CN2081559U - 大能量充磁退磁机 - Google Patents

Abstract

大能量充磁退磁机属于一种用脉冲磁场对永磁 材料进行充磁和退磁的设备。它适合于大尺寸强矫 顽力永磁材料的充磁和退磁。它由控制系统，单相倍 压电容换流式准恒流充电电源，贮能电容器组，复合 式电子开关，比特磁场线圈，多种安全保护系统组 成。采用准恒流的电容换流电源对贮能电容器组充 电，通过复合电子开关放电在磁场线圈中产生脉冲强 磁场对永磁材料进行充磁或退磁。该设备操作简单， 安全可靠。

Description

本实用新型属于一种用脉冲磁场对永磁材料进行充磁和退磁的设备。该设备尤适用于尺寸较大且具有高矫顽力的永磁材料的充磁和退磁。

充磁和退磁机是永磁材料生产和研究中的必不可少的设备。现有充磁和退磁设备存在着一些缺点，如：市售“TC－1型稀土永磁高能充退磁设备”，该设备充放电通过手动的按钮A₁、A₂来完成充磁、退磁。图（一）为其原理图。图中符号说明如下：

T₁手动调压变压器

T₂升压变压器，输出电压为0－1600V

D整流桥

C贮能电容器组

L放电磁场线圈

J₂充电启动继电器

J₂放电启动继电器

A₁充电启动按钮

A₂放电启动按钮

该设备充磁电压为800V，退磁电压为1600V，在退磁时需改变电容器组C的串并联结构，以适应不同的电压值。另外，该设备具有两个完全不同的充、退磁线圈，一个线圈不能同时解决充、退磁两种功能，必须根据需要更换。由此带来该设备如下缺点：

1、操作复杂，缺乏自动控制功能；

2、无任何安全保护措施；

3、磁场强度低，小于30KGS，有效体积小，最大为φ30mm×30mm，不能解决高矫顽力的大型磁钢的充退磁需要。

4、磁场线圈L采用普通线绕式多层线圈，该线圈散热效果差，极易过热，充磁效率低。

本实用新型的目的在于克服上述缺点，提出一种由控制系统，单相倍压电容换流式准恒流充电电源、贮能电容器组、复合式电子开关、比特磁场线圈、多种安全保护系统组成的大能量充磁退磁机。

下面结合图（二）说明本实用新型的内容。

图（二）是本实用新型（MD－45／75型）的电原理图。它由以下六大部分组成：

一、控制系统；

二、单相倍压电容换流式准恒流充电电源；

三、贮能电容器组；

四、复合式电子开关；

五、比特磁场线圈；

六、多种安全保护系统。

其控制系统控制换流式准恒流充电电源，给电容器组充电，充电电压达到予选值，再由复合式电子开关自动放电，在比特磁场线圈L中产生脉冲磁场对永磁材料进行充磁或退磁。

下面分别叙述这六大部分。

一、控制系统

该系统的功能是控制本设备的充电、放电、和设定运行条件，它由启动和停止控制回路及电压予选回路两部分组成。

1、控制回路

控制回路由开关K₁、K₂、K₃，按钮Q₁、Q₂、Q₃、Q₄，接触器J₁，继电器J₂、J₃、TJ₁、TJ₂、TJ₃组成。符号功能说明如下：

K₁放电方式选择开关，接通为自动放电方式，断开为手动放电方式。

K₂泄放器和电源控制开关

K₃电压表V的功能选择开关

Q₁充电启动按钮

Q₂充电暂停按钮

Q₃放电启动按钮

Q₄放电暂停按钮

J₁充电启动接触器

J₂放电触发继电器

J₃泄放继电器

TJ₁限止充电时间继电器

TJ₂放电时间继电器，是控制触发器J₂的吸合时间，确保晶闸管CT有足够的触发时间。

TJ₃中间时间继电器，是防止予选电压继电器J₄跳动使触发继电器J₂吸合不稳。

2、电压予选回路

电压予选回路具有双重功能，这里主要控制充电电压。详细内容在安全保护系统中叙述。充电电压监测和予选电压显示是使用同一块电压表V。

二、单相倍压电容换流式准恒流充电电源

该充电电源由串联于变压器BT的高压输出端的换流电容器C_B，硅整流器D₁，以及处在C_B、D₁之间与变压器线圈地线之间并联的硅整流器D₂组成。当K₂电源接通时只需按一下Q₁，充电启动接触器J₁将吸合并自锁，充电电源自动给贮能电容器组C_f充电，充电速率为10V／秒，当充电电压达到予选电压值时自动停止充电（这一点后面再述）。充电电压最高可到800V，所以只需要80秒即可，因而电源结构简单，效率高，成本低，操作方便。

