一種直流電磁鐵控制電路及吸放板控制系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直流電磁鐵控制電路及吸放板控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵。通常條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失。

現(xiàn)有的技術(shù)中，對于電磁特的控制主要是充放磁的控制比較難，現(xiàn)有的技術(shù)中有一種是采用變壓器降壓二極管整流，電路包括整流變壓器，二極管整流模塊，接觸器等，采用該方案的缺點是電控柜體積比較大，電路復(fù)雜，成本比較貴。

另外，在具體的基于電磁鐵的鋼板吸放操作中，不但要實現(xiàn)電磁鐵對鋼板的吸放，還需要充分考慮整個過程的安全性和可靠性，以及如何與行車(又稱天車)配合，以及在出現(xiàn)停電和故障情況下如何保障不發(fā)生安全事故。

因此，有必要設(shè)計一種直流電磁鐵控制電路及吸放板控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種直流電磁鐵控制電路及吸放板控制系統(tǒng)，該直流電磁鐵控制電路及吸放板控制系統(tǒng)易于控制，能實現(xiàn)的吸放板功能。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種直流電磁鐵控制電路，包括主電路、控制電路和泄放電路；

所述的主電路包括三相不可控整流橋、儲能電容支路、均壓電阻支路和H橋逆變器；

三相不可控整流橋為6個二極管組成的整流橋；

H橋逆變器為由4個IGBT連接而成的2橋臂模塊；

儲能電容支路由2個儲能電容C1和C2串聯(lián)而成；

均壓電阻由2個均壓電阻R2和R3串聯(lián)而成；

三相不可控整流橋的交流側(cè)接三相電源；

三相不可控整流橋的直流側(cè)與儲能電容支路、均壓電阻支路以及H橋逆變器的直流側(cè)并聯(lián)；

2個儲能電容的連接點與2個均壓電阻的連接點短接；

H橋逆變器的交流側(cè)(輸出側(cè))為電磁鐵供電；

電磁鐵上并聯(lián)有泄放電路；

控制電路用于控制H橋逆變器中IGBT的通斷。

在三相不可控整流橋輸出側(cè)的回路上串聯(lián)有軟啟動器；軟啟動器包括并聯(lián)的第一接觸器K1和緩沖電阻R1；第一接觸器受控于控制電路。

作為優(yōu)選：所述的泄放電路為由泄放電阻R4和第二接觸器K2串聯(lián)而成的泄放支路；泄放支路與電磁鐵并聯(lián)。

另一種泄放電路為

由泄放電阻R4和泄放二極管D7串聯(lián)而成的泄放支路；泄放支路與電磁鐵并聯(lián)。

一種吸放板控制系統(tǒng)，包括控制裝置、行車、吊鉤和電磁鐵；

吊鉤設(shè)置在行車上；電磁鐵設(shè)置在吊鉤上，用于吸放鋼板；

電磁鐵的勵磁和退磁均受控于控制裝置；

所述的控制裝置為所述的控制電磁鐵的裝置。

控制電路中集成有MCU；MCU連接有手動開關(guān)。

吸放板控制系統(tǒng)還包括用于檢測電磁鐵兩端電壓的電壓檢測卡，電磁鐵兩端電壓作為反饋信號被采集。也可以進一步檢測橋式整流器的輸出側(cè)的直流電壓作為第二反饋信號。

MCU與行車控制信號輸出端相連。

所述的吸放板控制系統(tǒng)還包括后備電源以及用于投切后備電源的接觸器，接觸器受控于MCU，當停電或主電路故障時，MCU控制接觸器投入后備電源，保障電磁鐵勵磁供電，防止電磁鐵突然失電而造成鋼板墜落事故。

MCU連接有遠程通信模塊，如遠程通信模塊，如3G，4G通信模塊，遙控信號接收模塊等，用于將相關(guān)參數(shù)傳送到主控室或遠程設(shè)備，或者接收遙控信號，實現(xiàn)遙控控制等。

