基于IGBT元件的恒磁场脱磁器设计

唐奇

摘要：设计一种基于IGBT元件的频率可调的恒磁场脱磁器。阐述恒磁场脱磁器的结构与原理，详细介绍逻辑控制、电路、电源控制部分的设计及功能。该脱磁器结构简单、可靠性高、易于维护，可广泛应用于各种需要脱磁的工作现场。

关键词：脱磁器；恒磁场；频率可调；IGBT元件

中图分类号：TD462 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）02-0038-03

隨着我国农业机械化和农机工业的发展，对钢铁原材料的需求不断加大。我国现有矿山供矿能力难以满足铁精矿生产的需要，有时必须利用低品位矿石弥补矿山产能的不足。但低品位矿石中废石及极贫连生体含量较大，直接进入球磨机会大幅降低铁精矿产量，同时也会大幅增加生产成本。因此，普遍采取在破碎阶段实施干式磁滑轮预先抛尾作业的方式，以减少进入球磨机的废石量。但磁滑轮预先抛尾作业后的精矿具有剩磁，为了减少剩磁对球磨后分级作业的影响，必须对抛尾精矿进行有效脱磁。目前，最可行的脱磁工艺是在磨机给矿皮带上安装脱磁线圈，但国内市场上的传统脱磁器在工作中由于现场工况条件不同时常存在磁场不稳定、能耗大等不良现象，急需开发性能优越、工作稳定、节能减耗且能满足多种现场需求的新型脱磁器。为此，本研究设计一种频率可调的、磁场比较恒定的脱磁器。

1 恒磁场脱磁器的结构与原理

本研究设计的频率可调的恒磁场脱磁器采用2个IGBT模块作为开关元件，由CPU板提供两路高低电平互相交替导通的电源给2个开关元件，这样开关元件可实现轮流导通且导通频率可调节。该脱磁器主要由交流电源、断路保护器、变压器、整流桥、开关元件、脱磁线圈、控制变压器、控制电源、补偿系统、CPU板、反馈模块、保护系统、传感器组成。其工作原理是：CPU板接收由传感器传送的电流信号，经反馈模块处理，再经放大、比较及脉宽调制后形成闭环，使输出电流恒定，达到恒磁场的目的；同时，当IGBT出现故障时，输出的故障信号经自锁电路处理后会使输出信号关闭，从而起到保护IGBT的作用。反馈模块接收来自传感器的信号，经自身处理后送到CPU板，作为CPU板的输入信号源。保护系统可保证线圈两端得到稳定的电压，以避免由接线电感引起的高压击穿IGBT。传感器用于采集电路中的电流信号，同时将此信号输送到反馈模块。

2 恒磁场脱磁器的设计

2.1 逻辑控制

恒磁场脱磁器的逻辑控制图如图1所示。交流电源经断路保护器给变压器BT1和控制变压器BT2提供输入交流电源，其中，变压器BT1经整流桥VC1—VC3整流后给IGBT开关元件提供直流电源，控制变压器BT2经控制电源KZDY后给CPU板提供工作电压。CPU板驱动IGBT导通，IGBT开关元件和补偿系统之间接入脱磁线圈XQ，反馈模块HI分别接传感器和CPU板，保护系统和补偿系统相连。

2.2 电路

恒磁场脱磁器的电路示意图如图2所示。IGBT开关元件采用2个IGBT模块作为开关元件。由交流电源经断路保护器QF给变压器BT1初级输入交流电源；次级经整流桥VC1—VC3整流后，正极连接到开关元件IGBT1的集电极C1和电解电容C41的正极上，负极连接到开关元件IGBT2的发射极E2和电解电容C42的负极上。IGBT1的发射极E1和IGBT2的集电极C2穿过传感器后和线圈的一端相连；电解电容C41的负极、电解电容C42的正极接在线圈的另一端；电阻R41两端分别与电解电容C41的正负极相连，电阻R42两端分别与电解电容C42的正负极相连；快恢复二极管D和电阻R并联后一端与无感电容C相连，另一端与电解电容C41的正极相连，无感电容C的另一端与电解电容C42的负极相连；反馈模块HI的输入、输出端分别接在传感器和驱动板的电流端子上。

