摘要：針對現(xiàn)有熒光磁粉探傷機(jī)退磁不夠穩(wěn)定的問題，給出了移相觸發(fā)器TCA785的工作原理及其在車輪輪對熒光磁粉探傷機(jī)周向電流電路控制系統(tǒng)中的應(yīng)用方法,。結(jié)果表明,，基于移相觸發(fā)器TCA785的磁粉探傷機(jī)周向電流控制具有電路結(jié)構(gòu)簡單、退磁穩(wěn)定,、穩(wěn)定性高,，對提高熒光磁粉探傷的缺陷檢出率，減少列車事故,，都具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,。
關(guān)鍵詞：磁粉探傷機(jī)；移相觸發(fā),；TCA785,；可控硅移相

0 引言
    磁粉探傷機(jī)由于其結(jié)構(gòu)相對簡單、檢測速度快,、成本低,、對環(huán)境污染較小等特點,，已廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)械,、汽車,、內(nèi)燃機(jī)、鐵道,、船泊等部門,。由于某些車輪輪對熒光磁粉探傷機(jī)的退磁不穩(wěn)定，故需要對周向電流電路控制系統(tǒng)中的可控硅調(diào)壓方案進(jìn)行改進(jìn),。目前,，在生產(chǎn)中使用的磁粉探傷設(shè)備中，周向電流多采用2只可控硅反向并聯(lián)組成調(diào)壓電路,。而本文則給出了采用TCA785移相觸發(fā)器對可控硅實現(xiàn)調(diào)壓的方法,。

1 可控硅調(diào)壓原理和觸發(fā)方式
    可控硅具有體積小、重量輕,、耐壓高,、價格低廉、控制靈敏和使用壽命長等優(yōu)點,，它使半導(dǎo)體器件的應(yīng)用從弱電領(lǐng)域進(jìn)入強(qiáng)電領(lǐng)域,，而且廣泛應(yīng)用于整流、逆變和調(diào)壓等大功率電子電路中,?？煽毓枋且环N有源開關(guān)器件，平時它保持在非導(dǎo)通狀態(tài),，直到一個較小的控制信號對其觸發(fā)(或稱“點火”)使其導(dǎo)通,，而且一旦導(dǎo)通后，即使撤離觸發(fā)信號,，它也保持導(dǎo)通,，而要使其關(guān)斷，可在其陽極與陰極間加上反向電壓或?qū)⒘鬟^可控硅二極管的電流減少到某一個閥值以下,。磁粉探傷機(jī)的磁化電路絕大多采用可控硅調(diào)壓方式來控制周向磁化電流,。
1．1 可控硅調(diào)壓原理
    可控硅導(dǎo)通和關(guān)斷的條件是：當(dāng)陽極電位高于陰極電位且控制極有足夠的正向電壓和電流時，即可實現(xiàn)從關(guān)斷到導(dǎo)通,；而陽極電位高于陰極電位且陽極電流大于維持電流時,，可維持可控硅的導(dǎo)通：陽極電位低于陰極電位或陽極電流小于維持電流時，可控硅便從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)殛P(guān)斷,。
    產(chǎn)生觸發(fā)脈沖是可控硅導(dǎo)通的必要條件之一,，其質(zhì)量將直接對可控硅的工作情況和性能造成影響。因此,，產(chǎn)生觸發(fā)信號的觸發(fā)電路的可靠性直接關(guān)系到可控硅調(diào)壓裝置的質(zhì)量,。
1．2 可控硅的觸發(fā)方式
    用可控硅實現(xiàn)交流調(diào)壓通常有兩種觸發(fā)方式,，即過零觸發(fā)方式和移相觸發(fā)方式。
    過零觸發(fā)是在電源電壓零點附近觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通,，并通過改變設(shè)定周期內(nèi)晶閘管導(dǎo)通的周波數(shù)來實現(xiàn)交流調(diào)壓,。可控硅定周期過零觸發(fā)工作波形如圖l所示,。圖1中,，Tc為控制信號的周期，t1和t2分別為可控硅的通,、斷時間,，且Tc=t1+t2。該電路是通過改變可控硅的通斷時間,，即改變通斷的周波數(shù)來實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié),。通常控制電路先把負(fù)載與輸入電壓U在周期Tc時間接通t1秒(通n個周波),，然后再斷開t2秒(斷m個周波),，即通過改變通斷時間來調(diào)節(jié)負(fù)載的輸出電壓。

