中心議題：

• 中頻脫磁器的原理
• 中頻脫磁器的控制單元設(shè)計(jì)

解決方案：

• 磁化的鐵粉通過(guò)衰減的正弦波磁場(chǎng)時(shí)，能夠達(dá)到有效的退磁效果
• 當(dāng)頻率大于800Hz時(shí)，退磁效果明顯變好

在鐵礦的磁選工藝中，鐵礦粉經(jīng)過(guò)磁選機(jī)后被磁化，彼此之間相互吸引而聚集在一起，形成磁團(tuán)聚。礦粉進(jìn)入震動(dòng)篩后，不容易被篩下。這樣部分礦漿又返回到球磨機(jī)，使生產(chǎn)效率大大降低。帶磁性的礦漿不僅容易糊篩子，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在分級(jí)機(jī)上形成很厚的鐵粉，影響鐵粉的分級(jí)和輸送。

為了解決上述問(wèn)題，人們經(jīng)過(guò)了大量的研究和試驗(yàn)，得出結(jié)論：讓礦漿經(jīng)過(guò)頻率幾百赫茲以上的衰減的正弦波磁場(chǎng)，即可將鐵粉中的磁性退掉。目前，許多磁選廠使用了脫磁器，為了便于用戶在實(shí)際中對(duì)脫磁器維護(hù)、維修，本文將從信號(hào)波形的角度，詳細(xì)介紹脫磁器的控制電路原理和設(shè)計(jì)過(guò)程。
　　
脫磁器原理

當(dāng)被磁化的鐵粉通過(guò)衰減的正弦波磁場(chǎng)時(shí)，能夠達(dá)到有效的退磁效果。退磁效果與正弦波的頻率有關(guān)，當(dāng)頻率大于800Hz時(shí)，退磁效果明顯變好。退磁效果還與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，通常磁場(chǎng)強(qiáng)度大于矯頑磁力的5倍即可。為了達(dá)到上述性能指標(biāo)，目前普遍采用的電路形式如圖1所示，工作原理如下：當(dāng)可控硅SCR2導(dǎo)通時(shí)，電感L1、電容C1構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)諧振回路，如果初始狀態(tài)電容C1兩端有電壓，則震蕩電路會(huì)產(chǎn)生衰減的正弦波震蕩，波形如圖2所示。這樣就在線圈內(nèi)形成了與之同樣的磁場(chǎng)。該正弦波應(yīng)該從最高的幅度逐漸衰減到0，才能保證更好的脫磁效果。


圖1脫磁器原理圖

圖2衰減正弦磁場(chǎng)波形
　　
控制單元設(shè)計(jì)

圖1中的電容、電感決定了震蕩頻率f0，電容容量和回路中的損耗決定了衰減的時(shí)間。當(dāng)電容C1=150μf，電感L1=200μh時(shí)，理論的震蕩頻率是914Hz，由于實(shí)際電路中存在誤差，實(shí)測(cè)值約800Hz，衰減的時(shí)間超過(guò)20ms。

控制原理是：首先通過(guò)380V交流電給C1充電，正半周SCR1導(dǎo)通，完成充電過(guò)程，負(fù)半周SCR1自動(dòng)截止，C1電壓一直保持到下一個(gè)正半周期信號(hào)到來(lái)。此時(shí)開(kāi)通SCR2，使C1、L1形成回路，產(chǎn)生自由震蕩并完成放電。如此反復(fù)循環(huán)，即達(dá)到了理想的磁場(chǎng)波形。

為此控制單元給SCR1和SCR2施加的控制信號(hào)的仿真波形如圖3所示，其中還包含有交流電輸入信號(hào)和震蕩輸出信號(hào)，從上到下的波形依次為輸入的交流電信號(hào)、SCR1的控制信號(hào)、SCR2的控制信號(hào)、震蕩線圈信號(hào)的波形。


