流 电压 充 电直流 电压值见表 1 表 1 系统 的给 定 交 流 电压 充电直 流 电压对 应 值 给 定交 流 电压 V 观 察 电压 表 V 0 5 0 7 0 l O O 1 2 o 1 4 o 1 5 0 1 6 o 1 8 o 2 0 0 充 电直 流 电压 V 观 察 电压表 V 0 1 3 o 1 5 o 9 0 0 2 6 0 3 0 0 3 2 0 3 5 0 4 0 0 4 4 0 由表 I知充 电测试 在交 流给定达到 2 0 0 V 时 充 电直 流 电压达到 4 4 0 V 实际充 电操作值 取 电容 器耐压值 4 5 0V 的 8 O 为充 电电压 的工作值 即 V 3 6 0V 充 电 电流观 察 电流 表 A 电 流控 制在 2 A 以 内 实 测结果 系统 满足 电容 c c 的充电要 求 5 2放 电及磁 场 强度 的测试 在 电容 C c 充 电电压稳定 在 3 6 0 V 充 电电流稳 定在 0 5 A 时 执行 放 电操 作 在 直流 放 电回路 中用直 流钳表 0 5 0 0 A 测放 电 电流 在充磁线圈 中放人尺寸 为 8 5 mm 6 5 mm 1 5 mm 的人造 磁铁 用 C T一 5型高斯机 测充 完磁 的人 造磁铁 用 电桥测量充磁 线圈 的电阻 测得 4 8 维普资讯 充磁机 系统 的实际值见 表 2 袁 2充磁 机 系 统 实涮 值 把 第 3 4节 计算得 到的理论 值归列 表 3 表 3充磁 机 系统 理 论计 算 值 线 圈 线 圈 大 电窖 C 最 大 电 容 c 触 发 偏