三、贮能电容器组

贮能电容器组C_f由电容器串并联组成。为了防止某一电容器击穿，其他电容器通过此电容器放电而引起爆炸，在每一电容器支路中串有一个防爆保护的快速灭弧熔断器F。它的熔丝用铜丝做成，用金刚砂作为灭弧剂。

四、复合式电子开关

复合式电子开关由一个大功率晶闸管CT和一个硅整流器D₃反并联，并联的一端与控制充退磁开关K和线圈L公共点连接，K的另一端和作为短路开关的硅整流器D₄串联，D₄的正端接地，并联的另一端与触发限流电阻R₁₂和触发继电器触头J_2－2串联连接组成。

为了保护设备和人身的安全，当断电停止工作时，电容器组C_f上的剩余电压可通过电阻R₁₃泄放掉。

开关K接通为充磁，断开为退磁。所以这种复合式电子开关可以使充磁线圈在不更换任何器件情况下，用作退磁线圈，因而操作方便。

当充磁运行时，使K接通，充电完成，继电器触头J_2－2接通，晶闸管CT导通，电容器C_f对磁场线圈L放电，放电电流达到峰值以后，电流经D₄返回，不再对C_f充电，形成指数衰减的波形。这样，总放电电流波形为一正向脉冲，适用于充磁。

当退磁运行时，使K断开，放电开始，放电电流达到峰值以后，对C_f反向充电，电流过零以后，反向电流从D₃流过，如此反复，产生衰减的振荡电流波形，适用于退磁。

五、比特磁场线圈

本实用新型磁场线圈L采用比特线圈，图（三）是磁场线圈结构图。该线圈特征是在其通常的比特线圈匝间装有数个散热片（2），以及各匝间用聚脂薄膜为基的粘胶带做绝缘层，并在线圈上，下放上用绝缘材料制成的上压板（1），下压板（4），再用一组紧固螺栓（5）均匀分布于线圈外侧，并穿过上下压板（1）（4），压紧固定。当上下板（1）（4）被压紧时，支柱（3）通过对上下压板（1）（4）的支撑力，使上下压板（1）（4）产生予应力以减少放电时各匝间的斥力，不使上下压板（1）（4）产生形变。

六、安全保护系统

安全保护系统由过电压保护系统，线圈过热保护系统，电容器防爆灭弧熔断器组成。过电压保护系统是由电压予选回路，过电压保护回路，充电时间限制回路组成的三重保护。线圈过热保护系统由线圈过热保护回路和运行间隔时间控制回路组成。熔断器F在前面贮能电容器组中已述，这里不再多述。下面说明其他二种安全保护措施。

1、过电压保护系统

过电压保护系统为三重保护，由电压予选回路，过电压保护回路，充电时间限制回路组成。

（1）电压予选回路

该回路由电压比较器B₁，开关三极管T₁，控制予选电压的继电器J₄，电位器W₁，高压分压器R₁＋R₂组成。它具有双重功能，它即可以控制予选充电电压，同时又是自动充电的一个电压限止回路，具有过电压保护功能。予选电压V₁通过电位器W₁从电源Vcc取得，V₁＝0－800V任选，为了安全，该回路已限定V₁不能输出大于800V的电压。充电电压V_cf通过高压分压器R₁＋R₂的低压臂R₂上取得。当充电电压达到予选电压值800V时，继电器J₄吸合，触头J_4－1断开，接触器J₁断电，充电自动停止。

（2）过电压保护回路

该回路由电压比较器B₂、开关三极管T₂、作为过压保护的继电器J₅、电位器W₂、高压分压器R₁＋R₂组成。警戒电压V₂通过电位器W₂取得。电容器C_f可允许的最高电压为900V，警戒电压V₂取值为850V，（正常予选工作电压为800V）。一旦电压予选回路发生故障，充电电压V_cf达到警戒电压值时，电压比较器B₂输出为低电平，开关三极管T₂导通，继电器J₅吸合，J_5－1断开，电路将自动切断电压，停止充电。

