CN107068327B - 一种脉冲磁场发生器及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脉冲磁场发生器及其工作方法。所述脉冲磁场发生器，首先单片机通过控制D/A转换器输出直流电压，以该直流电压控制单相全隔离整流调压模块输出脉动直流电压，该脉动直流电压经扼流圈和滤波电容后向储能电容充电；单片机通过光耦Ⅰ控制电桥驱动器Ⅰ，进而控制IGBT1和IGBT3导通，完成一次正向脉冲放电过程；单片机通过光耦Ⅱ控制电桥驱动器Ⅱ，进而控制IGBT2和IGBT4导通，完成一次反向脉冲放电过程；通过操作按键设置参数，并通过显示屏来显示。本发明适应于消除或减缓金属结构件内部的残余应力，同时能够提高其使用寿命、抗冲击性和耐磨性，也可用于工件退磁等领域。

Description

一种脉冲磁场发生器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种脉冲磁场发生器及其工作方法，属于机械电子领域。
背景技术
目前，随着互联网+概念的提出，制造业扮演着越来越重要的角色，而制造业以机械制造业为代表。在机加工的过程中很多加工工序都可能在材料内部形成残余应力，根据残余应力产生的原因，大致分为两类：第一类是由于设计缺陷或者参数、尺寸不匹配等因素，而强行装配引起的残余应力；第二类是由于材料内部产生各区域之间自平衡的残余应力。
在焊接结构中，由于与焊接接头处不均匀加热和焊接变形，将导致第二类残余应力的产生。而残余应力对产品的质量和使用寿命危害很大。因此提出了许多降低和消除残余应力的方法，如：改进加工工艺、热处理、振动法、爆炸法、机械拉伸法等，但这些方法都分别有各自的优点和局限性。在大型结构的焊接制造过程中，为了消除残余应力，目前仍采用焊后热处理。但采用该方法会带来一些不利后果，一方面有可能改变材料的组织结构，使其性能发生恶化，造成新的安全性隐患，对于高强度钢尤为突出；另一方面由于焊接结构庞大，整体热处理需要大型热处理炉或复杂的加热系统，有的只能做局部热处理，即使如此，实施起来也很困难，耗时耗能较大。因此，如何找到一种既能降低残余应力，又较为简捷，还不会使材料性能恶化的方法就具有十分重要的意义。
脉冲磁处理法是一种新的降低残余应力的方法。很多材料学学者已经试验证明，这种方法对残余应力有降低作用，是一种很有前途的新方法。因此研究出一种磁场强度、磁化频率、磁化时间均可调的脉冲磁场发生器显得尤为重要。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种脉冲磁场发生器及其工作方法。所述脉冲磁场发生器用于消除或降低结构件的残余应力，以提高其使用寿命、抗冲击性和耐磨性，也可用于工件退磁等领域。通过将结构件放置在磁处理平台上，然后通过操作按键选择磁场强度、磁化频率和磁化时间这三个参数，按确定按键开始进行脉冲磁化处理，直至磁化过程结束。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种脉冲磁场发生器，包括控制箱27和磁化线圈11；
所述控制箱27，包括脉冲放电控制板26、单相全隔离整流调压模块3、操作按键和显示屏21；
所述脉冲放电控制板26包括：单片机1、D/A转换器2、扼流圈4、滤波电容5、储能电容6、光耦Ⅰ7、电桥驱动器Ⅰ8、IGBT1 9、IGBT3 10、光耦Ⅱ12、电桥驱动器Ⅱ13、IGBT2 14和IGBT4 15；
所述操作按键包括：磁场强度按键16、磁化频率按键17、磁化时间按键18、确定按键19和重设按键20。
在上述方案的基础上，所述磁化线圈11，是将直径为2mm的漆包线23绕制在以环氧板制作的线圈骨架22上；然后将硅钢片铁芯24放置于线圈骨架22的中心孔处；最后将以上整体安装在铝合金箱体25中。
