Способ технического контроля магнитопроводов

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля индуктивных элементов, работающих в условиях одновременного намагничивания переменным и постоянным магнитными полями. Цель изобретения - попышение достоверности контроля за счет учета влияния высших гармоник. Способ контроля включает выполнение на образце намагничивающей и измерительной обмоток, измерение действующего значения намагничивающего тока в режиме чисто переменного намагничивания и намагничивания с постоянной составляющей при постоянном значении переменной составляющей магнитной индукции, а также постоянного значения тока. Комбинированное намагничивание осуществляется путем однополупериодного выпрямления тога о намагничипчющей обмотке. Контроль осущестяляот путем сравнения коэффициентов аппрок-.и мации, определяемых по приведенным соотношениям , для контролируемого и эталонного магнмтопроводов. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 R 33/12

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Г

I 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4642182/21 (22) 26.01.89 (46) 15.10.91. Бюл. М 38 (71) Томский политехнический институт им.

С.М.Кирова (72) А,Н.Бормашов, Е.И.Гольдштейн и

M Ã.Комарова (53) 621.317.44 (088.8) (56) Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. ГЭИ, M-Л,: 1962, с. 57, 265-268, 328. (54) СПОСОБ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

МАГНИТОПРОВОДОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля индуктивных элементов, работающих в условиях одновременного намагничивания переменным и постоянным магнитИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля индуктивных элементов, работающих в условиях одновременного намагничивания переменным и постоянным магнитными полями.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля за счет учета влияния высших гармоник.

На чертеже приведена принципиальная схема измерительной установки для осуществления способа.

Измерительная установка содержит регулируемый источник 1 синусоидального напряжения, амперметр 2, реагирующий на действующее значение измеряемого тока, диод 3, амперметр 4 средних значений, ре. Ж „, 1684763 А1 ными полями, Цель изобретения — повышение достоверности контроля за счет учета влияния высших гармоник, Способ контроля включает выполнение на образце намагничивающей и измерительной обмоток, измерение действующего значения намагничивающего тока в режиме чисто переменного намагничивания и намагничивания с постоянной составляющей при постоянном значении переменной составляющей магнитной индукции, а также постоянного значения тока. Комбинированное намагничивание осуществляется путем однополупериодноГО выпрямления тока в намдгничива ющей обмотке, Контроль осуществля:ог путем сравнения коэффициентов аппрок. имации, определяемых по приведенным соотношениям, для контролируемого и эталонного магнитопроводов. 1 ил. агирующий только на постоянную составляющую измеряемого тока, ключ 5. Последовательно с элементами 1, 2, 3 и 4 включена намагничивающая обмотка 6, контролируемого магнитопровода 7. К измерительной обмотке 8 подключен электронный вольтметр 9 с большим входным сопротивлением, реагирующий на действующее значение измеряемой ЭДС.

Контроль осуществляется в следующей последовательносч и.

Выполняют на контролируемом образце намагничиваю цую 6 и измерительную О обмотки, подкл.очают нзмагничивающую обмотку 6 к регулируемому источнику синусоидального напряжения 1 последовательно с амперметром действующих значе ий 2.

1684763 а измер11 гольную обмотку — к вольтметру действующих значений 9. Измеряю действующее значение тока в намагничивающей обмотке 6, разомкнув ключ 5, при установленном действующем значении ЭДС на концах измерительной обмотки 8, соответствующем заданному значани(о амплитуды магнитной индукции. Определяют напряженность магнит(1ого поля по действу(ощему значению намагничивающего тока.

Затем размыкают ключ 5, включая тем самым последовательно с намагничивающей обмоткой 6 диод 3. Фиксирук>т показания амперметров 2 и 4, определяют действующее значение и постоянную составляющую напряженности 11амагничивающего поля. Далее определяют коэффициенты а и/3 и сравнивают их с коэффициентами аппроксимации aq l1 /3,- для эталонного образца. Если а < а. а/3 < /3,, следует считать магнитопровод 7, прошедшим технический контроль.

Предлагаемые формулы определения коэффициентов аппроксимации получены с использованием аппроксимации основной кривой намагничивания гиперболическим синусом, Известно, что при разложении гиперболического синуса от постоянной и синусоидаль1о меняющейся составляющих в ряд

Фурье, коэффициентами при тригонометрических функциях являются ряды, на базе функции Бесселя различных порядков отчисто мнимого аргумента. Окончательно получают

"-= "((б, Р,„° (° t)-,=-)/3ь„(,()рВ )+ - y () p > o;) COo < u t + 23< () f3> ) COg < CO t 1....) + °

° 2

- ) 33()РЬ) в и Зыби —.„), (1) где Hm — максимальная напряженность поля, А/м; а, P — коэффициенты аппроксимации, Аlм и 1/Тл;

Во — постоянная составляющая индукции, Тл; м — угловая частота намагничивающего тока, 1/с;

Bm — амплитуда переменной составляющей индукции, Тл.