圖3信號(hào)波形
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各信號(hào)波形的時(shí)序：在交流電正半周的過(guò)0點(diǎn)觸發(fā)SCR1，用于C1的充電；在下個(gè)周期正半周的過(guò)0點(diǎn)觸發(fā)SCR2，用于形成并聯(lián)諧振回路。SCR2的觸發(fā)信號(hào)不能用窄脈沖信號(hào)，而是采用電平觸發(fā)方式，這樣，當(dāng)電感電壓超過(guò)電容電壓時(shí)，盡管SCR2自動(dòng)截止，但是在下一次電容給電感充電時(shí)，控制端滿足導(dǎo)通的條件，SCR2仍然能導(dǎo)通，進(jìn)行連續(xù)充放電。

由于整個(gè)震蕩衰減過(guò)程需要20ms以上的時(shí)間，所以SCR2控制信號(hào)的高電平時(shí)間應(yīng)該大于20ms，超過(guò)了交流電周期（20ms），因此將SCR2的控制信號(hào)導(dǎo)通時(shí)間預(yù)留2個(gè)交流電周期（40ms），這樣就有足夠的時(shí)間完成震蕩衰減過(guò)程?？梢?jiàn)，完成一次對(duì)C1充電和震蕩衰減的全過(guò)程，總共需要3個(gè)周期（60ms）。通常脫磁線圈的長(zhǎng)度大于50cm，如果礦漿的流速約1.5～3m/s，則通過(guò)脫磁線圈的時(shí)間是160～330ms，所以鐵粉能有2～5次被衰減的磁場(chǎng)退磁。


圖4控制電路原理

1硬件電路

控制單元電路由核心器件stc12c4052ad單片機(jī)和外圍器件構(gòu)成，原理和功能如下。

stc12c4052ad單片機(jī)自帶A/D轉(zhuǎn)換器，具有高速、高可靠性，強(qiáng)抗靜電（過(guò)4kV快速脈沖干擾），強(qiáng)抗干擾，寬電壓，不怕電源抖動(dòng)等特點(diǎn)。它完成同步信號(hào)檢測(cè)（P3.2口，int0中斷輸入端）、控制信號(hào)輸出（P3.4、P3.5）、輸出強(qiáng)度調(diào)整（P1.1）和工作狀態(tài)指示等功能；整流橋Z1、三端穩(wěn)壓塊u2等構(gòu)成穩(wěn)壓電源，為整個(gè)控制電路提供電源；r1、r2、Q2等完成交流同步信號(hào)的輸入，其中，r1、C7、r2、C8濾除高頻脈沖的干擾，同步信號(hào)輸入到單片機(jī)的int0端；整流橋z2、z3、Q3、Q4等構(gòu)成獨(dú)立的電源，分別驅(qū)動(dòng)可控硅SCR1、SCR2；光耦G1、G2將低壓控制電路與高壓驅(qū)動(dòng)電路隔離，既保證了控制芯片和人身安全，同時(shí)具有抗干擾作用；三極管Q1及周?chē)娐?，用于上電延時(shí)。上電時(shí)，C14不能突變，所以Q1處于截止?fàn)顟B(tài)，Q3、Q4都不能導(dǎo)通，在單片機(jī)初始化完成后，P3.4、P3.5處于正常狀態(tài)時(shí)，Q1進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，避免了SCR1和SCR2同時(shí)導(dǎo)通。

2控制流程

圖5是主程序流程圖。由于電路中的可控硅觸發(fā)時(shí)間要求嚴(yán)格，所以，程序中分別使用了定時(shí)器T0作為SCR1充電的觸發(fā)定時(shí)信號(hào)，定時(shí)器T1作為SCR2放電時(shí)間的定時(shí)信號(hào)。


圖5主程序流程

綜上所述，脫磁器的輸出波形是影響脫磁效果的關(guān)鍵因素，波形的參數(shù)包括頻率、幅度、完整的衰減過(guò)程。這也是用戶在選擇脫磁器時(shí)和使用、維護(hù)、維修時(shí)更應(yīng)該關(guān)心的問(wèn)題。