基于市电的退磁系统设计

2015-11-09荆亚付成伟李一鸣

现代电子技术 2015年21期

荆亚++付成伟++李一鸣

摘要：电磁夹具是铁磁零件加工中常用的工艺设备。大型和小型器件面磨削是将工件固定吸附在磁盘上加工的，因此磨削完毕后工件的残余磁性很大。器件上剩磁的大量存在，会使仪器检测时的检测值产生偏差，影响着产品的加工质量。这里提出一种基于市电的轴承退磁系统设计。该系统是一个涵盖了可控硅，单片机，光耦以及放大器的电路系统，利用放大器变换过零信号波形，然后通过单片机采集交流电的电压过零点，在经过光耦隔离升压后控制可控硅的导通与关闭，达到电压的交互衰减变化，实现器件的退磁效果。

关键词： STM32F103ZE；退磁；可控硅；光耦隔离

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 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

先进的退磁理论和退磁技术是铁磁器件加工行业适应国民经济发展趋势及发展稳定安全建设的必然要求。对模具进行退磁时，不同的退磁技术对退磁效果及能源的消耗结果影响很大。但是鉴于以前采用螺线圈，铜管，传送带组成的退磁机存在耗能大，操作繁琐等缺陷，设计出一种有效高功率的退磁系统有很高的应用前景。

1 系统总体设计

本系统是一种基于可控硅的电压控制系统，双向可控硅采用意法ST公司的BTA12?600B型号，可控硅用来实现退磁电路的导通和零电压截止。放大器将交流电的正弦波形变换为同相位的矩形波，然后单片机负责采集交流电（矩形波）的电压零点，以零点时刻为基准通过光耦的隔离后，驱动双向可控硅在不同的交流电相位角导通，实现退磁电路的电压呈逐渐衰减，方向依次递变的方式变化，产生交变磁场。将退磁器件置于其中，产生磁滞回线。当交变磁场的幅值逐渐递减时，磁滞回线的轨迹也越来越小；当磁场强度降为零时，使工件中残留的剩磁[Br]接近于零[1]。整个工作系统效果图如图1所示。

2 退磁原理

器件两端的电压波形如图2所示。

在图2中，[VL]表示电压；[t]表示时间；导电角指可控硅导通角度。

退磁器件的B?H曲线如图3所示。

在图3中，[B]表示磁感应强度；[Bm]表示饱和磁感应强度；[Br]为剩余磁感应强度；[H]表示磁场强度；[Hm]为饱和磁场强度；[Hc]表示矫顽力。

3 硬件电路原理及设计

本系统硬件基于ST公司的STM32F103ZE型号单片机[1]，主要负责采集交流电的过零点以及控制双向可控硅的导通。系统流程图如图4所示。

单片机流程图如图5所示。

3.1 单片机模块

单片机采用ST公司的芯片STM32ZET6[2]，具有性价比高、配置丰富灵活、低功耗等优点。单片机用于采集交流电的过零点，控制可控硅导通。

STM32ZET6电路原理图如图6所示。

3.2 电源模块

220 V市电经PS25?W1V12型号电源模块变压器降压为12 V电源。一方面经LM393比较器转换为矩形波供单片机采集过零点；另一方面经7805电源模块降压为5 V给单片机供电。

3.3 可控硅，隔离光耦[3]

可控硅又称晶闸管（Silicon Controlled Rectifier，SCR）。主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶可控硅闸管、快速晶闸管，等等。普通晶闸管实质上属于直流控制器件。要控制交流负载，必须将两只晶闸管反极性并联，让每只SCR控制一个半波，为此需两套独立的触发电路，使用不够方便。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件，其英文名称TRIAC即三端双向交流开关之意。

光耦合器（Optical Coupler，OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电?光?电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。

可控硅，单片机，LM339比较器，TLP250光耦等电路图[4]如图7，图8所示。

3.4 测试结果

用市电对器件退磁，测试其电压、电流波形如图9，图10所示。

4 结论

本文是以双向可控硅为基础，设计涵盖了单片机，光耦合器，比较器的电路系统。对测试的铁磁器件实现了良好的退磁效果，能够应用于轴承等加工领域的器件退磁化，具有广泛的市场应用前景。

参考文献

[1] 赵凯华.电磁学[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2] 刘军.例说STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[3] 秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[4] 邱关源.电路[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5] 彭玲玲，何晓丽，赵勇.减少杂波干扰的可控硅调速电路设计[J].现代电子技术，2010，33（20）：182?183.

[6] 王玲，陈平.铁磁性基体与金属线阵列复合体系的双负材料特性[J].现代电子技术，2012，35（10）：155?159.