基于市電的退磁系統設計

荊亞++付成偉++李一鳴

摘 要： 電磁夾具是鐵磁零件加工中常用的工藝設備。大型和小型器件面磨削是將工件固定吸附在磁盤上加工的，因此磨削完畢后工件的殘余磁性很大。器件上剩磁的大量存在，會使儀器檢測時的檢測值產生偏差，影響著產品的加工質量。這里提出一種基于市電的軸承退磁系統設計。該系統是一個涵蓋了可控硅，單片機，光耦以及放大器的電路系統，利用放大器變換過零信號波形，然后通過單片機采集交流電的電壓過零點，在經過光耦隔離升壓后控制可控硅的導通與關閉，達到電壓的交互衰減變化，實現器件的退磁效果。

關鍵詞： STM32F103ZE； 退磁； 可控硅； 光耦隔離

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）21?0136?03

Design of AC?based demagnetization system

JING Ya， FU Chengwei， LI Yiming

（College of Physics， Jilin University， Changchun 130012， China）

Abstract： Electromagnetic fixture is the common technique equipment in ferromagnetic parts machining. Since the surface grinding of the large and miniature devices takes the workpiece fix and adsorb on the disk to machining， the residual magnetism of the workpiece after grinding is great， which makes the testing value tested by the instruments have a deviation， and affects on the machining quality of the products. A design of AC?based bearing demagnetization system is presented. This system is a circuitry which covers of silicon controlled rectifier， single chip microcomputer， opto?coupler and amplifier. The zero?crossing signal waveform is transformed by the amplifier， then the voltage zero crossing point of alternating current is acquired by single chip microcomputer， and the breakover and turn?off of the silicon controlled rectifier are controlled after opto?coupler isolation and voltage boost. The interactive attenuation change of the voltage was achieved， and the demagnetization effect of the devices was realized.

Keywords： STM32F103ZE； demagnetization； silicon controlled rectifier； opto?coupler isolation

0 引 言

先進的退磁理論和退磁技術是鐵磁器件加工行業適應國民經濟發展趨勢及發展穩定安全建設的必然要求。對模具進行退磁時，不同的退磁技術對退磁效果及能源的消耗結果影響很大。但是鑒于以前采用螺線圈，銅管，傳送帶組成的退磁機存在耗能大，操作繁瑣等缺陷，設計出一種有效高功率的退磁系統有很高的應用前景。

1 系統總體設計

本系統是一種基于可控硅的電壓控制系統，雙向可控硅采用意法ST公司的BTA12?600B型號，可控硅用來實現退磁電路的導通和零電壓截止。放大器將交流電的正弦波形變換為同相位的矩形波，然后單片機負責采集交流電（矩形波）的電壓零點，以零點時刻為基準通過光耦的隔離后，驅動雙向可控硅在不同的交流電相位角導通，實現退磁電路的電壓呈逐漸衰減，方向依次遞變的方式變化，產生交變磁場。將退磁器件置于其中，產生磁滯回線。當交變磁場的幅值逐漸遞減時，磁滯回線的軌跡也越來越小；當磁場強度降為零時，使工件中殘留的剩磁[Br]接近于零[1]。整個工作系統效果圖如圖1所示。

2 退磁原理

器件兩端的電壓波形如圖2所示。

在圖2中，[VL]表示電壓；[t]表示時間；導電角指可控硅導通角度。

退磁器件的B?H曲線如圖3所示。

在圖3中，[B]表示磁感應強度；[Bm]表示飽和磁感應強度；[Br]為剩余磁感應強度；[H]表示磁場強度；[Hm]為飽和磁場強度；[Hc]表示矯頑力。

3 硬件電路原理及設計

本系統硬件基于ST公司的STM32F103ZE型號單片機[1]，主要負責采集交流電的過零點以及控制雙向可控硅的導通。系統流程圖如圖4所示。

單片機流程圖如圖5所示。

3.1 單片機模塊

單片機采用ST公司的芯片STM32ZET6[2]，具有性價比高、配置豐富靈活、低功耗等優點。單片機用于采集交流電的過零點，控制可控硅導通。

STM32ZET6電路原理圖如圖6所示。

3.2 電源模塊

220 V市電經PS25?W1V12型號電源模塊變壓器降壓為12 V電源。一方面經LM393比較器轉換為矩形波供單片機采集過零點；另一方面經7805電源模塊降壓為5 V給單片機供電。

3.3 可控硅，隔離光耦[3]

可控硅又稱晶閘管（Silicon Controlled Rectifier，SCR）。主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導晶閘管、可關斷晶可控硅閘管、快速晶閘管，等等。 普通晶閘管實質上屬于直流控制器件。要控制交流負載，必須將兩只晶閘管反極性并聯，讓每只SCR控制一個半波，為此需兩套獨立的觸發電路，使用不夠方便。雙向晶閘管是在普通晶閘管的基礎上發展而成的，它不僅能代替兩只反極性并聯的晶閘管，而且僅需一個觸發電路，是目前比較理想的交流開關器件，其英文名稱TRIAC即三端雙向交流開關之意。

光耦合器（Optical Coupler，OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號的器件，通常把發光器（紅外線發光二極管LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發光器發出光線，受光器接受光線之后就產生光電流，從輸出端流出，從而實現了“電?光?電”轉換。以光為媒介把輸入端信號耦合到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號等優點，在數字電路上獲得廣泛的應用。

可控硅，單片機，LM339比較器，TLP250光耦等電路圖[4]如圖7，圖8所示。

3.4 測試結果

用市電對器件退磁，測試其電壓、電流波形如圖9，圖10所示。

4 結 論

本文是以雙向可控硅為基礎，設計涵蓋了單片機，光耦合器，比較器的電路系統。對測試的鐵磁器件實現了良好的退磁效果，能夠應用于軸承等加工領域的器件退磁化，具有廣泛的市場應用前景。

參考文獻

[1] 趙凱華.電磁學[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 劉軍.例說STM32[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[3] 秦曾煌.電工學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4] 邱關源.電路[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5] 彭玲玲，何曉麗，趙勇.減少雜波干擾的可控硅調速電路設計[J].現代電子技術，2010，33（20）：182?183.

[6] 王玲，陳平.鐵磁性基體與金屬線陣列復合體系的雙負材料特性[J].現代電子技術，2012，35（10）：155?159.

[7] 孫虹，華偉，祁建民，等.火電廠電除塵用高頻高壓電源的研究[J].現代電子技術，2015，38（2）：149?151.