（3）充电时间限制回路

该回路由限制充电时间的时间继电器TJ₁组成，它通过限制充电时间，以达到过压保护目的。也就是当予选回路和过压回路发生故障时，充电电压V_cf超过警戒电压V₂而继续上升，当充电时间达到允许予选时间时，TJ₁吸合，停止充电，并同时出现声光报警。

2、线圈过热保护系统

该系统由线圈过热保护回路和运行间隔时间控制回路组成。

（1）线圈过热保护回路

该回路由放在磁场线圈中的热敏电阻R_H、电压比较器B₄、开关三极管T₄、作为过热保护的继电器J₆、电位器R₁₀、电阻R₈、R₉、R₁₁组成。热敏电阻R_H的值随温度的升高而降低，磁场线圈L的允许温度为小于100℃，对应于100℃的R_H值为400Ω，R₉＝R₁₁＝1KΩ，R₁₀取400Ω，当线圈温度升高到100℃时，R_H为400Ω，与R₁₀的阻值一样，电压比较器B₄的正、负输入端电压平衡，输出电平变低，继电器J₆吸合，J_6－1断开，切断接触器J₁电源，充电停止，并发出声光报警、直到温度降到100℃以下，R_H的值大于400Ω时，开关管T₄截止，才能再次启动充电。

（2）运行间隔时间控制回路

该回路由电压比较器B₃、开关三极管T₃、作为间隔时间控制的继电器J₇、电位器W₃、高压分压器R₃＋R₄、电容C，隔离二极管D₅组成。运行前，电压比较器B₃负输入端电压V_T取常量2V，B₃正输入端电位为零，B₃输出为低电平，开关管T₃不导通。按下充电启动按钮Q₁开始充电，在贮能电容器组C_f上电压上升的同时，通过二极管D₅给电容器C充电，C上的电压又通过高压分压器的低压臂R₄输入到比较器B₃的正输入端，当充电电压大于V_T时，B₃输出端部为高电平，继电器J_7－1断开，此时J₁处于自锁状态，充电继续进行。充电电压达到予选电压时，C_f放电，由于二极管D₅的隔离作用，电容C上的电压只能通过分压器R₃＋R₄慢慢放电，比较器B₃正输入端电压也随之慢慢下降，当下降到2V时或小于2V时，T₃截上，J_7－1闭合，此时再按下充电启动按钮Q₁才能开始充电。由此可见，两次启动Q₁之间的时间间隔由电容器C上电压高低及通过分压器R₃＋R₄放电快慢决定。电容C上电压只有C_f上电压的一半，这样更加安全。在分压器R₃＋R₄不变情况下，C上电压越高，间隔时间越长，线圈L自然冷却时间也就越长，可以保证线圈L在正常温度下工作，保证充磁退磁的效果。当R₃＋R₄＝5MΩ，R₄＝50KΩ时，间隔时间为90秒。

本实用新型与已有设备相比，具有如下特点：

1、因采用准恒流充电电源和运行的自动控制程序，仅需按一次启动充电按钮，即可完成一次充磁或退磁，操作简便。

2、因采用复合式电子开关，不需要更换任何器件，只用一个磁场线圈就可实现充磁或退磁两种功能。

3、因采用比特线圈，使充磁退磁效果好，磁场强度高，工作电压为800V时，磁场强度为40KGS，磁场体积大，为φ75mm×85mm，解决了大型磁钢一次充磁达到饱和的要求。