Из(1) следует, что постоянная составляющая напряженности

Mo-as h(/3Bo) lo(J/3Bm), (2)

Первая гармоника напряженности

M1п1 = 2 а с h ((|3 Во) (- j 11 (J /3 В m) sin в t), (3) вторая гармоника

Нр „, = 2 a s h (/3 В „) 1 (J /3 В,) r.о в 2 01 t, (4) Tpe Tüÿ гармоника

)gm =- 2 а с h (/3 В o) (- J )з (j /3 Вп ) в! и 3 г1) t) 5 (5) четвертая гармоника

Mom = 2 a s h (/3 Во) 11(j/) Вi ) cos 4 го t), (6) и тд.

l0 Запишем выражение для действующего значения напряженности М, ограничиваясь четвертой гармоникой

41 - - )(5" (, во) о() f em)j 2 (с) (pe i(((в,„ц i г

"((((eî) ) (pp )) i2(сь((5во) ",) зв,„))

"(-(((i,(1(. вЛ (7)

Используя известное равенство

20 c)12х == 1 (- sh х, и с и редел ив s h (/3 B o) из (2) выражение (7) заг)ишем в виде

25 1 „ ()вв.) в -, (.()рв,.)+а,());в„) e,z(;(в). - 1() (.1 4()(вп,Ч (" -, (:() -.) 1()(в4 (8)

Известно, что гиперболический синус от

30 периодического аргумента можно представить рядом Фурье

-= - —. t IP Ь " ()= Я(-) 3<,() P o ij,„r-t

:-(.) ь()(". (Дь)п3ыЬ2(- 3 () 8 )в „Бу(, 35 (9)

По аналогии с (7) запишем выражение для действующего значения напряженности в режиме без постоянной составляющей

40 Н-5! 3,(((8„1 ЧЛ)(jpÜ 1 21 ()РВ,„(... (10)

Учитывая тот факт, что при переходе к режиму с постоянной составляющей в на45 пр.1женности максимальное значение индукции практически не изменяетсл, (если пренебречь падением напряжения на выпрямителе 3), выражение (8) с учетом (10) можно записать в виде

50 ()о нс и pа()(вт) 23,(>pefi 13 ()p вт),") ((" ),()рв„)

5r

Уравнение (11) запишем в виде

1604763

jj J,(jl36 1323,jp »13 3 jl3 1 23,(j(.&) 1 (1рР,„1

"о, (i ("- 31 (12)

Функция Бесселя чисто мнимого аргуменга)P Bm выражают степенными рядами, 5

Общее выражение для JL3 (j p Bm) в виде степенного ряда имеет вид (о <, 1Р44

Xl î:13. (j 53l2) ($>m 141" Р()(М р + а (13) Представив функции Бесселя из (12) в виде степенных рядов по(13), окончательно 15 запишем (й" ) 4

20 (М.1

14

9,25

Решив (143 относительно/3, получим

925(33 — 3тл j3 3 25 (ив rn 2,3125 И0- Н - Н

Амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе определяется

Е 1/2 30

Bm— (1 6)

u> Q, Р/ где Š— действующее значение ЭДС в измерительной обмотке 8, В; и) — угловая частота магнитной индукции, 1/с; 35

0 — активное сечение магнитопровода

7,м;

Wz количестВО ВиткОВ измерительной обмотки 8.

Напряженность магнитного поля с постоянной составляющей

Н,= в, (17)

lñ где W1 — число витков намагничивающей обмотки 6, 1с — длина средней силовой линии магнитопровода 7, Ig — действующее значение намагничивающего тока с постоянной составляющей, А/м.

Напряженность постоянной составляю- 50 щей магнитного поля

10 И/1 (18)

lñ где 10 — постоянная составляющая намагничивающего тока. А/м, Напряженность магнитного поля беэ подмэгничивания постоянным током

Н= —, (19) (с где — деиствууо3цее значение нлмагничивающего тока в режиме без пос3оя31нпи составляющеи. А/м.

