和川直流控制器在磁材压机充退磁

和川直流控制器在磁材压机充退磁充退磁直流控制器应用方案

1  引言
    随着电机、家用电子、计算机、通信等技术日新月异的更新和发展，永磁材料需要量越来越大性能越来越高。目前国内主要的磁性材料专用成型设备生产企业规模一般都不大，其质量水平和数量也都无法满足当前永磁材料行业的发展需求。因此发展高性能的永磁材料新型设备是当前市场的一个发展方向。本方案主要针对成型湿压机的改造分析。

2  原控制系统原理

    老式磁材压机充退磁系统的工作原理是：先将输入的三相交流电通过三相全控桥整流电路整流为可控的直流电压，然后控制充磁线圈电流大小，在线圈内产生一个的磁场，该磁场使置于线圈中的硬磁材料永久磁化。其中晶闸管的触发脉冲由晶闸管控制器给定，PLC输出0～5V来控制晶闸管触发脉冲的控制角，从而使得输出直流电压可变。

       系统框图如下： 

 

3  原控制系统要求     
      ① 调节可控硅控制角度来调节充磁电流；
      ② 人机对话，即设定参数和显示运行状态；
      ③ plc现实系统的控制和运算；
      ④ 功率元件的过流和过压保护；
      ⑤ 具有输入短路保护，操作安全。     

    充磁电路有主电路和触发电路。充磁机的电路图如上图所示。主电路主要由输入变压器、三相全控桥可控硅和线圈组成。通过调节可控硅移相角(或导通角)来调节输出的直流电压，当可控硅导通，其瞬间向充磁头产生电流放电，对材料进行快速充磁。在可控硅触发电路中，PLC模拟量模块的输出端电压来控制其导通角。 

4  磁材压机的工作流程

 

5  和川直流控制器在磁材压机充退磁系统上的应用 

    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艺分为球磨、配料、制粉、搅拌、压型、烧结回火、磁性检测、磨加工、销切加工、电镀、成品，其中压型是用液压机械压制而成，在压制的过程中需要对材料进行充退磁处理。

    和川直流控制器在磁材压机充退磁系统上的应用，主要是用来取代磁材压机中的可控硅对线圈进行充磁和退磁的控制方式。可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。但可控硅控制系统保护功能差，产生的谐波非常大，谐波电流跟着大，所以线圈发热增加造成退磁效果受到影响。而且充磁和退磁电流上升周期长，电流波动大，容易造成磁场不稳定。用了直流控制器后在这些方面会有所改善。

具体优势如下：

    ①充退磁效果更好，电流的上升时间缩短，电流瞬间上升到给定的电流，生产周期缩短，同时谐波比可控硅减少，谐波电流少和工作时间缩短，线圈发热明显减小；同时输出电流稳定度高，波动在0.1A以内，可控硅在1A左右；在充退磁过程中电流与电压的比值恒定。改造后退磁效果非常好而且稳定。

    ②节能，线圈的功耗比用可控硅要低很多，因为我们的磁场稳定在充退磁的过程中只要给定指定的磁场就行，不需要往上面多预留波动磁场。所以充退磁电流和电压比用可控硅要低、时间缩短，具体情况见下表的数据对比分析。一般节电率30%-40%。

    ③提高生产工艺，做出来的产品磁场均匀，磁材磁性合格率更高。

    ④提高生产效率，由于充退磁时间的缩短，周期缩短，在一定时间内做出的产品更多

    ⑤可靠性比可控硅高，有过流、过压、过载保护功能。可控硅在充退磁切换的时候，容易产生很大的冲击电流，可控硅容易烧毁。而用直流控制器后，冲击电流会减小，有很强的过流过压保护功能。

    ⑥调节安装更方便，原有的可控硅控制系统走线布局很麻烦，现用直流控制器系统集成化，省掉原有的可控硅、变压器、触发板、电流表、电压表，排列更整洁。可以在面板上直接调电流。

    原先的控制系统是采用PLC与可控硅控制的，PLC输出模拟量来改变可控硅的直流输出电压，进而控制充磁线圈的电压，充磁时一般是110V电压，充磁15S左右，退磁时一般是80V电压，退磁2S左右。通过改变电压来达到改变充磁电流的效果，直流控制器在充退磁系统中的原理是，通过对三相交流电进行整流，整流为540V左右的直流电，然后通过调节IGBT的占空比，使输出电流稳定在设定的电流。设定电流的给定源可以为键盘与通信给定，还可以用外部模拟量给定。现场改造中，我们用PLC与直流控制器的通讯，直接改变输出电流，利用VW端子输出直流电流来控制线圈的充退磁，充磁时间能缩短到4秒左右，减少了设备的工艺时间，经现场调试，我们直流控制器完全能达到控制要求。直流控制器为37KW，额定电流为75A。

直流控制器输出数据如下：

设定电流（相对直流控制器额定电流百分比）（%）	输出电流（A）	输出电压（V）
5	4.5	4
10	9	8
20	18	13
30	27	20
40	36	27
50	45	34
60	54	39
70	63	45
80	72	54
90	81	60

现场调试输出电流、电压测试值

    现场观察，可控硅在输出电流50A时，直流电压110V; 输出电流100A时，直流电压要达到300V，我们直流控制器在功率消耗上，明显低于可控硅的，能够很好的达到节能的目的。

    在调试的过程中直流控制器出现过过压的故障，这是因为线圈在断电的一瞬间会产生很大的反电势，这个反电势反馈到了直流控制器的直流母线，导致母线电压瞬间增大，直流控制器过压保护。为了消除这个反电势有两种方法，第一种是加制动单元，这种无疑增加了成本；另一种方法是用两个接触器来控制，在充退磁信号断开的时候，用接触器断开线圈与直流控制器的连接，同时用另外一个接触器接通一个电阻并联在线圈上，为反电势提供一个泄放电压的回路。经调试发现，用第二种方法效果明显充磁时线圈断开反馈过来的电压最大只有670V，退磁时线圈断开反馈过来的电压最大只有580V，直流控制器运行正常，过压问题解决，，但由于直流控制器充磁和退磁动作频繁，所以接触器频繁动作，噪声较大，这个可以根据客户的实际要求进行选择！

    直流控制器的选型根据充磁机的充电电流进行选型，例如正常充磁电流为30安，可以选用18.5kw或22KW直流控制器。

6  磁材压机充退磁系统改造数据对比

    2011年10月17日对江粉集团磁材压机的充退磁系统进行改造，其磁材压机为150吨，原先充退磁系统用的是可控硅控制，改造前后的数据如下：

改造前（自动工作方式）			改造后（自动工作方式）
成品压力	18MP		成品压力	18MP
充磁电流	36A		充磁电流	30A
充磁电压	96V		充磁电压	54V
充磁功率	3.4KW		充磁功率	1.6KW
充磁时间	26S		充磁时间	17S
退磁电流	14A		退磁电流	14A
退磁电压	90V		退磁电压	50V
退磁功率	1.2KW		退磁功率	700W
退磁时间	2.1S		退磁时间	1.6S
生产周期	50S		生产周期	32S
电流波动	1A		电流波动	0.1A
电流上升时间	8S		电流上升时间	2S

     可见，改造后，线圈消耗的功率少了，工作周期由原来的50S，缩短到了32S，整个周期缩短了18S。