  移相觸發(fā)是通過改變導(dǎo)通角來實現(xiàn)調(diào)壓,。圖2所示就是觸發(fā)脈沖的移相觸發(fā)角分別為45°、90°和135°時的導(dǎo)通情況,，由圖2可知,，負(fù)載兩端的電壓是隨移相觸發(fā)角的變化而變化的。

    移相觸發(fā)在可控硅的每個正或負(fù)周期中都有保持通斷的部分,，即輸出連續(xù)可調(diào),，故能適應(yīng)各種負(fù)載，但在控制過程中,，會對電網(wǎng)產(chǎn)生電磁干擾,。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)、使用條件和周圍環(huán)境,，本設(shè)計選擇移相觸發(fā)作為可控硅的觸發(fā)控制方式,。

2 可控硅移相觸發(fā)器電路的設(shè)計
    隨著集成電路制作技術(shù)的提高，集成觸發(fā)器克服了分立元件觸發(fā)器的缺點,，因而得到廣泛的應(yīng)用,。本文采用集成觸發(fā)電路TCA785來改造現(xiàn)有設(shè)備，以提高設(shè)備性能,。
2．1 TCA785移相觸發(fā)器簡介
    TCA785移相觸發(fā)器屬單片移相觸發(fā)器,，為雙列直插式16腳大規(guī)模集成電路，與其它芯片相比,，TCA785具有輸出脈沖整齊度好,、移相范圍
寬,、輸出脈沖寬且可人為調(diào)節(jié)等優(yōu)點，所以適用范圍更為廣泛,。
2．2 TCA785的工作原理
    TCA785的原理如圖3所示,，其中腳11接移相控制電平V11，腳6接調(diào)制信號,，腳5接同步信號,，腳12通過電容接地，腳9和10分別接鋸齒波斜率電阻和電容,，腳15和14為脈沖輸出端Q1和Q2,。

    同步電壓VSYNC經(jīng)電阻R5到零點鑒相器ZD，當(dāng)ZD檢測出其過零點后,，可送同步寄存器SR寄存,，并由SR控制鋸齒波發(fā)生器RG，RG的電容C10
由電阻R9決定的恒流源SC充電,，當(dāng)電容C10的鋸齒波電壓V10大于移相控制電壓V11時,，便產(chǎn)生一個脈沖信號到輸出邏輯單元，并在引腳14(Q1),、引腳15(Q2)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,。可以看出：觸發(fā)脈沖的移相受移相控制電壓V11大小的控制,，觸發(fā)脈沖Q1,、Q2可在0°～180°范圍內(nèi)移相，且管腳14,、15輸出脈沖相位差180°,。
    TCA785的主要引腳波形如圖4所示。其中5腳為外界同步信號端,，用于檢測交流電壓過零點,。10腳為片內(nèi)產(chǎn)生的同步鋸齒波．其斜坡最大
及最小值由9、10兩腳的外界電阻與電容決定,。通過與ll腳的控制電壓相比較,，可在15和14腳輸出同步的脈沖信號，因此,，改變1l腳的控制電
壓,，就可以實現(xiàn)移相控制。脈沖的寬度則由12腳的外接電容值決定,，當(dāng)選擇雙窄脈沖的驅(qū)動方式時,，12腳應(yīng)接150 pF電容。實際上,，有幾十個微秒的脈沖寬度即可使晶閘管正常導(dǎo)通,。