Окончательjjoe выражение для коэффициента аппроксимации с у Зетом (16), (17), (18), (19) имеет вид о.,25 () I - 1 1о

99 С (= — — ——

Š— --- — Х-.---: т",3 3 3 — .l I - 3 (20) Аналогично для коэффициента аполучаем иэ (0) Й3 3 — 3

М. =—

2(J, ((ЪР,3 (З((ЪЬ„) a в (Р6))

Анализируя выражения (3) -- (6) для определения гармоник напряженности магнитно о поля в магнитопроводе легко видеть, что отношение амплитуд высших гармоник к первой целиком определяется коэффициентом/3 и не зависит от коэффициента

l2. Коэффициент определяет лишь крутизну .1аклона характеристики намагничивания мэгнитопровода 7. Поэтому магнитопроводы, у которых/3

ПЛ 16х32х65 из электротехнической стали

3413. На центральный керн каждого иэ трех магнитопроводов поочередно устанавливали катушку, состоящую из двух обмоток, Намагничивающая обмотка выполнена проводом ПЭ — 2 диаметром 0,86 мм и содержит 376 витков, измерительная обмотка выполнена проводом ПЭВ-2 диаметром 0,4 мм и содержит 54 витка, Активное сечение каждого магнитопровода составляет

4,76 10 м, длина средней силовой магнитной линии 0,233 м.

При контроле использованы следующие приборы; в качестве регулируемого источника синусоидального напряжения 1 — регулируемый автотрансформатор типа

ЛАТР-1М, включенный в промышленную сеть 220 В, 50 Гц; амперметр 2, реагирующий на действующее значение тока, типа

359 класса 0,5: амперметр средних значений 4, типа M 1108 класса 0,2; вольтметр действующих значений — ВЗ-57 класса 1.0: диод — 3 — типа Д 242, Контроль проводили в следующей последовательносги. По формуле (16) определили требуемое показание вольтметра 9, равное 7 В, соответствующее амплитуде индукции в магнитопроводе 7—

1,2 Тл, Замкнули ключ 5 и с помощью источ1684763 ника 1 установили требуемое значение индукции, Зафиксировали действующее значение намагничивающего тока, для первого магнитопровода — эталонного I = 0,16 А в режиме без выпрямителя. Разомкнули ключ 5.

Зафиксировали действующее значение намагничивающего тока с пос1оянной составляющей !в = 1,52 А и постоянную составляющую намагничивающего тока !„= 0,81 А, Полученные значения подставили в выражение (20) 14 54. !,!e !0 ?25(-,!;: - ie 081 (- !! — — — - 3, 54, 1, 7 $ 2",q . e (\ . )) р -.l

О,!6

376 йэ

0,233 2 (12 12 I 4.39 + 0 6857 ) = 14,16 А/м.

Для второго магнитопровода в том же режиме измерений получены следующие значения токов: =- 0,157 А; l =- 1,56 А: 4 ==

= 0,82 А. По выражению (20) определяли коэффициент/3! = 3,62 1/Тл, Значения функций Бесселя при/ В„:= 4,416

Il (J 4,416) = 14.57; !з (J 4,416) = 5,54;

lg (J 4,416) = 0,9234, При данных значениях коэффициент a =

= 11,47 Аlм.

Далее техническому контролю был подвергнут третий магнитопровод из этой же партии. При этом же режиме измерений получены следующие значения токов: =

= 0,165 А; Ig = 1,61 А; !<> = 0,87 А. По выражению (20) определяли коэффициент р

Л1

= 3,311 1/Тл. Значения функции Бесселя при ф Вm — — 4,04 /Тл. !1 (J 4.04) = 11,91; ! з (J 4,04) = 6,83: К U 4,04) = 0.5047.

При данных значениях коэффициент a =

= 17,22 А/м.

По выражениям (2) — (6) определим амплитуды первых четырех гармоник напряженности магнитного поля для каждого образца.

Для первого магнитопровода -- эталонного;

Н! = 2 14,16 6,73 12,1 = 2306,2 А/м

Для определения коэффициента а по выражению (21) предварительно определили значения функции Бесселя с помощью степенного ряда (13) для аргумента/3 Bm =

= 3,454 . 1,22 = 4,213. Получены следующие значения

I! =- (j 4,213) = 12,1; !з = (j 4.213) = 4,39; в = (j 4.213) = 0,6857 /!-!3 + Н + !

-11

Для эталонного магнитоправода (22) 1536,7 + 83b.7 I . 6.> 3 г

/ 2 r = = 0,775.

2306,2

30 Для второго мапвпопровода ъ1594 3 + 894 7 + 463 11

23582

Для третьего магнитопровода

1609 + 850,7 + 360,4

Из анализа коэффициентов гармоник, видно, что меньшему коэффициенту/3 соответствует меньший коэффициент гармоник.