在上述方案的基础上，所述脉冲磁场发生器，采用磁化线圈11和控制箱27分离的方式；进行磁化时将需要进行脉冲磁化的结构件置于磁化线圈11之上。
在上述方案的基础上，所述磁化线圈11为平面线圈，或空心线圈，或根据结构件的外形尺寸单独设计。
在上述方案的基础上，所述单片机1选用STC89C52。
在上述方案的基础上，所述D/A转换器2选用PCF8591T。
在上述方案的基础上，所述光耦Ⅰ7和光耦Ⅱ12选用A3120。
在上述方案的基础上，所述电桥驱动器Ⅰ8和电桥驱动器Ⅱ13选用IR2111S。
在上述方案的基础上，所述显示屏21选用12864显示屏。
一种脉冲磁场发生器的工作方法，具体步骤为：
步骤1，单片机1通过控制D/A转换器2输出0-5V直流电压，并以此直流电压控制单相全隔离整流调压模块3输出0-310V脉动直流电压，该脉动直流电压经扼流圈4限流和滤波电容5滤波后，向储能电容6充电；
步骤2，单片机1通过光耦Ⅰ7控制电桥驱动器Ⅰ8，进而控制IGBT1 9和IGBT3 10导通，从而完成一次从储能电容6→IGBT1 9→磁化线圈11→IGBT3 10→地的一次正向脉冲放电过程；
单片机1通过光耦Ⅱ12控制电桥驱动器Ⅱ13，进而控制IGBT2 14和IGBT4 15导通，从而完成一次从储能电容6→IGBT2 14→磁化线圈11→IGBT4 15→地的一次反向脉冲放电过程；
步骤3，通过磁场强度按键16实现充电电压调节，进而实现磁场强度设置；通过磁化频率按键17实现磁化频率设置；通过磁化时间按键18实现磁化时间设置；通过确定按键19实现磁化处理，系统能够自动保存上次设置的磁化参数；重设按键20实现上述参数的默认设置；设置过程通过显示屏21来显示。
在上述方案的基础上，所述脉冲放电控制板26通过控制单相全隔离整流调压模块3，通过操作按键完成脉冲磁场发生器的控制功能，为磁化线圈11提供电能基础。
在上述方案的基础上，所述磁化线圈11用于将电能转化为磁能。
在上述方案的基础上，所述正向脉冲放电过程和反向脉冲放电过程的电流方向相反，目的是通过正反放电避免被磁化处理后的工件带有磁性，或用于对带磁工件的退磁处理。
本发明所述的脉冲磁场发生器，是将单片机技术、调压技术与脉冲放电技术相结合，首先通过单片机1控制D/A转换器2来实现0-5V直流电压输出；然后利用该0-5V电压控制单相全隔离整流调压模块3实现直流调压功能，并用其对储能电容6进行充电；最后通过单片机1控制H桥电路的轮流导通，实现储能电容6对磁化线圈11进行正、反向的脉冲放电，以获得脉冲磁场。该低频脉冲磁场发生器具有显示屏幕和功能选择按键，且具有磁场强度、脉冲频率、磁化时间均可调等特点，其脉冲放电持续时间为1.5～100ms，最大充磁直流电压为310V。可用于消除或减缓刀具、焊接件和冲压件等金属结构件内部的残余应力，同时能够提高其使用寿命、抗冲击性和耐磨性，也可用于医疗辅助治疗和其它需要脉冲磁场、脉冲电源、脉冲放电和退磁等领域。
附图说明
本发明有如下附图：
图1脉冲磁场发生器电路原理图；
图2脉冲磁场发生器示意图；
图3磁化线圈示意图；
图4控制箱示意图。
附图标记：
1-单片机，2-D/A转换器，3-单相全隔离整流调压模块，4-扼流圈，5-滤波电容，6-储能电容，7-光耦Ⅰ，8-电桥驱动器Ⅰ，9-IGBT1，10-IGBT3，11-磁化线圈，12-光耦Ⅱ，13-电桥驱动器Ⅱ，14-IGBT2，15-IGBT4，16-磁场强度按键，17-磁化频率按键，18-磁化时间按键，19-确定按键，20-重设按键，21-显示屏，22-线圈骨架，23-漆包线，24-硅钢片铁芯，25-铝合金箱体，26-脉冲放电控制板，27-控制箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1～图4所示，一种脉冲磁场发生器，包括控制箱27和磁化线圈11；
