中频脱磁器的原理与设计

在铁矿的磁选工艺中，铁矿粉经过磁选机后被磁化，彼此之间相互吸引而聚集在一起，形成磁团聚。矿粉进入震动筛后，不容易被筛下。这样部分矿浆又返回到球磨机，使生产效率大大降低。带磁性的矿浆不仅容易糊筛子，严重时会在分级机上形成很厚的铁粉，影响铁粉的分级和输送。

为了解决上述问题，人们经过了大量的研究和试验，得出结论：让矿浆经过频率几百赫兹以上的衰减的正弦波磁场，即可将铁粉中的磁性退掉。目前，许多磁选厂使用了脱磁器，为了便于用户在实际中对脱磁器维护、维修，本文将从信号波形的角度，详细介绍脱磁器的控制电路原理和设计过程。
　　
脱磁器原理
当被磁化的铁粉通过衰减的正弦波磁场时，能够达到有效的退磁效果。退磁效果与正弦波的频率有关，当频率大于800Hz时，退磁效果明显变好。退磁效果还与磁场强度有关，通常磁场强度大于矫顽磁力的5倍即可。为了达到上述性能指标，目前普遍采用的电路形式如图1所示，工作原理如下：当可控硅SCR2导通时，电感L1、电容C1构成一个并联谐振回路，如果初始状态电容C1两端有电压，则震荡电路会产生衰减的正弦波震荡，波形如图2所示。这样就在线圈内形成了与之同样的磁场。该正弦波应该从最高的幅度逐渐衰减到0，才能保证更好的脱磁效果。

图1  脱磁器原理图

图2  衰减正弦磁场波形
　　
控制单元设计
图1中的电容、电感决定了震荡频率f0，电容容量和回路中的损耗决定了衰减的时间。当电容C1=150μf，电感L1=200μh时，理论的震荡频率是914Hz，由于实际电路中存在误差，实测值约800Hz，衰减的时间超过20ms。

控制原理是：首先通过380V交流电给C1充电，正半周SCR1导通，完成充电过程，负半周SCR1自动截止，C1电压一直保持到下一个正半周期信号到来。此时开通SCR2，使C1、L1形成回路，产生自由震荡并完成放电。如此反复循环，即达到了理想的磁场波形。

为此控制单元给SCR1和SCR2施加的控制信号的仿真波形如图3所示，其中还包含有交流电输入信号和震荡输出信号，从上到下的波形依次为输入的交流电信号、SCR1的控制信号、SCR2的控制信号、震荡线圈信号的波形。

图3  信号波形

各信号波形的时序：在交流电正半周的过0点触发SCR1，用于C1的充电；在下个周期正半周的过0点触发SCR2，用于形成并联谐振回路。SCR2的触发信号不能用窄脉冲信号，而是采用电平触发方式，这样，当电感电压超过电容电压时，尽管SCR2自动截止，但是在下一次电容给电感充电时，控制端满足导通的条件，SCR2仍然能导通，进行连续充放电。

由于整个震荡衰减过程需要20ms以上的时间，所以SCR2控制信号的高电平时间应该大于20ms，超过了交流电周期（20ms），因此将SCR2的控制信号导通时间预留2个交流电周期（40ms），这样就有足够的时间完成震荡衰减过程。可见，完成一次对C1充电和震荡衰减的全过程，总共需要3个周期（60ms）。通常脱磁线圈的长度大于50cm，如果矿浆的流速约1.5～3m/s，则通过脱磁线圈的时间是160～330ms，所以铁粉能有2～5次被衰减的磁场退磁。

图4  控制电路原理

1 硬件电路
控制单元电路由核心器件stc12c4052ad单片机和外围器件构成，原理和功能如下。

stc12c4052ad单片机自带A/D转换器，具有高速、高可靠性，强抗静电（过4kV快速脉冲干扰），强抗干扰，宽电压，不怕电源抖动等特点。它完成同步信号检测（P3.2口，int0中断输入端）、控制信号输出（P3.4、P3.5）、输出强度调整（P1.1）和工作状态指示等功能；整流桥Z1、三端稳压块u2等构成稳压电源，为整个控制电路提供电源；r1、r2、Q2等完成交流同步信号的输入，其中，r1、C7、r2、C8滤除高频脉冲的干扰，同步信号输入到单片机的int0端；整流桥z2、z3、Q3、Q4等构成独立的电源，分别驱动可控硅SCR1、SCR2；光耦G1、G2将低压控制电路与高压驱动电路隔离，既保证了控制芯片和人身安全，同时具有抗干扰作用；三极管Q1及周围电路，用于上电延时。上电时，C14不能突变，所以Q1处于截止状态，Q3、Q4都不能导通，在单片机初始化完成后，P3.4、P3.5处于正常状态时，Q1进入导通状态，避免了SCR1和SCR2同时导通。

2 控制流程
图5是主程序流程图。由于电路中的可控硅触发时间要求严格，所以，程序中分别使用了定时器T0作为SCR1充电的触发定时信号，定时器T1作为SCR2放电时间的定时信号。

图5  主程序流程

结论
综上所述，脱磁器的输出波形是影响脱磁效果的关键因素，波形的参数包括频率、幅度、完整的衰减过程。这也是用户在选择脱磁器时和使用、维护、维修时更应该关心的问题。