Третий магнитопровод генерирует меньше высших гармоник, но имеег меньшую крутизну кривой намагничивания. Второй магнитопровод не проходит по коэффициенту гармоник, Сравним теперь коэффициенты с и /J3, приняв первый магнитопровод за эталонный, Для второго магнитопронода:

c = 11,47 А/м,/1 =- 3,62 1/Тл — 11,47 A/è <

14,16 Аlм; 3,62 1/Тл > 3 454 1/Тл. Для третьего магнитопровода и = 17,22 А/м;

Л

/:, = 3,311 1/Тл — 17,22 А/м > 14,16 А/и;

",311 1/Тл < 3,454 1/Тл, Таким образом, второй и третий магнитопроводы не прошли технический контроль, Следовательно, по сравнению с известным способом достоверность повысилась благодаря учету нелинейности кривой наН2 =- 2 14 16 6 65 8, b 1536 7 А/м !

-!з = 2 14,16 6,73 4,39: 836,7 А/м

Нл =- 2 14,16 6,65 1,94 — 365,3 Л/м

Для второго магнитопровода:

5 Н1=2 11.47 7,04 l4,57 =-2353 Л/м

IIy = 2 11,47 6,65 10 = 594,3 А/м ! !з = 2 11,47 7,01 5,51-- Г 94,7 А/и ! !4 = 2 11,47 6,95 2,53 == 4М,4 Л/м

Для третьего магнитопровода;

10 Н1=-2 17,22 6,9 10,31 --2450 А/м

Нр = 2 17,22 6,84 6,83 =- 1609 А/м

Нз =- 2 17,22 . 6,9 . 3,58 -- 850,7 А/м

Нл = 2 17,22 6,84 1,53 =- 360,4 Лl м, Йз анализа амплитуд первых гармоник

1 ) напряженности следуе, что оба контролируеiлых магнитопровода имею. худ лис t tàãнитные свойства, т.е. меньшу.о крутизну основной кривои намагничивания.

Для cp3BI!cHllfl магнитопроводов по свойству генерирования высших гармоник определим коэффициен1ы гармоник

16Â4763

Составитель С. Шумилишская

Редактор M.Âàñèëüåâà Техред М,Моргентал Корректор М.Максимишинец

Заказ 3507 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 высших гармоник в процессе технического контроля магнитпроводов, Формула изобретения

Способ технического контроля, магнитопроводов включающий воздействие наконтролируемый и эталонный образцы переменным магнитным полем намагничивающей обмотки в режиме синусоидальной индукции и измерение действующего значения тока в намагничивающей обмотке и действующего значения ЭДС индукции в измерительной обмотке, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности контроля, после измерения действующего значения ЭДС индукции в измерительной обмотке на контролируемый и эталонный образцы одновременно воздействуют переменным и постоянным магнитными полями путем однополупериоднога выпрямления тока в намагничивающей обмотке и регистрируют постоянную составляющую и действующее значение тока в намагничивающей обмотке, при этом годным считают магнитопровод, удовлетворяющий условиям а <а;Р»< j4, где а», а,, Р», Д вЂ” коэффициенты аппроксимации характеристики намагничивания контролируемого и эталонного магнитопроводов соответственно, определяемые при одинаковом действующем значении ЭДС индукции в измерительной обмотке иэ соотношений

W< 2 КЭ- 2 . бМ 1 <МАЙ„1 Ь 1 г =;=-,==-э,5(>, -1 -1о ь 1 i > Ji > где Bm — амплитуда индукции B магнитопро5 воде, Тл, определяемая из выражения

В ЕЧг со Р/г Qc, Š— действующее значение ЭДС в измерительной обмотке, В;

10 W — угловая частота тока в намагничивающей обмотке, 1/с;

٠— количество витков измерительной обмотки;

0c — активное сечение магнитопровода, 15

Iя — действующее значение тока в намагничивающей обмотке при осуществлении однополупериодного выпрямителя в намагничивающей обмотке до осуществления од20 нополупериодного выпрямителя, А;

1- действующее значение намагничивающего тока в режиме без постоянной составляющей, А/м;

I0 — постоянная составляющая тока в

25 намагничивающей обмотке при осуществлении однополупериодного выпрямителя,А;

W> — количество витков намагничивающей обмотки;

30 1 — длина средней силовой магнитной линии магнитопровода; 1, 0 /9 Bm) — значение модифицированных функций Бесселя 1-го ряда, и-го порядка от чисто мнимого аргумента.