所述控制箱27，包括脉冲放电控制板26、单相全隔离整流调压模块3、操作按键和显示屏21；
所述脉冲放电控制板26包括：单片机1、D/A转换器2、扼流圈4、滤波电容5、储能电容6、光耦Ⅰ7、电桥驱动器Ⅰ8、IGBT1 9、IGBT3 10、光耦Ⅱ12、电桥驱动器Ⅱ13、IGBT2 14和IGBT4 15；
所述操作按键包括：磁场强度按键16、磁化频率按键17、磁化时间按键18、确定按键19和重设按键20。
在上述方案的基础上，所述磁化线圈11，是将直径为2mm的漆包线23绕制在以环氧板制作的线圈骨架22上；然后将硅钢片铁芯24放置于线圈骨架22的中心孔处；最后将以上整体安装在铝合金箱体25中。
在上述方案的基础上，所述脉冲磁场发生器，采用磁化线圈11和控制箱27分离的方式；进行磁化时将需要进行脉冲磁化的结构件置于磁化线圈11之上。
在上述方案的基础上，所述磁化线圈11为平面线圈，或空心线圈，或根据结构件的外形尺寸单独设计。
在上述方案的基础上，所述单片机1选用STC89C52。
在上述方案的基础上，所述D/A转换器2选用PCF8591T。
在上述方案的基础上，所述光耦Ⅰ7和光耦Ⅱ12选用A3120。
在上述方案的基础上，所述电桥驱动器Ⅰ8和电桥驱动器Ⅱ13选用IR2111S。
在上述方案的基础上，所述显示屏21选用12864显示屏。
图1为脉冲磁场发生器电路原理图，首先单片机1(STC89C52)通过控制D/A转换器2(PCF8591T)输出0-5V直流电压，并以此0-5V直流电压控制单相全隔离整流调压模块3输出0-310V脉动直流电压，该0-310V脉动直流电压经扼流圈4限流和滤波电容5滤波后，向储能电容6充电；然后单片机1(STC89C52)通过光耦7(A3120)控制电桥驱动器8(IR2111S)，进而来控制IGBT1 9和IGBT3 10导通，从而完成一次从储能电容6→IGBT1 9→磁化线圈11→IGBT3 10→地的正向脉冲放电过程；同理单片机1(STC89C52)通过光耦12(A3120)控制电桥驱动器13(IR2111S)，进而来控制IGBT2 14和IGBT4 15导通，从而完成一次从储能电容6→IGBT2 14→磁化线圈11→IGBT4 15→地的反向脉冲放电过程；在此正向脉冲放电和反向脉冲放电电流方向相反，目的是通过正反放电避免被磁化处理后的工件带有磁性；最后通过磁场强度按键16实现充电电压调节，进而实现磁场强度设置，通过磁化频率按键17实现磁化频率设置，通过磁化时间按键18实现磁化时间设置，通过确定按键19实现磁化处理，系统能够自动保存上次设置的磁化参数，重设按键20实现上述三参数的默认设置，并且以上设置过程通过显示21(12864)来完成显示。其中单相全隔离整流调压模块3品牌为：龙科，型号为：LSA-H3P50FYB 220V/380V通用型。
图2为脉冲磁场发生器示意图，采用磁化线圈11和控制箱27分离的方式，便于维修，且小型化。其中将需要进行脉冲磁化的结构件置于磁化线圈之上，另磁化线圈不限于此形式，可以为平面线圈或空心线圈，亦可根据结构件的外形尺寸单独设计。
图3为磁化线圈示意图，首先将2mm直径漆包线23绕制在以环氧板制作的线圈骨架22上；然后将硅钢片铁芯24放置于线圈骨架22的中心孔处；最后将以上整体安装在铝合金箱体25中。该部分的功能为将电能转化为磁能。
