电磁铁电源改造应用方案

本文叙述了原有电磁铁供电电源存在的不足，对可行性差和可靠性低的电磁铁电源提出了相应的改造方案，并根据该方案对电源的三相全控桥的控制部分进行了彻底的改造。
一、引言
在液态金属实验回路(Liquid  M etal  Experimental  Loop，即LM EL)上实验研究自冷却包层中液态金属的磁流体动力学(Magnetohydrodynamics，即M HD)效应问题，由电磁铁提供的稳恒均匀磁场的稳定性、可靠性及其磁场参数的变化范围对M HD 效应的实验研究具有直接的影响。而磁场参数稳定性、可靠性直接受电磁铁的供电电源输出的电压和电流的稳定性和可靠性决定。M H D 的实验要求磁场参数在 0 一 2T 范围内连续可调，同时要求稳定性好、可靠性高。也就是要求电磁铁电源在0 – 200A 的范围内连续可调，且稳定性好，可靠性高，交流成分小的输出电流。而改造前的电源具有如下不足:1.电源的稳定性差和可靠性低;2 电源输出的交流电流成分过重; 3. 电流输出范围为:40一80A 和 120一160A，即电源的起始电流为40A , 最大输出电流为 160A ，而且 80 一 120A 的范围内出现缺口效应。由于电源存在的这些不足，导致磁场参数的稳定性差和可靠性低，磁场参数的可调节范围小，影响 M H D 效应实验研究的准确性和可靠性。因此，必须改造电磁铁电源，使其电流输出能满足实验的要求。
二、整流电源
本电源是在 “七五”期间，设计、组建液态金属实验回路时，根据 111室提出的要求委托给一所 106 室的颇永忠等同志设计、加工的。电源由主电路和控制电路两部分组成，主电路部分主要是由六个可控硅(SCR)组成的三相全控桥电路，而可控硅的触发控制电路部分是由电阻、电容、电感以及晶体管等分离元件制作的六个触发控制板、一个电流输出调节板及其一系列小变压器(包括六个同步
变压器)。该控制电路本身的稳定性、可靠性和抗干扰能力差。而且所用元器件均已经陈旧，元器件参数不稳定，可靠性差，导致各项触发控制角的大小不协调、调节范围小。从而使电源的输出电流不稳定差、交流成份大，输出的电流范围为40  – 160A，并且在80  – 120A 左右的电流范围内出现缺口效应。没有满足电磁铁要求的。- 200A 的电流范围内连续可调的条件。该电源虽然经过领永忠等同志的多次检修，但由于该电源触发控制电路本身固有的弱点，几次检修均为使电源参数得到改善。因此 只有彻底改变电源触发控制电路部分，才能从根本上解决电源的电流参数，满足实验要求。
三、电源改造方案
木电源的负载电磁铁为感性负载(即。L; R , R=3-4 0 )，负载的电流大，主电路采用三相全控桥整流是合理的。接于负载两端的续流二极管起到稳定输出电流的作用。因此，主电路仍然采用三相全控桥整流电路，对可控硅的过电流保护和过电压保护等均不作任何变动，而对于触发控制电路部分进行彻底地更换。目前，性能稳定、抗干扰能力强的触发控制电路有以下几种类型: 1. 正弦波同步信号触发器; 2. 锯齿波同步信号触发器; 3 集成电路触发器。前两种为分离元件制作的触发控制板，且都需要六个同步触发控制板的触发输出级去分别触发控制六个可控硅的导通情况，另外还需要一个移项控制板用于调节输出电压。而第三种集成电路触发器，是最近几年才发展起来的一种新型触发器。集成电路触发器专门对可控硅装置中触发电路的基本单元进行集成化，因而集成触发电路大大地减小了触发装置的体积和重量。整个触发器集中于一块电路板上，其使用、调试和维修变得更加简单，成本也更低，同时还可提高了触发装置的移相性能和可靠性和抗干扰能力，确保了电源输出的稳定性和调节范围。综上所述，采用了集成电路触发器来完全替代电源上现有的触发电路。经过进一步调研，发现“航空航天部六九一厂”生产的“KJZ6可控硅三相全控桥触发控制器”是很理想的一种触发控制器。106 室颇永忠他们已使用该触发控制器对451的有关电源进行了改造。已证明KJZ6触发电路板的性能稳定、可靠性高、抗干扰能力强。因此，最终选定了 “K JZ6 可控硅三相全控桥控制板” 来替换了电源上愿来的触发电路。四、K JZ6 可控硅三相全控桥控制板KJZ6可控硅三相全控桥控制板用于可控硅三相桥式全控变流器的触发。它将控制电压幅度转换为相应导通角功率足够大的触发脉冲使主电路可靠地工作，每一相输出脉冲能可靠地驱动一只大功率可控硅元件。该控制板有八种功能: 1.同言Y-:步滤波网络，不受电源中波形畸变和换流缺口的干扰。2.适应较宽的同步电压范围，并只需三相同步电压。3.各相脉冲问小均衡度很小。4.能很方便地与调节系统匹配，并只需调节输入信号的上下线就可调正整流和逆变角。5.输出是脉神列式的双脉冲，脉冲变压器(每个可控硅配 一个，共六个脉冲变压器)体积小，对于各种宽度的脉冲可以使用统一规格的脉冲变压器。6.有一个脉冲输出控制端，用以控制脉冲的输出和在正反组可逆系统中作逻辑切换控制。7.由于使用了专门设计的KJ004.  KJ041,  KJ042集成电路，控制板体积小，调整和维修非常方便，线路稍加修改可用于双相可控硅或反并联可控硅的只相交流调压电路。8.控制板有整流稳压器件，使用时仅需一个输出双20V 的变压器就可工作，用户不需另搞辅助 电源 。
4-1. K JZ6 可控硅三相全控桥控制板电参数:
1. 交流同步电压: 三相30V 士5V (有效值)
2. 同步工作电流: 2- 3 m A .