2.3 控制电源

恒磁场脱磁器的控制电源接线图如图3所示。控制电源由3路电源组成。控制变压器BT2的次级线圈由3个绕组组成，分别为绕组N1，N2，N3。其中：绕组N1对应的交流电压AC1经过整流桥D1整流后，正极接入滤波电解电容C11的正极和三端稳压器WY1的输入端1，负极分别接入滤波电解电容C11的负极、三端稳压器WY1的接地端2和滤波电解电容C12的负极，作为直流电源端GND1；三端稳压器WY1的输出端3接入滤波电解电容C12的正极，作为直流电源的正极V1。即V1，GND1为交流电AC1整流后作为控制电源板的第一路直流电源。同理，绕组N2对应的交流电压AC2经过整流桥D2整流后，正极接入滤波电解电源C21的正极和三端稳压器WY2的输入端1，负极分别接入滤波电解电容C21的负极、三端稳压器WY2的接地端2和滤波电解电容C22的负极，作为直流电源端GND2；三端稳压器WY2的输出端3接入滤波电解电容C22的正极，作为直流电源的正极V2。即V2，GND2为交流电AC2整流后作为控制电源板的第二路直流电源。绕组N3对应的交流电压AC3经过整流桥D3整流后，正极接入滤波电解电容C31的正极和三端稳压器WY3的输入端1，负极分别接入滤波电解电容C31的负极、三端稳压器WY3的接地端2和滤波电解电容C32的负极，作为直流电源端GND3；三端稳压器WY3的输出端3接入滤波电解电容C32的正极，作为直流电源的正极V3。即V3，GND3为交流电AC3整流后作为控制电源板的第三路直流电源。

3 恒磁场脱磁器的优点

恒磁场脱磁器的主要优点在于：1） 利用电流反馈闭环技术和脉宽调制技术，保证输出稳定，达到恒流目的。2） 利用等值电阻分压有效地实现了加在电解电容两端的电压相等，从而实现脱磁线圈两端的电压也相等。3） 由快恢复二极管D、电阻R、无感电容C组成的吸收电路能有效地吸收因电路接线电感而产生的高压带来的危害。4） 利用比较自锁电路可有效实现IGBT出现故障时及时关闭输出信号，以保护IGBT。5） 采用IGBT作为电路的开关元件，引出线少，结构简单，安装、维修方便。

4 结语

本研究设计的恒磁场脱磁器可根据不同物料调整脱磁线圈的磁场大小，并使调整好的磁场处于恒定状态，从而解决了传统脱磁器因电源電压波动、线圈发热及磁性物料在线圈内感应形成涡流现象等导致电流变化（即磁场变化）的问题，易维护，可靠性高，可广泛应用于各种需要脱磁的工作现场。

参考文献

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[2] 彭飞，周以松.脱磁器在尾矿回收系统中的应用[J].金属矿山，2000（12）：61.

[3] 陈小龙.基于PLC的矿用脉冲脱磁器控制系统[J].科学中国人，2015（6Z）：1-2.

Design of Demagnetizer in Constant Magnetic Field based on IGBT Element

TANG Qi

（LONGi Magnet Co.， Ltd.， Fushun Liaoning 113122， China）

Abstract： A kind of demagnetizer in constant magnetic field whose frequency can be regulated was designed based on IGBT element. This paper expounded the structure and principle of demagnetizer in constant magnetic， and introduced in detail the design and functions of logic control， circuit and power supply control. The demagnetizer， which has the advantages of simple construction， high reliability and easy maintenance， can be widely used in every kinds of working site needed demagnetizing.

Key words： demagnetizer； constant magnetic field； tunable frequency； IGBT element