MCU連接有鍵盤和顯示屏。

控制方法：

一、基本控制

通過控制電路實施以下3種基本控制：

(A)勵磁控制

勵磁控制為MCU通過驅(qū)動IGBT為電磁鐵供電，勵磁分為強勵磁和弱勵磁；強勵磁是指主電路輸出DC290V電壓；弱勵磁是指主電路輸出DC220V直流電壓；

弱勵磁電壓0-DC220V(大于0且小于或等于DC220V)，強勵磁電壓為DC250-500；

勵磁控制用于吸附鋼板；

正向勵磁時，IGBT模塊Q2一直導(dǎo)通，IGBT模塊Q1和Q3交替導(dǎo)通為電磁鐵提供脈沖式的工作電壓(或者Q3一直導(dǎo)通，Q2和Q4交替導(dǎo)通)。

(B)退磁控制

反向勵磁在設(shè)備接收到退磁信號后，電控設(shè)備為電磁鐵提供反向電壓，加快電磁鐵泄放速度。時，IGBT模塊Q1一直導(dǎo)通，IGBT模塊Q2和Q4交替導(dǎo)通(或者Q4一直導(dǎo)通，Q1和Q3交替導(dǎo)通)。

(C)能量泄放控制

能量泄放控制為MCU控制所有IGBT閉鎖(或稱為阻斷、截止等)，針對有開關(guān)K2的退磁電路，MCU驅(qū)動開關(guān)K2閉合，電磁鐵通過電阻R4和K2泄放原本存儲的能量；或電磁鐵通過二極管D7以R4泄放原本存儲的能量；

退磁控制用于將吸附的鋼板放落；

二、軟啟動控制

啟動時，常開開關(guān)K1斷開，R1串接在主電路中起到限流電容充電保護作用；

啟動完成后(如啟動開始5秒鐘后，或者，設(shè)備連接市電后，通過電壓檢測板采集母線電壓，將采集到的電壓信號送到MUC控制單元中進行處理，監(jiān)測電容充電過程，當電容C1 C2充電完成后，表示啟動完成)，MCU控制接觸器得電，K1閉合，使得R1短路，則軟啟動完成。

三、4種具體控制工況

(1)一次性吸放板控制

通過手動開關(guān)，采用前述的基本控制中的勵磁控制和退磁控制，實現(xiàn)一次性吸放板控制；

(2)分張放板控制

通過操作手動開關(guān)吸附多張鋼板，然后操作另一手動開關(guān)，MCU向IGBT發(fā)出短時脈沖封鎖；脈沖封鎖：脈沖封鎖就是不發(fā)脈沖，不勵磁；具體操作時，按下分張放板按鈕后，停止給電磁鐵正向電壓，人工判斷電磁鐵吊起的最底部的鋼板脫落時，松開分張放板按鈕。設(shè)備重新為電磁鐵提供正向電壓。從而使得吸附的最下方的一張或多張鋼板墜落，而其他吸附的鋼板維持吸附；

(3)天車行走連鎖控制

行書即將行走時，行車向MCU發(fā)送有效的行走狀態(tài)信號(低電平或高電平信號)，MCU收到該有效的行走狀態(tài)信號后，驅(qū)動IGBT保持勵磁功能，防止電磁鐵吸附的鋼板墜落引發(fā)事故；當所述的走狀態(tài)信號失效(如高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?后，則MCU能執(zhí)行退磁控制；即恢復(fù)正常的控制(即不受行車狀態(tài)干擾的控制)；即行車有效狀態(tài)信號能閉鎖MCU的退磁控制功能。

(4)停電保持控制

當停電或主電路故障時(通過監(jiān)測整流器輸出側(cè)電壓可判斷存在停電或主電路故障)，MCU控制接觸器投入后備電源與三相不可控整流橋輸出側(cè)對接，保障電磁鐵勵磁，防止電磁鐵突然失電而造成鋼板墜落事故。

主電路中，各電阻的阻值范圍如下：R1：3.3-4Ω R2，R3：5.1K-6K

系統(tǒng)包括一鍵盤，所述的鍵盤受控于控制板MCU(DSP)；所述控制板MCU(DSP)用于控制主回路IGBT模塊；所述主回路包括不可控整流，軟啟動器(上電緩沖回路)，儲能電容，均壓電阻，IGBT模塊等；所述電壓檢測卡用于檢測電磁鐵兩端的電壓，實現(xiàn)恒壓控制；所述手動開關(guān)用于給定強勵磁信號、弱磁信號、退磁信號等給到控制板；所述泄放回路主要用于為電磁鐵正向勵磁到反向消磁提供泄放回路，防止報過壓故障。

