Способ технического контроля магнитопроводов Советский патент 1991 года по МПК G01R33/12 

Изобретение 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, реагирующий только на постоянную составляющую измеряемого тока, ключ 5. Последовательно с эпемектами 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 и следующей последовательное и.

Выполняют на контролируемом обрач- це намагничивающую 6 и измерительную 8 обмотки, подключают нтмагничиирющую обмотку 6 к регулируемому источнику синусоидального напряжения 1 последовательно с амперметром действующих значений 2

О СО Јь Ч

О

OJ

а измерительную обмотку - к вольтметру действующих значений 9. Измеряют действующее значение тока в намагничивающей обмотке 6, разомкнув ключ 5, при установленном действующем значении ЭДС на кон- цах измерительной обмотки 8, соответствующем заданному значению амплитуды магнитной индукции. Определяют напряженность магнитного поля по действующему значению намагничивающего тока.

Затим размыкают ключ 5, включая тем самым последовательно с. намагничивающей обмоткой 6 диод 3. Фиксируют показа- ния амперметров 2 и 4, определяют действующее значение и постоянную составляющую напряженности намагничивающего поля. Далее определяют коэффициенты п и / и сравнивают их с коэффициентами аппроксимации аэ и /Х длч эталон- него образца. Если а os a ft , 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 синусои- дальне меняющейся составляющих в ряд Фурье, коэффициентами при тригонометрических функциях являются ряды, на базе функции Бесселя различных порядкогч от чисто мнимого аргумента. Окончательно пол- учают

(p&Q + fiBm3iinot).&J5bfi6((jpBrn)f f e:MjpMco52cjU2(jp&Jco5 4Qtt.J)+ (&0 jlJjpMsinub

iPeJsinScut-..,(1)

где Hm максимальная напряженность поля, А/м;

а, р - коэффициенты аппроксимации, А/м и 1/Тл;

Во - постоянная составляющая индукции, Тл;

а)- угловая частота намагничивающего тока, 1/с;

Вт амплитуда переменной составляющей индукции, Тл.

Из(1) следует, что постоянная составля ющая напряженности

Но - as h Во) lo(J/3Bm).(2)

Первая гармоника напряженности

Him 2ach(/SBo)- j И 0/3 Bm) sin cot,

(3) вторая гармоника

H2m 2 a s h (ft Bo) i ( fi Rm) соь 2 w t,

(4) третья гармоника

ll3m-2ach|/)Bo)- J l3()sln3wt

(5) четвертая гармоника

Щт- 2(7s h() biG/ Bm)cos 4 an,

(6) и т д

Запишем выражение для действующего значения напряженности Нд, ограничиваясь четвертой гармоникой

И.(рЬвПо()Гвта11г сМрЬв,(

bj ljU;/. ( j, j ,56, .

. ч {Щ

Используя известное равенство ch2x -- 1 + sh2x,

(7)

и определив s h {ft B0) из (2) выражение (7) запишем в виде

Mi

(6rn1+ ()bM ()

2 ll|b6ffM:UjpBralJ ei4 4J(.(i3M),l.

(8)

Известно, что гиперболический синус от периодического ар умента можно представит ь рядом Фурье

N,c/,5V,f1rjBo5iyiCOt),((j Bml 5blCol

)i(ir Bm05m3cob2 -p5(jfbBnls;n5u)t

(9) По аналогии с (7) запишем выражение для

действующего значения напряженности в режиме без постоянной составляющей

H uiJ:j(jfi8J+2(ip6raK2 s(jfSBftl

(10)

Учитывая тот факт, что при переходе к режиму с постоянной составляющей в напряженности максимальное значение индукции практически не изменяется, (если пренебречь падением напряжения на выпрямителе 3), выражение (8) с учетом (10) мочою записать в виде

JlTlftH J PM gflipemH tlPBmU. 5 i J0 1) L

HI)

Урапиение (11) запишем в виде

j (1p6j.(.H4()

Г l ((12)

Функция Бесселя чисто мнимого аргумента ( Вт выражают степенными рядами. 5 Общее выражение для Jp Q ft Bm) а виде степенного ряда имеет вид

()P №Вт1сГ 7 ( р,--+ joMl 4 1(0.21 ь

(13)

Представив функции Бесселя из (12) в виде степенных рядов по (13), окончательно 15 запишем

i п. а 1

5

где - действующее значение иямягничива- ющего тока в режиме без постоянной составляющей. А/м.