3. 同步接法: 380 V/30  V A/Y .
4. 移相控制电压(相应用 120’移相范围)
(1)- 8 一 + 8 V I
(2)礴 一 +4 V ,
(3)  0一 +8 V I
(4)  -8一 o v ,
5. 移相输入阻抗: 迈3 M .
6. 移相范围〔最大): 170
7 触发脉冲形式: 脉冲列调制式双脉冲。
8. 脉冲列频率: 5- 10 K Hz 。
9. 输出级允许负载电流: – < 800  m A a
10. 脉冲前沿: < _ l us.
11. 各相脉冲不均衡度:‘+3
12. 电源电压: 士巧V 士5 % 。
13. 消耗电流: 正 15 V 电流 ‘85 m A ，负 15V 电流< _ 85 m A o
14. 整流输出交流电源每组各 18 V 。
15. 允许使用环境温度: -10一十70  }C.
16. 板子尺寸: 124 x 166  cm 44 线插座联接。
‘ 目 1 ， 节 ，
4-2.触发电路的抗干扰措施:
外界的电磁干扰，常会造成可控硅误触发，影响可控硅整流装置的正常工作。造成可控硅误触发的主要原因有:
1. 门极、阴极间存在磁场干扰信号。
2. 触发电路中混杂有干扰信号。
3. 可控硅的电压上升率(duldt)指标过低，阳极、阴极间的外加电压上升率太大，造成可控硅误导通。针对以上原因，采用下列措施来消除〔或减小)干扰信号，防止干扰信号进入门极 。
1. 选用门极触发电流较大、duldt指标较高的可控硅。
2. 门极回路的导线应采用屏蔽线，金属屏蔽层应接地良好。
3. 控制回路应单独敷线，走线应尽可能远离大电流的导线，避开会产生干扰的器件。如将控制回路尽量远离主回路、继电器和接触器及其操作线路。
4. 触发器的电源变压器、同步变压器的初级和次级绕组应加静电屏蔽。脉冲变压器的初、次级间应有足够的绝缘。
5. 在触发电路中可增加 RC 滤波环节、以消除电网的高频干扰。
6. 在靠近可控硅的门极和阴极间并接小电容C 和电阻 R
五、可控硅的保护措施
1. 过流保护措施
(1)快速熔断器:普通熔断丝熔断时间较bt不能用作保护可控硅的熔断器，因而必须采用银质熔丝的快速熔断器。其接法可选择: a. 与可控硅元件串联; b.接在三相输入端;c 串接在输出负载上。实现对可控硅的短路保护。熔断器的电流定额应尽量接近实际工作电流有效值，而不是按保护元件的电流定额值(平均值)选取。
(2)过电流继电器:直流过电流继电器接在输出端的直流侧;或在输入端经电流互感器接入灵敏的过电流继电器，实现对可控硅和负载设备的过载保护。但这种电路对发生短路故障不很有效。
(3)过流截止保护;在三相变压器的次级输出端接入三相全控桥的线路上安装电流互感器，来自电流互感器的信号在经过三相桥式整流后取反回信号使触发脉冲后移，在出现过电流时减小可控硅的导通角或停止触发输出，使翩输出电流减小，实现过流截止保护。
2. 可控硅的过电压保护
引起过电压的主要原因: 在可控硅电路被接通、断开或换流时，由于电路中有电感，将会产生感应过电压。外部的浪涌电压，如蕾击引起的过电压等。由于过电压尖峰高，作用时间短，因此采用电容、电阻串联后的 “吸收电路”与可控硅并联进行对过电压的抑制。
六、 结论
已改造完毕后的电磁铁电源，其电源的稳定性、可靠性及其电压输出的可调节范围方面均得到了很好的改善，达到了本身请项 目的预期目的。主要表现在以下几个方面:
1. 通过调节移项电位器调节移项控制电压，可使电源的输出电流从 0 一200A范围内连续可调，而且参数稳定。也就是实现了使磁场参数在 0- 2T 范围连续可调，克服了改造前电磁铁提供的最低磁场参数只有 0.94T 的不足，增加低磁场参数下的 M H D 压降效应的实验数据，同时还消除因缺la 效应引起的磁场参数的非连续部分。
2. 在触发导通角相同时，磁场的直流成分更大，交流分量更小。当输出电流较低时，也就是触发导通角较小时，输出电流的交流成分较重; 随着输出电流的提高，导通角的增大，电流的交流成分也就相应地降低，直流成分增大，也就是磁场的稳定性和可靠性更高。有利于提高 M H D 压降测量的准确性。总的来说，电磁铁电源采用 KJZ6 集成电路触发板后，触发信号稳定，各相触发脉冲间的不均衡度很小，抗干扰能力强，输出电流的稳定性高，调节范围广，实现了预期的目标。
本电磁铁电源的改造得到了106室颇永忠等同志的支持，在此表示感谢 !

声明本文整理来推拉式小型电磁铁生产厂家：www.smartcixin.com 所有技术内容仅供学习与参考，一切侵权责任本站概不负责！