4、具有多种安全保护功能，并采用低电压工作，（最高电压为800V），使设备安全可靠，不致因误操作而造成危害。

5、尽量采用通用器件，有较理想的性能价格比。

实施例

图（二）是MD－45／75型充磁退磁机电原理图。按图（二）所示连接好，元器件所选用型号，数值如下：

（一）控制系统

K₁，K₂，K₃为5A 220V双刀双掷乒乓开关

K    为3×15A闸刀

Q₁，Q₂，Q₃，Q₄为LA19型按钮

J₁为CJ10－10A接触器

J₂，J₃为JZ7继电器

TJ₁，TJ₂为JS14A继电器

TJ₃为TS7－2A继电器

V    为1－1000V量程电压表

（二）充电电源

变压器次级输出电压800V

C_B为CJ40－1，5μF，2000V油浸电容

D₁，D₂为2DL5／2二极管

（三）贮能电容器组

C_f为CD131－450V，2200μ电解电容组成。

F  熔丝为铜丝，灭弧剂为金刚砂

（四）电子开关

CT    为KP500晶闸管

D₃，D₄为ZP500A二极管

R₁₂，R₁₃为金属膜电阻

（五）磁场线圈

磁场线圈用比特线圈，匝间用聚醋薄膜粘胶带绝缘；

上下压板  φ内80mm，φ外250mm，厚30mm

支柱  φ260mm园周上，高120mm  8组

螺栓  φ230mm园周上  8个

由铜板制成散热片φ外300mm  φ内80mm

将比特线圈压紧。

（六）安全保护系统

B₁，B₂，B₃，B₄为LM339电压比较器

T₃为3DK4C开关三极管

T₁，T₂，T₄为3CK4C开关三极管

J₄，J₅，J₆，J₇为PR41型继电器

W₁，W₂，W₃为1KΩ电位器

D₅为1N4004二极管

C    为CJ40－1000V

R_H为MT－51型热敏电阻

其他全部是金属膜电阻

Vcc    ＋12V

V₁800V

V₂850V

V_cf800V

运行前确定准备条件如下：

1、确定运行目的，确定充磁时，K接通；

2、确定工作电压，将选择开关K₃拨向予选位置，把予选电压V₁，调到所需要的数值800V，再将K₃拨回；

3、将泄放提起，即开关K₂接通，泄放继电器J₃吸合，电容器组C_f的正极与地隔开；

4、选择放电方式，当选择自动放电时，开关K₁接通，

5、上述运行条件具备后，在比特磁场线圈L内放永磁材料样品。

操作时，首先按充电按钮Q₁，接触器J₁吸合并自锁，放开Q₁后，J₁自锁继续吸合，充电电源开始给电容器组C_f充电，此时予选回路、过电压保护回路，充电时间限止继电器TJ₁、过热保护回路都同时自动跟踪监测。当C_f上的电压达到予选值时，予选回路的比较器B₁两输入端电压平衡，B₁的输出端为低电平，开关三极管T₁导通，予选电压继电器J₄吸合，常闭触头J_4－1先断开J₁的电源，接触器J₁消出自锁，充电停止。与此同时，J₄的常开触头J_4－2吸合，此时中间时间继电器TJ₃通过Q₄、K₁、J_4－2、J_1－2、TJ_2－1接通电源而吸合，常开点TJ_3－2自锁，TJ₃延迟3秒后，TJ_3－1闭合，J₂和TJ₂同时吸合，J₂的常开点J_2－2闭合，利用C_f的高电位将晶闸管CT触发导通，电容器组C_f通过复合电子开关向磁场线圈L放电，产生脉冲磁场，与J₂同时吸合的TJ₂延迟3秒钟后吸合，TJ_2－1断开，TJ₃断电，TJ_3－2断开，J₂，TJ₂，TJ₃全部断电，恢复到等待状态。

一次放电后，因为作为间隔时间控制的继电器J₇处于吸合状态，常闭点断开。只有等待时间到90秒后，J₇才会断开，此时有指示灯显示，这时J_7－1闭合，如再按下Q₁方可进行第二次运行。

若采用手动放电方式，K₁断开，其他运行前条件与上述相同，当电压予选继电器J₄吸合后，J_4－2不能接通TJ₃的电源，此时放电，必须按下Q₃，放电过程与上述一样。

从运行前准备和操作过程可知，采用自动放电方式，只需按一下Q₁，所有其他功能都为自动完成。操作极为方便。

MD－45／75型充磁退磁机投入使用以来，用户反映效果很好。运行两年多，没有出现任何故障。对矫顽力为2万的大型磁钢（2×2×1英寸）或小型磁钢均一次达到饱和，已创造了可观的经济效益和社会效益。

Claims (9)

