Способ определения магнитных параметров материалов Советский патент 1991 года по МПК G01R33/12 

Изобретение относится к магнитным измерениям и может быть использовано для контроля сердечников импульсных трансформаторов.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 - временные диаграммы; а - форма намагничивающего напряжения; б - форма изменения во времени индукции В и магнитного потока Ф материала; в - форма импульсов тока или форма петли гистерезиса, развернутой по времени.

Устройство содержит сердечник 1, намагничивающую и измерительную обмотки 2, 3, измерительный резистор 4, генератор 5 импульсов напряжения, вольтметр 6 средних значений, частотомер 7, измеритель 8 тока и осциллограф 9.

Определение индукции и других динамических магнитных параметров производят следующим образом.

Сердечник 1 из магнитного материала снабжают намагничивающей обмоткой 2 и измерительной обмоткой 3. Периодически перемагничивают сердечник 1 прямоугольным напряжением, для чего обмотку 2 подключают через измерительный резистор 4 к генератору 5 симметричного прямоугольного напряжения (фиг. 2а) с минимальным внутренним сопротивлением и независимыми регулировками частоты и напряжения и . изменяют режим перемагничивания путем изменения частоты перемагничивания при заданном напряжении.

Для определения индукции насыщения Вт режим перемагничивания изменяют путем уменьшения частоты от значения f0 до значения fm, соответствующего резкому увеличению амплитуды импульсов на экране осциллографа 9 до заданного значения

to

С

3

О

ел о

Сл

Im, а индукцию насыщения Bm определяют по найденному значению частоты fm по формуле

Um

Вт -

О)

4SWnfm где Вт - индукция насыщения, Тл;

Um - амплитуда номинального напряжения на измерительной обмотке, измеренная вольтметром 6 средних значений, В;

S - сечение сердечника, м ;

Wn - число витков измерительной обмотки;

fm найденное значение частоты, измеренное частотомером 7, Гц,

Начальный режим перемагничивания задают частотой f0, которая превышает возможные значения частоты fm при регулировке и выбирается примерно в 1,5 раза выше рабочей частоты, и номинальным (рабочим) напряжением Um.

Режим измерения задают амплитудой Нт напряженности магнитного поля, пересчитывая ее 8 амплитуду ln тока по формуле Нп I

WH

(2)

где In - амплитуда импульсов тока, А,

Нт - амплитуда напряженности магнитного поля А/м;

I - длина средней линии сердечника, м;

WH -- число витков намагничивающей обмотки.

Динамическую кривую намагничивания Вт f (Нт) определяют по результатам измерения индукции при различных значениях напряженности магнитного поля

Среднее значение магнитной проницаВт

емости определяют отношением Mm

индукции к напряженности.

Динамическую петлю гистерезиса В F (Н) определяют по форме импульсов тока на экране осциллографа 9 (фиг. 2в), учитывая, что участок возрастания тока CDE является одной ветвью петли, а участок убывания ABC-второй. ,

Динамическую коэрцитивную силу Hd определяют по формуле

LM АК

Н

т,

(3)

где Hd - динамическая коэрцитивная сила, А/м;

LM - величина отрезка, соответствующего току при нулевой индукции;

АК - величина отрезка, соответствующего амплитуде In тока;

Нт амплитуда напряженности магнитного поля, соответствующая амплитуде In тока, А/м.

Динамическую остаточную индукцию Вг определяют по формуле

R - ВМ Rш

Br-TM-Bm (4)

где Вг-динамическая остаточная индукция, Тл;

ВМ - величина отрезка между точкой В, в которой Н 0, и точкой М, в которой В 0; КМ - величина отрезка, соответствующего амплитуде индукции Вт; Вт амплитуда индукции, Тл.

Сущностью предлагаемого технического решения является перемагничивание сердечника симметричным прямоугольным напряжением (фиг. 2а).

Напряжение такой формы удобно для

измерения. Ошибка измерения переменного напряжения зависит от коэффициента формы кривой Кф,т.е. от отношения амплитуды Um к среднему значению UCp.

Для прямоугольного напряжения Um

Ucp ( Кф- 1), поэтому ошибка при его измерении минимальна.

Прямоугольное напряжение, приложенное к обмотке сердечника, обеспечивает линейное изменение во времени

магнитного потока Ф BSW и индукции В между их эксфемумами Фт и - Фт , Вт и -Вт (фиг. 26). Линейность изменения Ф и В следует из закона индукции

Р аФ

ЈинД dT

- Um const или .

В этом случае обеспечены малые приращения d Ф и dt можно заменить конечными

Д Ф 2 Фт и Дт 0.5 Т ---, и получить закон индукции в наиболее простом виде

Um 4BmSWnf,(5)

где Um амплитуда прямоугольного напряжения, В;

Вт - амплитуда индукции, Тл; S - сечение сердечника 1, м2;

W - число витков обмотки 3;

f-частота перемагничивания, Гц.