图4为脉冲放电控制箱示意图，脉冲放电控制板26通过控制单相全隔离整流调压模块3，在按键的操作下完成脉冲磁场发生器的控制功能，为磁化线圈提供电能基础。其中12864显示屏21起到显示功能。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种脉冲磁场发生器的工作方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤1，单片机(1)通过控制D/A转换器(2)输出0-5V直流电压，并以此直流电压控制单相全隔离整流调压模块(3)输出0-310V脉动直流电压，该脉动直流电压经扼流圈(4)限流和滤波电容(5)滤波后，向储能电容(6)充电；
步骤2，单片机(1)通过光耦Ⅰ(7)控制电桥驱动器Ⅰ(8)，进而控制IGBT1(9)和IGBT3(10)导通，从而完成一次从储能电容(6)→IGBT1(9)→磁化线圈(11)→IGBT3(10)→地的一次正向脉冲放电过程；
单片机(1)通过光耦Ⅱ(12)控制电桥驱动器Ⅱ(13)，进而控制IGBT2(14)和IGBT4(15)导通，从而完成一次从储能电容(6)→IGBT2(14)→磁化线圈(11)→IGBT4(15)→地的一次反向脉冲放电过程；
步骤3，通过磁场强度按键(16)实现充电电压调节，进而实现磁场强度设置；通过磁化频率按键(17)实现磁化频率设置；通过磁化时间按键(18)实现磁化时间设置；通过确定按键(19)实现磁化处理，系统能够自动保存上次设置的磁化参数；重设按键(20)实现上述参数的默认设置；设置过程通过显示屏(21)来显示。
2.如权利要求1所述的脉冲磁场发生器的工作方法，其特征在于：脉冲放电控制板(26)通过控制单相全隔离整流调压模块(3)，通过操作按键完成脉冲磁场发生器的控制功能，为磁化线圈(11)提供电能基础。
3.如权利要求1所述的脉冲磁场发生器的工作方法，其特征在于：所述磁化线圈(11)用于将电能转化为磁能。
4.如权利要求1所述的脉冲磁场发生器的工作方法，其特征在于：所述正向脉冲放电过程和反向脉冲放电过程的电流方向相反，目的是通过正反放电避免被磁化处理后的工件带有磁性，或用于对带磁工件的退磁处理。
5.一种应用权利要求1-4任一权利要求所述的脉冲磁场发生器的工作方法来工作的脉冲磁场发生器，其特征在于：包括控制箱(27)和磁化线圈(11)；
所述控制箱(27)，包括脉冲放电控制板(26)、单相全隔离整流调压模块(3)、操作按键和显示屏(21)；
所述脉冲放电控制板(26)，包括单片机(1)、D/A转换器(2)、扼流圈(4)、滤波电容(5)、储能电容(6)、光耦Ⅰ(7)、电桥驱动器Ⅰ(8)、IGBT1(9)、IGBT3(10)、光耦Ⅱ(12)、电桥驱动器Ⅱ(13)、IGBT2(14)和IGBT4(15)；
所述操作按键，包括磁场强度按键(16)、磁化频率按键(17)、磁化时间按键(18)、确定按键(19)和重设按键(20)。
6.如权利要求5所述的脉冲磁场发生器，其特征在于：所述磁化线圈(11)，是将直径为2mm的漆包线(23)绕制在以环氧板制作的线圈骨架(22)上；然后将硅钢片铁芯(24)放置于线圈骨架(22)的中心孔处；最后将以上整体安装在铝合金箱体(25)中。
7.如权利要求5所述的脉冲磁场发生器，其特征在于：所述脉冲磁场发生器，采用磁化线圈(11)和控制箱(27)分离的方式；进行磁化时将需要进行脉冲磁化的结构件置于磁化线圈(11)之上。
8.如权利要求5所述的脉冲磁场发生器，其特征在于：所述磁化线圈(11)为平面线圈，或空心线圈，或根据结构件的外形尺寸单独设计。
9.如权利要求5所述的脉冲磁场发生器，其特征在于：所述单片机(1)选用STC89C52；
所述D/A转换器(2)选用PCF8591T；
所述光耦Ⅰ(7)和光耦Ⅱ(12)选用A3120；
所述电桥驱动器Ⅰ(8)和电桥驱动器Ⅱ(13)选用IR2111S；
所述显示屏(21)选用12864显示屏。
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