Окончательное выражение для коэффициента аппроксимации с учетом (16). (17), (18). (19) имеет вид

Г 1

0

GO ад с

Q,

,и Л|1 -1 -1

2.3125

(20)

Аналогично для коэффициента а получаем из (8)

w,

5t

с ЬВД|ьвт)о1кьвт)о11цв(21)

Анализируя выражения (3) - (6) для оп

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 - попыше- ние 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 однополупе- риодного выпрямления тога о намагничипч- ющей обмотке. Контроль осущестяляот путем сравнения коэффициентов аппрок-.и мации, определяемых по приведенным соотношениям, для контролируемого и эталонного магнмтопроводов. 1 ил. (Л С

(14)

., . (15)

2,Э125Н0-4 Н Н

о

Амплитуда магнитной индукции в магнмто- проводе определяется

Вт

Е V2

lfn SQ7V fe (1б)

где Е - действующее значение ЭДС в измерительной обмотке 8. В;

ш - угловая частота магнитной индукции, 1/с;

Q - активное сечение магнитопровода 7, м2;

- количество витков измерительной обмотки 8.

Напряженность магнитного поля с по- стоянной составляющей

Нд

, iqWi 1с

где Wi - число витков намагничивающей обмотки 6, с- длина средней силовой линии магнитопровода 7,

Ig - действующее значение намагничивающего тока с постоянной составляющей, А/м.

Напряженность постоянной составляю- щей магнитного поля

ы - °W1 Но j-.

(18)

где 10 - постоянная составляющая намагничивающего тока. А/м.55

Напряженность магнитного поля без подмагничивания постоянным током I Wi

Н

1с

(19)

4)

15)

мто-

20

25

30

б)

медук35

ода

ной

по- 40

17)

щей нии

чией,

яю- 50

8)

гни55

без

19)

ределения гармоник напряженности магнитного поля в магнитопроводе легко видеть, что отношение амплитуд высших гармоник к первой целиком определяется коэффициентом/ и не зависит от коэффициента а. Коэффициент определяет лишь крутизну наклона характеристики намагничивания магнитопровода 7. Поэтому мэгнитопрово- ды, у которых/ /%, а а. гтэ следует считать прошедшими технический контроль по ма:- нитным свойствам (/ и с/- значение коэффициентов для эталонного образца).

Пример. Техническому контролю были подвергнуты три магнитопровода типа ПЛ 16x32x65 из электротехнической стали 3413. На центральный керн каждого из трех магнитопроводов поочередно устанавливали катушку, состоящую из двух обмоток. На- магничивающая обмотка выполнена проводом ПЭВ-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 - регу- лируемый 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 М 1108 класса 0,2; вольтметр действующих значений - ВЗ-57 класса 1.0; диод -3 - типа Д 242. Контроль проводили в следующей последовательности. 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 источпика 1 установили требуемое значение индукции. Зафиксировали действующее значение намагничивающего тока, для первого магпитопровода - эталонного I - 0,1о А в режиме без выпрямителя. Разомкнули ключ 5

Зафиксировали действующее значение намагничивающего тока с постоянной составляющей 1а - 1,52 А и постоянную составляющую намагничивающего тока 0 0,81 А.

Полученные значения подставили в выражение (20)

a,i5(-, bz--oi& -o,a(

. г ,r 3.154 /7

:, oft -Ji -il сие2

Для определения коэффициента а по выражению (21) предварительно определи™ значения функции Бесселя с помощью степенного ряда (13) для аргумента/ Вт -- 3,454 1,22 4,213. Получены следующие значения

h 4,213) 12,1: з -0 4.213) 4,39; l5 (J 4.213) 0,6857

(Ъ

JL7JL . -.0-lf)7 Г

° 233 2 ( 12.12 -I 4.392+0.68572)

14,16 А/м.

Для второго магнитопровода в том же режиме измерений получены следующие значения токов: I 0,157 A; Ig 1,56 А: 0 - - 0,82 А. По выражению (20) определяли коэффициент/ 1 3,62 1 /Тл. Значения функций Бесселя Вт - 4,416

И (J 4,416) 14.57; |3 (J 4,416) 5,54; Is 0 4.416) 0,9234.

При данных значениях коэффициент а 11,47 А/м.

