Датчик степени насыщения магнитопровода электромагнитного устройства Советский патент 1990 года по МПК G01R33/02 G01R33/12 

Фиг.2

315

Изобретение относится к электротехнике, в частности к технике измерения переменных магнитных величин, и может найти применение в устройствах защиты полупроводниковых преобразователей от замагничивания трансформаторов, а также в устройствах контроля качества изготовления электромагнитных устройств.

Цель изобретения - повышение точности измерения помех выходного сигнала и расширение функциональных возможностей путем измерения параметров локальных неоднородностей.

На фиг.1 изображен однорамочный датчик, установленный на участке магнитопровода электромагнитного устройства в области локальной неоднородности, введенной в тело магнитопровода (воздушный зазор); на фиг.2 - однорамочный датчик, установленный в области локальной неоднородности, выполненной на поверх

ности магнитопровода из ферромагнитного материала; на фиг.З - двухра- мочный датчик, установленный у зазора состыковки элементов сборного магнитопровода; на фиг.4 - однорамочный датчик и схема его обмотки, вариант; на фиг.5 - двухрамочный датчик и схема витков его обмотки, вариант; на фиг.6 - временная диаграмма выходного напряжения датчика, установленного в области локальной неоднородности, введенной в тело магнитопровода (паз, зазор, отверстие и т.д.), при прямоугольном напряжении питания электромагнитного устройства на фиг,7 - временная диаграмма напряжения на выходе датчика, установленного в области локальной неоднородности, выполненной на поверхности магнитопровода в виде ферромагнитного буртика (кольца, выступа), при питании электромагнитного устройства прямоугольным напряжением.

Датчик степени насыщения (фиг. 1-3) магнитопровода 1 электромагнитного устройства содержит обмотку 2 с двумя выводами 3 и 4, которая образует k включенных последовательно и согласно рамок, например,- (фиг.1 и 2 )и (фиг.З), выполненных из изолированных между собой витков провода и расположенных на поверхности стержня контролируемого

0

5

0

5

0

5

0

5

магнитопровода 1 в области его локальной магнитной неоднородности 6.

Обмотку 2 датчика можно выполнить на каркасе или в безкаркасно,м исполнении. Однако наиболее технологичны в изготовлении и удобны при установке на магнитопровод датчики, варианты конструкций которых приведены на фиг.4 и 5. Обмотку 2 этих датчиков навивают изолированным проводом 7 на тонком гибком изоляционном материале 8 (например электрокартоне), на торцах которого для удержания витков рамок 5 предварительно сделаны вырезы 9. Для получения дополнительной жесткости рамок 5 производят фиксацию их витков, например, путем , проклеивания клеем. Выполненный таким образом датчик укладывают на поверхность магнитопровода 1 в области введенной или имеющейся локальной неоднородности 6. Сигнал на выводах 3 и 4 датчика будет иметь максимальное по уровню значение, если одна из сторон всех его рамок 5, лежащих на одной прямой, будет расположена по границе локальной магнитной неоднородности, лежащей в плоскости поперечного сечения стержня магнитопровода 1. После установки датчика его укрепляют на магнитопроводе 1 путем склеивания торцов.

Датчик работает следующим образом.

При работе электромагнитного устройства происходит изменение основного магнитного потока в его магнитопроводе. Однако, изменяющийся основной магнитный поток не наводит ЭДС в рамках 5 обмотки 2 датчика, бифилярный для этого потока. Но для магнитного потока, вытесненного через поверхность магнитопровода 1 в области локальной магнитной неоднородности 6, обмотка 2 датчика неби- филярна и поэтому этот поток, охватываемый рамками 5, наводит в них ЭДС, которая пропорциональна скорости его изменения. Скорость изменения вытесненного магнитного потока при стабильных параметрах локальной магнитной неоднородности 6 и известном законе изменения основного магнитного потока (напряжения питания электромагнитного устройства), является параметром, по которому однозначно определяется уровень намагничивания сердечника магнитопровода I. Значение напряжения на выводах 3 и 4 датчика, который установлен в области локальной неоднородности 6, введенной в тело магнитопровода (зазор, па и т.д.), определяется выражением г Wg ргц

.«г ,«.Ј

и

к

dHc Т dt J

где U - мгновенное значение напряже ния на выводах датчика;

К - постоянный коэффициент, зависящий от геометрии неоднородности и площади рамок датчика;

Un - мгновенное значение напряжения первичной обмотки элект- ромагнитного устройства;

W- число витков обмотки датчика;

U;, - число витков первичной обмотки электромагнитного устройства;

ис - текущая магнитная прониДае- мость магнитопровода;

fX|, - текущая магнитная проницаемость неоднородности; S - площадь сечения магнитопровода;

dHc

-- - скорость изменения напряженности магнитного поля в сердечнике магнитопровода электромагнитного устройства.

Напряжение на выходах датчика, который установлен у локальной неоднородности 6, представляющей собой ферромагнитный буртик (фиг.2) определяется как

Вгг(.8ез1ч-

Временные диаграммы напряжений на выводах 3 и 4 датчиков, установленных на магнитопровод электромагнитного устройства (фиг.1 и 3) при раз- нополярном прямоугольном напряже-

5

о

5

0

0

нии питания, приведены на фиг.6. Для. датчиков, установленных на магнито- провод согласно фиг.2, осциллограмма приведена на фиг.7.

Приведенные диаграммы соответствуют полному циклу перемагничивания магнитопровода от -В$ до +BS и обратно. При движении рабочей точки по линейному участку вебер-амперной. характеристики электромагнитного устройства выходное напряжение датчика соответствует участку 10-11 (фиг. 6 и, 7). На этом участке напряжение практически неизменно по уровню. По мере выхода рабочей точки на нелинейный участок вебер-амперной характеристики на выходе датчика формируется импульс напряжения, амплитуда которого пропорциональна степени насыщения (глубине захода рабочей точки в область парамагнетизма.магнитопровода. Штриховой линией показана форма напряжения на выходе датчика при работе электромагнитного устройства на линейном участке петли гистерезиса. По уровню выходного напряжения можно оценить уровень насыщения магнитопровода и на этом принципе реализовать устройство для за-, щиты преобразователей от замагничива- ния трансформаторов.

Формула изобретения

л

Датчик степени насыщения магните- провода электромагнитного устройства, содержащий обмотку из электропроводяг щего материала, расположенную на магнитопроводе электромагнитного устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения функциональных возможностей путем измерения метров локальных неоднородностей, обмотка датчика выполнена в виде k включенных последовательно и согласно рамок, уложенных на поверхность магнитопровода.

1

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в устройствах защиты полупроводниковых преобразователей от замагничивания трансформаторов, а также в устройствах контроля качества изготовления электромагнитных устройств. Целью изобретения является повышение точности измерения помех выходного сигнала датчика и расширение функциональных возможностей путем измерения параметров локальных неоднородностей. Датчик степени насыщения магнитопровода 1 электромагнитного устройства содержит обмотку 2 с двумя выводами 3 и 4, которую образуют K включенных последовательно рамок 5, выполненных из изолированных между собой витков провода и расположенных на поверхности стержня контролируемого магнитопровода в области его локальной магнитной неоднородности 6. 7 ил.

Фиг.1

г s

о5

Фиг.З

-н

J

Фиг. 5

я Г°

Фиг.6

Фиг.1