所述主回路見圖6所示，所述不可控整流單元包括二極管D1，二極管D2，二極管D3，二級管D4，二級管D5，二極管D6，其中二極管D1和D4，二極管D2和D5，二極管D3和D6分別連接三相電的輸入相電壓；軟啟動器包括直流接觸器K1和上電緩沖電阻R1，其中K1和R1并聯(lián)，所述上電緩沖電阻R1連接于二極管D6的陽極和儲能電容C2的負極；儲能電容包括儲能電容C1和儲能電容C2，其中所述儲能電容C1和儲能電容C2組成串聯(lián)電路；均壓電阻包括R2和R3，R2和R3組成串聯(lián)電路，所述均壓電阻R2和儲能電容C1并聯(lián)，所述均壓電阻R3和儲能電容C2并聯(lián)；H橋拓撲包括IGBT模塊Q1～Q4。IGBT模塊Q1和IGBT模塊Q3串聯(lián)之后與所述IGBT模塊Q2和IGBT模塊Q4并聯(lián)，所述IGBT Q1和IGBT Q3以及IGBT Q2和IGBT Q4之間分別連接電磁鐵輸出端。

有益效果：

本發(fā)明的直流電磁鐵控制電路及吸放板控制系統(tǒng)，通過控制其輸出電壓的大小，以及通過針對IGBT的PWM控制，能減緩線圈能量沖擊，對于正向勵磁時泄放，以及反向勵磁時泄放沒有太高實時要求的場合，可以使用此方式。其成本相比其傳統(tǒng)方案有顯著的下降，體積比較小，產(chǎn)品在市場上具有較大競爭力。

本發(fā)明構(gòu)建一種控制電磁鐵的裝置相比傳統(tǒng)方案可以降低成本，體積小，控制精度高，保護性能完善并且具備停電保磁功能，能解決正向勵磁到反向退磁報過壓故障的問題。

系統(tǒng)具有以下功能：

(1)上電初始化，等待吸料，通過鍵盤由人工輸入設(shè)定參數(shù)。其設(shè)定的參數(shù)包括強勵磁，退磁，弱磁，分張放板，天車行走等參數(shù)的設(shè)置。

(2)強勵磁輸出。通過手動開關(guān)給開關(guān)量信號給到控制板來控制IGBT模塊輸出強勵磁信號。裝置輸出DC290V直流電壓，實現(xiàn)電磁鐵強磁輸出。

(3)弱磁輸出。通過手動開關(guān)給開關(guān)量信號給到控制板來控制IGBT模塊輸出弱磁信號。裝置輸出DC220V直流電壓，實現(xiàn)電磁鐵弱磁輸出。

(4)退磁輸出。通過手動開關(guān)給開關(guān)量信號給到控制板來控制IGBT模塊輸出退磁信號，完成放料。

(5)分張放板功能。通過手動開關(guān)給開關(guān)量信號給到控制板控制IGBT模塊的關(guān)斷。

(6)天車行走信號功能。通過手動開關(guān)給開關(guān)量信號給到控制板，當天車行走信號引入后，并且裝置處于運行狀態(tài)，此時當停止信號接通，裝置不能停止，必須保證運行狀態(tài)。只有當天車行走信號解除后，重新接通停止信號接通后，方可完成停機動作。

(7)該裝置具有停電保磁功能，可以采用備用蓄電池組給電磁鐵繼續(xù)供電，保證電磁鐵所吊運的被吸物不脫落，從而保證現(xiàn)場的其他設(shè)備及人生安全。、

該裝置具有恒壓限流和恒流限壓功能。

所述主回路還包括兩個電流傳感器，所述電流傳感器信號經(jīng)過處理后送到控制板，實時檢測P相和N相電流。

因此，這種吸放板控制系統(tǒng)電路簡潔，易于實施，功能豐富，安全可靠性高，適合推廣實施。

附圖說明

圖1為直流電磁鐵控制電路及吸放板控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為第一種具有泄放回路主電路原理圖；

圖3為第二種具有泄放回路主電路原理圖；

圖4為行車、吊鉤和電磁鐵等設(shè)備的位置關(guān)系示意圖；

圖5為勵磁和退磁時序圖；

圖6為沒有泄放回路的主電路原理圖；

標號說明：1-控制裝置，2-行車，3-吊鉤，4-電磁鐵，5-鋼板。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：