1、一种由控制系统、充电电源、贮能电容器组、磁场线圈、组成的大能量充磁退磁机，其特征在于由控制系统、单相倍压电容换流式准恒流充电电源、贮能电容器组，复合式电子开关、比特磁场线圈以及多种安全保护系统组成，控制系统控制电容器组C_f充电，充电达到予选值，再由复合式电子开关自动放电，在比特磁场线圈L中产生脉冲磁场对永磁材料进行充磁或退磁。

2、根据权利要求1所述的充磁退磁机，其特征在于控制系统由开关K₁，K₂，K₃，按钮Q₁，Q₂，Q₃，Q₄，接触器J₁和继电器J₂，J₃，TJ₁，TJ₂，TJ₃组成的启动充放电和暂停运行功能的电路。

3、根据权利要求1所述的充磁退磁机，其特征在于单相倍压电容换流式准恒流充电电源由串联于电源变压器BT高压输出端的换流电容器C_B，硅整流器D₁，以及处在C_B，D₁之间与变压器线圈输出端地线并联的硅整流器D₂组成。

4、根据权利要求1所述的充磁退磁机，其特征在于贮能电容器组C_f由电容器串并联组成，在每一个电容器支路中串联一个防爆保护的快速灭弧熔断器F，F的熔丝为铜丝，灭弧材料为金刚砂。

5、根据权利要求1所述的充磁退磁机，其特征在于复合式电子开关由一个大功率晶闸管CT和一个硅整流器D₃反并联，并联的一端与控制充退磁开关K和线圈L公共点连接，开关K另一端和作为短路开关的硅整流器D₄串联，D₄的正端接地，并联的另一端与触发限流电阻R₁₂和触发继电器触头J_2－2串联连接，还与泄放电阻R₁₃和泄放继电器触头J_3－1串联连接所组成。

6、根据权利要求1所述的充磁退磁机，其特征在于比特磁场线圈匝间装有数个散热片（2）和各匝间用聚脂薄膜为基的粘胶带绝缘层，在线圈上、下放有用绝缘材料制成的上压板（1）、下压板（4），用一组紧固螺栓（5）均匀分布于线圈外侧，穿过上、下压板（1）、（2），压紧固定，支柱（3）通过对上、下压板（1）、（4）的支撑力使上下压板产生予应力以减少放电时各匝之间的斥力，使上下压板（1）（4）不产生形变。

7、根据权利要求1所述的充磁退磁机，其特征在于安全保护系统由电压予选回路、过电压保护回路、充电时间限制回路组成的三重过电压保护系统，线圈过热保护回路和运行间隔时间控制回路组成的线圈过热保护系统，电容器防爆灭弧熔断器F组成。

8、根据权利要求1，7所述的充磁退磁机，其特征在于：

（1）电压予选回路由高压分压器R₁＋R₂的中间连接电压比较器B₁负输入端，通过电位器W₁从Vcc取得的可任意调节的予选电压V₁加在电压比较器B₁正输入端，经电压比较器B₁输出端控制开关三极管T₁基极和T₁发射极连接的控制予选电压的继电器J₄组成；

（2）过电压保护回路由高压分压器R₁＋R₂的中间连接电压比较器B₂负输入端，通过电位器W₂从Vcc取得的警戒电压V₂加在电压比较器B₂正输入端，经电压比较器B₂输出端控制开关三极管T₂基极和T₂发射极连接的作为过电压保护的继电器J₅组成；

（3）充电时间限制回路由限制充电时间的时间继电器TJ₁组成。

9、根据权利要求1，7所述的充磁退磁机，其特征在于：

（1）线圈过热保护回路由放在线圈中随温度变化的热敏电阻R_H与电压比较器B₄正输入端连接，电阻R₉、R₁₁和电位器R₁₀串联的R₁₁、R₁₀公共点与电压比较器B₄负输入端连接，经电压比较器B₄输出端控制开关三极管T₄基极和T₄发射极连接的作为过热保护的继电器J₆组成；

（2）运行间隔时间控制回路由通过电位器W₃从Vcc取得的时间间隔电压V_T加在电压比较器B₃负输入端，电容器C_f上电压通过隔离二极管D₅和分压器R₄＋R₃低压臂加到电压比较器B₃正输入端，经电压比较器B₃输出端控制开关三极管T₃基极和T₃发射极连接的作为间隔时间控制的继电器J₇组成。

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