电路设计对电磁感应问题的作用

发布时间：2022-10-05 10:03 热度：

　　电磁感应现象告诉我们，导体在磁场中做有效切割磁感线的运动时，如果电路闭合则会产生感应电流；如果电路不闭合，则会产生感应电压。在实际中遇到的电磁感应往往给生产，尤其是在大规模的工业设备运转带来不利的影响（谭静,陈涛,马晓勇.葛洲坝换流站金属回线转换开关保护动作原因分析[J].电子世界,2014(20):443-444；王囡囡.莱钢120万吨球团感应电压消除方法的研究[J].电子世界,2012(12):47-48；王新平,燕红侠.PLC输入模块损坏原因分析及采取的措施[J].煤炭技术,2009,28(2):113-114；张国金.吹灰器信号回路产生感应电的原因及解决方法[J].中国高新技术企业,2012,28(5):69-70）。笔者在企业工作期间，在中等规模设备的实际运维工作中，遇到一些看似简单，实则直接关系产品可靠性和设备改造成本的电磁感应现象。研究发现，通过合理的电路设计，往往可以找到较高性价比的解决方案。在这里，笔者将三个技术案例，包括：攻牙机工作可靠性问题、调速器可靠性问题以及一款简单的“电流传感器“的设计，与年轻读者分享，相信会对大家的工作有所帮助。

　　1攻牙机工作可靠性问题

　　在企业生产中需将一般钻床改造成简易的“攻牙机”。这要求电机的工作状态是正转（攻牙），到达一定位置后反转，以退出“攻牙”状态，如此循环往复。这会对电机的工作可靠性带来极大挑战，一般工作2个小时就会发生停转故障。经检查，我们发现是两个（一个执行正转、一个执行反转）交流接触器的触点在高频次的工作切换中烧坏，进而发生粘连引起故障。从原理上说，电机是电感器件，在开机或关机瞬间会产生很高的感应电压和火花；这正是导致触点烧坏的祸首。为了解决这个问题，采用6个耐压1600V-2000V的无极性电容（容量1μF）并联在交流接触器的6个触点上，从而成功的解决了这个问题。

　　2调速器可靠性问题

　　前面介绍的是交流电机的案例，下面是一个关于直流电机的案例。一款出口英国按摩器，其内置的调速器在使用过程中容易被烧坏，按摩器无法正常工作。其电路如图1所示。经试验查得，调速器A容易烧坏的原因是：直流电机M在开机和关机的瞬间会在其两端产生从600V到1000V不等的感应电压，而调速器A中通常采用普通可控硅，其设计耐压仅有400V。单纯提高A中可控硅元件的耐压值会大大增加生产成本。为此我们考虑，或许可以通过电路设计的方法加以解决。如图2所示，在改进后的电路中，增加了一只1N4007二极管D和一只压敏电阻R，二者反向并联接在M的两端，能够对感应电压起到整流削波的作用。选用的压敏电阻R能够对高于350V的电压进行压制。这样，危及调速器的高感应电压就通过电路设计的方式彻底解决了。

　　3一款简单的“电流传感器”

　　电磁感应在工作中并非总是扮演“罪魁祸首”的角色，有的时候能够通过电路设计善加利用，可以用来提升我们的工作效率。例如，为外贸加工大口径塑料件，中方企业从上海购进的一台塑料熔接机，该机采用8条2000W的电热管，能够将两个大口径的塑料件粘合起来。外方负责质控的人员对该机提出了要求：要有显眼的装置来显示这8条电热管的工作状态，让设备操作人员一目了然，以保证产品质量。对此，本来可有一个简单的解决办法，即每条电热管上串联一个电流表，通过监视电流表的电流大小，即可判定电热管的工作状态。但此方案是不可取的，因为电流表显示对于设备操作人员而言不够直观。于是，我们考虑用发光二极管（LED）的亮光来替代电流表的显示，为此，必须将电热管的工作电流信息提取出来。而从电磁场理论可知，电流周围存在着磁场。若能将电热管工作时产生的磁场感知并放大出来，这个问题就可以得到解决。我们采用了如下解决方案：先用足够粗的导线在磁环上绕8-10T（圈），接着将其串联于电热管电路上；再将磁开关放置于磁环内的空间中以接收电磁感应，最后将磁开关与LED发光电路连接。当电热管工作时，在磁环中的空间内就会产生磁场，该磁场就能启动磁开关，LED就会随之发光，设备操作人员就能够直接观测到电热管的工作状态。综上所述，面对中等规模生产中遇到的实际问题，我们可以通过试验找到其背后的电磁感应原理，经过相对简单合理的电路设计，完全能够实现电子设备/产品的可靠和易用。相信这些案例会对年轻朋友们的实际工作带来启发。

　　作者：郑本桂 郑天清 单位：中国农业科学院作物科学研究所