2．3 可控硅移相觸發(fā)電路的設(shè)計
    本控制系統(tǒng)的控制對象為CJW-4000型車輪輪對磁粉探傷機(jī),，它由電源控制系統(tǒng)、進(jìn)／出輪系統(tǒng),、噴淋磁化系統(tǒng),、熒光燈系統(tǒng)、磁選液噴淋回收系統(tǒng)以及暗室等組成,。設(shè)備控制電路采用可編程控制器PLC集中控制,。
    車輪輪對熒光磁粉探傷機(jī)的可控硅移相觸發(fā)電路如圖5所示。該電路應(yīng)用TCA785輸出的Q1和Q2 (即14,、15腳的輸出)脈沖分別在交流電源的正負(fù)半周來直接觸發(fā)晶閘管,，移相控制電壓U11來自外接的直流電源V1(此處用+15 V)，在其有效范圍內(nèi)(0．2 V～V1-2 V)內(nèi)連續(xù)變化時,，脈沖輸出Q1和Q2的相位即可在0°～180°范圍內(nèi)移相,。

    由于從同步變壓器過來的信號都是正弦信號，而且TCA785是利用檢測過零的原理來實現(xiàn)同步的,，因此,，如果正弦波的幅值過小，那么就
不能提供清晰的過零點,，同時電磁干擾也可能導(dǎo)致過零點檢測錯誤,，但是，正弦波的幅值過大又會超過芯片的同步電壓輸入范圍,，所以應(yīng)將同步信號整形成方波,。如圖5中腳l f接地)和腳5之間就是利用反并限幅二極管(管壓降為l V左右)來將正弦波變?yōu)榉讲āＲ_5外接220 kΩ的電阻后,，可直接接220 V AC的同步電壓信號，以用于檢測交流電壓的過零點,，同時對地端接兩個正,、反向并聯(lián)的限幅二極管，以起保護(hù)作用,。
    引腳12是輸出脈沖Q1和Q2的脈寬控制端,。其應(yīng)用范圍為150～4700 pF。
    引腳6是脈沖信號禁止端,?？赏ㄟ^阻值10 kΩ的電阻R2接+15 V電源。當(dāng)該端電壓小于2．5 V時,，輸出脈沖被封鎖,；而當(dāng)該端電壓大于4 V時，封鎖功能不起作用,。因此,，該腳可作為主電路的可控硅過流,、過熱保護(hù)使用。
    lO腳為芯片產(chǎn)生的同步鋸齒波的斜率最大及最小值由9,、10兩腳的外接電阻和電容決定,，然后通過與1l腳的控制電壓相比較，便可在15和14腳輸出同步脈沖,，以改變11腳的控制電壓,，從而實現(xiàn)移相控制。ll腳可通過電容接+15 V電源,。

3 TCA785應(yīng)用中應(yīng)注意的問題
    TCA785移相觸發(fā)器采用的是負(fù)邏輯工作方式,，即控制電壓增加，輸出脈沖的控制角增大,，可控硅的導(dǎo)通角減小,。這點在應(yīng)用中應(yīng)該注意。另外,，TCA785的腳1和腳5之間一般利用反并限幅二極管將腳5外接的220 V交流電變成方波,，從而給TCA785提供清晰的過零點信號。
若把該觸發(fā)電路用于周向電流充退磁,，應(yīng)在可控硅輸出的交流電流后加整流橋,，以將該電流變?yōu)橹绷鳎倥c磁粉探傷機(jī)周向線圈連接,。

4 結(jié)束語
    本文以TCA785為核心的可控硅移相觸發(fā)電路,，可對車輪輪對熒光磁粉探傷機(jī)周向磁場的充退磁實現(xiàn)有效控制，這樣,，不僅可使充磁能夠通過吸引熒光磁粉有效的檢測出車輪是否有裂紋,，還能把檢測完畢的輪對磁場降到標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量,。該電路設(shè)計相對簡單,、可靠性好，并可有效地保障探傷機(jī)的檢測質(zhì)量,。