Линейное изменение индукции имеет место и в области насыщения сердечника (фиг. 2j, что позволяет значительно повы- сить точность определения индукции технического насыщения, используя в качестве меры индукции пропорциональное ей время (или частоту) перемагничивания. Из фиг. 26 видно, что максимальному измене- нию индукции Д В 2 Вт соответствует интервал еремен и, равный половине периода. Точности измерения частоты, например, электронносчетными частотомерами

типа Ф5034 или Ф5035составляет 10 3%. В области насыщения кривая намагничива- ния имеет небольшой угол наклона а, например, для сплава 49К2ФАт,д а 0,0001, поэтому ошибка при определении индукции состоит в основном из ошибки измерения меры индукции (напряжения или частоты) и практически не зависит от ошибки выставки заданной напряженности магнитного поля Нт. Предлагаемый способ допускает производить выставку заданного значения Нт по амплитуде тока lm с помощью электронного осциллографа. Например, ошибка, равная 10%, при выставке Нт 400 А/м составит А Нт 40 А/м. При этом ошибка определения индукции насыщения составит

ДВт tg«-ДНт ч

,004Тл или 0,2% от номина Вт 2 Тл.

При изменении частоты в пределах ±20% имеет место изменение тока намагничивания, вызванное изменением потерь в сердечнике. Однако, эта ошибка не превышает 5% от амплитуды тока и также не влияет на точность определения индукции насыщения.

Линейное изменение индукции позволяет расширить объем информации, т.е. оп- ределить форму петли гистерезиса. Известно, что для воспроизведения на экране осциллографа петли гистерезиса необходимо приложить к одной паре пластин апряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля Н, а к другой паре - напряжение, пропорциональное индукции В, причем одно из этих напряжений должно быть линейной функцией времени. В данном случае таким напряжением может быть напряжение горизонтальной развертки осциллографа, так как оно так же, как индукция является линейной функцией времени в определенном интервале Следовательно, к другой паре пластин (вертикальным) необходимо приложить напряжение, пропорциональное Н, т.е подать на вход осциллографа сигнал с измерительного сопротивления 4 в цепи намагничивающего тока, В этом случае форма тока на экране осциллографа будет определяться путлей гистерезиса материала сердечника 1. Участок нарастания тока от минимального до максимального значения является кривой намагничивания, а участок убывания - кривой размагничивания (фиг. 2в).

Для построения петли в обычном виде достаточно заменить кривую намагничивания СОЕ кривой CFA, для чего необходимо в момент времени tc изменить на обратный

знак отсчета времени. Полученная таким образом петля отмечена штриховкой. По форме петли можно определить динамические параметры материала сердечника: коэрцитивную силу Hd; остаточную индукцию Вг и потери в сердечнике. Параметры Hd и Вг возможно определить непосредственно по осциллограмме тока,

Таким образом, повышение точности

определения индукции по среднему значению напряжения обеспечивается прямоугольной формой напряжения И использованием в качестве информативного параметра частоты перемагничивания, что

позволяет уменьшить погрешность измерения с 10% до величины менее 1 %. Формула изобретения 1. Способ определения магнитных параметров материалов, включающий периодическое перемагничивание образца материала с помощью намагничивающей обмотки и измерение ЭДС-индукции в измерительной обмотке, тока в намагничивающей обмотке и определение точек петли

гистерезиса материала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, перемагничивание образца осуществляют подачей в намагничивающую обмотку двухполярного меандра с постоянной амплитудой напряжения и снижают частоту меандра до достижения током в намагничивающей обмотке порогового значения, после чего регистрируют частоту меандра, после чего определяют индукцию насыщения материала и пороговые значения тока в намагничивающей обмотке из соотношений

Вт -

Ur

In

Hr

I

4SWnfm

0 где In - пороговое значение в намагничивающей обмотке;

Вт , Нт - магнитная индукция насыщения материала и заданная напряженность поля насыщения соответственно; 5Um амплитуда ЭДС-индукции в измерительной обмотке;

fm - частота меандра, соответствующая пороговому значению тока в намагничивающей обмотке;

0 I, S - длина средней линии и площади образца соответственно;

WH, Wn - число витков намагничивающей и измерительной обмотки соответст-, венно. 5

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определение остальных точек петли гистерезиса осуществляют путем регистрации зависимости тока в намагничивающей обмотке от времени.

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для контроля сердечников импульсных трансформаторов. Целью изобретения является повышение точности. Сердечник перемагничивают симметричным прямоугольным напряжением и уменьшают его частоту до достижения током в намагничивающей обмотке порогового значения. Индукцию насыщения определяют по частоте, соответствующей заданному режиму, т.е. заданной амплитуде тока намагничивания. Дополнительно определяют форму петли гистерезиса по временной зависимости тока намагничивания. 2 ил.

Фиг.1

л