實施例1：如圖1～5，一種直流電磁鐵控制電路，包括主電路、控制電路和泄放電路；所述的主電路包括三相不可控整流橋、儲能電容支路、均壓電阻支路和H橋逆變器；三相不可控整流橋為6個二極管組成的整流橋；

H橋逆變器為由4個IGBT連接而成的2橋臂模塊；

儲能電容支路由2個儲能電容C1和C2串聯(lián)而成；

均壓電阻由2個均壓電阻R2和R3串聯(lián)而成；

三相不可控整流橋的交流側(cè)接三相電源；

三相不可控整流橋的直流側(cè)與儲能電容支路、均壓電阻支路以及H橋逆變器的直流側(cè)并聯(lián)；

2個儲能電容的連接點與2個均壓電阻的連接點短接；

H橋逆變器的交流側(cè)(輸出側(cè))為電磁鐵供電；

電磁鐵上并聯(lián)有泄放電路；

控制電路用于控制H橋逆變器中IGBT的通斷。

在三相不可控整流橋輸出側(cè)的回路上串聯(lián)有軟啟動器；軟啟動器包括并聯(lián)的第一接觸器K1和緩沖電阻R1；第一接觸器受控于控制電路。

優(yōu)選地，所述的泄放電路為由泄放電阻R4和第二接觸器K2串聯(lián)而成的泄放支路；泄放支路與電磁鐵并聯(lián)。

另一種泄放電路為：

由泄放電阻(R4)和泄放二極管(D7)串聯(lián)而成的泄放支路；泄放支路與電磁鐵并聯(lián)。

一種吸放板控制系統(tǒng)，包括控制裝置1、行車2、吊鉤3和電磁鐵4；

吊鉤設(shè)置在行車上；電磁鐵設(shè)置在吊鉤上，用于吸放鋼板5；

電磁鐵的勵磁和退磁均受控于控制裝置；

所述的控制裝置為所述的控制電磁鐵的裝置。

控制電路中集成有MCU；MCU連接有手動開關(guān)。

吸放板控制系統(tǒng)還包括用于檢測電磁鐵兩端電壓的電壓檢測卡，電磁鐵兩端電壓作為反饋信號被采集。也可以進一步檢測橋式整流器的輸出側(cè)的直流電壓作為第二反饋信號。

MCU與行車控制信號輸出端相連。

所述的吸放板控制系統(tǒng)還包括后備電源以及用于投切后備電源的接觸器，接觸器受控于MCU，當停電或主電路故障時，MCU控制接觸器投入后備電源，保障電磁鐵勵磁供電，防止電磁鐵突然失電而造成鋼板墜落事故。

MCU連接有遠程通信模塊，如遠程通信模塊，如3G，4G通信模塊，遙控信號接收模塊等，用于將相關(guān)參數(shù)傳送到主控室或遠程設(shè)備，或者接收遙控信號，實現(xiàn)遙控控制等。

如圖1，所述主回路還包括兩個電流傳感器，所述電流傳感器信號經(jīng)過電路處理后送到控制板，實時檢測P相和N相電流。

其中，所述鍵盤為初始化參數(shù)設(shè)置裝置，其設(shè)定的參數(shù)包括強勵磁，退磁，弱磁，分張放板，天車行走等參數(shù)的設(shè)置。

如圖6的主回路中，所述不可控整流單元包括二極管D1，二極管D2，二極管D3，二級管D4，二級管D5，二極管D6，其中二極管D1和D4，二極管D2和D5，二極管D3和D6分別連接三相電的輸入相電壓；軟啟動器包括直流接觸器K1和上電緩沖電阻R1，其中K1和R1正向勵磁狀態(tài)時自動并聯(lián)，所述上電緩沖電阻R1連接于二極管D6的陽極和儲能電容C2的負極；儲能電容包括儲能電容C1和儲能電容C2，其中所述儲能電容C1和儲能電容C2組成串聯(lián)電路；均壓電阻包括R2和R3，R2和R3組成串聯(lián)電路，所述均壓電阻R2和儲能電容C1并聯(lián)，所述均壓電阻R3和儲能電容C2并聯(lián)；H橋拓撲包括IGBT模塊Q1～Q4。IGBT模塊Q1和IGBT模塊Q3串聯(lián)之后與所述IGBT模塊Q2和IGBT模塊Q4并聯(lián)，所述IGBT Q1和IGBT Q3以及IGBT Q2和IGBT Q4之間分別連接電磁鐵輸出端。