Далее техническому контролю был подвергнут третий магнитопровод из этой же партии. При этом же режиме измерений получены следующие значения токов: I 0,165 А; 1д 1.61 А; 0 0,87 А. По выражению (20) определяли коэффициент р . 3,311 1/Тл. Значения функции Бесселя при/3 Вт 4.041/Тл. И (j 4.04) 11,91; h (J 4,04) 6,83: 5 0 4,04) 0.5047. При данных значениях коэффициент а;- 17.22 А/м.

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

Для первого магнитопровода - эталонного:

Hi 2 14,16 6,73 12,1 2306,2 А/м

0

Б

0

10 594,3 А/м 5,54 - ПО/1,7 Л/м 2,53 ---403,4 Л/м

Н2-2 14,16 0,65 О. В - 1536,7 А/м Из-2 14,16 -6,73 -4,39 836,У Л/м Н4-2 14,16 6,65 1.94 - 365,3 А/м Для второго магнитопропода: Hi 2 11.47 7,04 14.57 - 7353 А/м Н2 2 11,47 6.65 111 2 11,47 7,04 Н4 2 11,47 6,95 Для третьего магнитопровода: Hi 2 17,22 6,9 10,31 А/м Н2 - 2 17,22 6,04 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 А/м. Из анализа амплитуд первых гармоник напряженности следует, что оба контролируемых магнитопропода имеют худшие магнитные свойства, т.е. меньшую крутизну основной кривой намагничивания

Для сравнения магнитолроводов по свойству генерирования высших гармоник определим коэффициенты гармоник

Кг УнЗ + нН +W

ч - - ,(22)

Для эталонного магнитонрооода

4- 836 I2 I- 365 З2

2300,2

-0,775.

30 Для второго мапапопроводч

40

45

50

55

2

., ,, 4 463,1 Q

u, / JO.

23582 35 Для третьего магнитопровода

„ 16092 +850J5 Н-360 42 . , К( 0,757.

24502

Из анализа коэффициентов гармоник, видно, что меньшему коэффициенту/9 соответствует меньший коэффициент гармоник. Третий магнитопровод генерирует меньше высших гармоник, но имеет меньшую крутизну кривой намагничивания. Второй магнитопровод не проходит по коэффициенту гармоник. Сравним теперь коэффициенты Счэ и Д), приняв первый магнитопровод за эталонный. Для второго магнитопровода: d - 11,47 А/м, ,62 1/Тл - 11,47 А/м 14,16 А/м; 3,62 1/Тл 3.454 1/T,i. Для третьего магнитопровода и М,22 А/м; 3,311 1/Тл - 17,22 А/м 14,16 А/м; 3,311 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 навысших гармоник в процессе технического контроля магнитпроводов.

Формула изобретения Способ технического контроля, магни- топроводов включающий воздействие на- контролируемый 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 однополупериодного выпрямления тока в намагничивающей обмотке и регист- рируют постоянную составляющую и действующее значение тока в намагничивающей обмотке, при этом годным считают магнито- провод, удовлетворяющий условиям

а (%,;& fi,

где о, ссэ,р,рэ - коэффициенты аппроксимации характеристики намагничивания контролируемого и эталонного магнитопро- водов соответственно, определяемые при одинаковом действующем значении ЭДС индукции в измерительной обмотке из соотношений

W,

к.э

I

Ь TOpBrnb JpeJO jfiBr

м

(V

1 I . и $j

где Вт - амплитуда индукции в магнитопро- воде, Тл, определяемая из выражения

R

bm uJW2Qc

Е -действующее значение ЭДС в измерительной обмотке, В;

W - угловая частота тока в намагничивающей обмотке. 1/с;

Л/2 - количество витков измерительной обмотки;

Qc - активное сечение магнитопровода,

5 10 15 м 0

5

0

5

Ig -действующее значение тока в намагничивающей обмотке при осуществлении однополупериодного выпрямителя в намагничивающей обмотке до осуществления однополупериодного выпрямителя, А;

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

10 - постоянная составляющая тока в намагничивающей обмотке при осуществлении однополупериодного выпрямителя, А;

Wi - количество витков намагничивающей обмотки;

1С - длина средней силовой магнитной линии магнитопровода;

In 0 ft Bm) - значение модифицированных функций Бесселя 1-го ряда, n-го порядка от чисто мнимого аргумента.