由于電磁鐵是以一種大的感性設(shè)備，在電磁鐵的正向勵磁/反向消磁過程種，電磁鐵線圈中有很大的儲能。在正向勵磁完成關(guān)斷IGBT時，電磁鐵線圈中通過IGBT模塊Q1和IGBT模塊Q4的反向恢復(fù)二極管回饋到主回路儲能電容中，反之反向消磁操作完成后關(guān)斷IGBT模塊，電磁鐵線圈中儲能通過IGBT模塊Q2和Q3的反向恢復(fù)二極管回饋到主回路儲能電容中，這樣可能會導(dǎo)致報過壓故障。

圖2相比圖6增加了泄放回路，電阻R4和直流接觸器K2串聯(lián)，然后與電磁鐵并聯(lián)，當電磁鐵從正向勵磁到反向消磁過程中，需要正向勵磁PWM關(guān)掉之前提前大概幾百毫秒打開直流接觸器即可，保證正向勵磁/反向消磁過程中，電磁鐵線圈中有很大的儲能通過泄放電阻釋放掉，這樣不會報過壓故障。

按照圖2的泄放回路，這里給出了一種電磁鐵從正向勵磁到反向退磁的時序圖，如圖5所示，T1為正反轉(zhuǎn)死區(qū)時間，一般為幾秒左右，T2為泄放回路接觸打開到PWM關(guān)斷的時間，一般為幾百毫秒左右，T3為PWM關(guān)斷到泄放回路接觸關(guān)斷的時間，一般為幾秒左右，這3個參數(shù)可以由鍵盤來設(shè)置時間。泄放回路阻值一般為線圈等效直流電阻的2-5倍在幾歐～幾十歐以內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試鍵盤參數(shù)和泄放回路阻值來保證從正向勵磁到反向退磁不報故障。

如圖2，直流接觸器K1和上電緩沖電阻R1，組成軟啟動器。優(yōu)選此電路。

(1)退磁

K2為繼電器或接觸器的常開開關(guān)，由CPU控制。

退磁：IGBT阻斷供電，合上K2，能量泄放。

(2)勵磁

K2斷開，通過IGBT為電磁鐵供電

圖3相比圖2用整流二極管替代直流接觸器，可以解決停電保磁報故障，當電磁鐵從正向勵磁到反向消磁過程中，電磁鐵線圈的反向電壓通過泄放回路電阻R4和二極管D7來釋放掉。當電磁鐵處于反向消磁時，反向消磁時間一般為幾秒，電磁鐵線圈存儲的能量比較小，不會導(dǎo)致報過壓故障。

如圖3

(1)退磁

退磁：IGBT阻斷供電，電磁鐵、R4和D7(續(xù)流二極管)組成泄放回路，能量泄放。

(2)勵磁

通過IGBT為電磁鐵供電，勵磁時，R4上也消耗能量。

通過上面描述的具體實施方式，可以增加一種解決過壓故障的方式。通過軟件的PWM控制，減緩線圈能量沖擊，對于部分最正向勵磁時泄放，以及反向勵磁時泄放沒有太實時要求的場合，可以使用此方式。

優(yōu)勢：可以通過PWM控制，實現(xiàn)對變頻器電解電容的無過沖，電流緩慢下降，下降時間在2-5秒，反向泄放時，可實現(xiàn)電流下降時間在1-3秒。

劣勢：由于電流下降時間較長，在需要從正向勵磁到反向泄放快速要求的場合，可能不適合。影響操作的實時性。

其控制方法部分工作原理為：

1、正向勵磁時，IGBT模塊Q2一直導(dǎo)通，IGBT模塊Q1和Q3交替導(dǎo)通，為電磁鐵提供工作電壓(或者Q3一直導(dǎo)通，Q2和Q4交替導(dǎo)通)。

2、反向勵磁：反向勵磁：為電磁鐵提供反向電壓，加快放料速度。時，IGBT模塊Q1一直導(dǎo)通，IGBT模塊Q2和Q4交替導(dǎo)通(或者Q4一直導(dǎo)通，Q1和Q3交替導(dǎo)通)。