Магнитный экран Советский патент 1983 года по МПК G12B17/02 

Изобретение относится к электромагнитным измерениям и может быть использовано для защиты объектов от сильных магнитных полей. Известен магнитный экран, выполненный в виде полого корпуса, с раз чмагничивающей обмоткой fl. Данный экран практически не обес печивает защиты от проникающего действия внешних магнитных полей в область расположения объекта в случае значительных колебаний величины напряженности помехрнесукт.его поля. Известен магнитный зкран, содержащий полый корпус, с/раэмещеннкми на его,поверхности п размагничивающими обмотками, плоскости витков которых ортогональны, а также снабженный п датчиками пространственньк .ссютавляюпа х магнитного потока, рас положенными в плоскости, перпендикулярной оси соответствующих размагничивающих обмоток, и усилителями сигналов датчиков, соединенными выводами размагничивающих обмоток 2 Известный магнитный экран обладает недостаточным экранирующим эффектом в условиях воздействия сильн магнитных полей, создаваемых, например, токами короткого замыкания :в мощных низковольтных автономный электроэнергетических системах. Это обусловлено тем, что в ростом напряженности внешних магнитных полей защита от них требует пропорционального увеличения мощности усилителей сигналов датчиков для создания соответствукндего компенсирующего магнитного потока. Однако создание усилителей, мощность которых обеспечивала бы получение больших магнитных потоков (MouiHOCTb усилителя должна быть для этого более 150-200 Вт), практически невозможно в условиях ограничений, накладывае еых на габариты устройств в автономных энергосистемах. Цель изобретения - првышение эффективност экранирования магнитного экрана. Цель достигается тем, что в магнитный экран, содержащий полый корпус с размешенными на его поверхности п размагничивающими обмотками, плоскости витков которых ортогональны, п датчиков пространстйенных составляю1191х магнитного потока., расположенных в плоскости, пертендикулярной оси соответствующей размагнйчиваккцей обмотки и источник питания.

введены n нуль-индикаторов, п импульсных трансформаторов с первичной и двумя вторичными обмотками каждый, п пар тиристоров, делитель напряжения и п конденсаторов, при этом выходы датчиков пространственных составляющих магнитного потока сое.динены с входами соответствующих нуль-индикаторов, выходы которых соединены с выводами первичных обмоток сооХветствующих импульсных трансформаторов, начало первых вторичных

обмоток которых соединено с отрицательной шиной источника питания, первым входом делителя напряжения и катодами первых тиристоров каждой пары, а конец соединен с управляющими электродами этих тиристоров, аноды которых соединены с первым выводом соответствующей размагничивающей

обмотки, концом второй вторичной обмотки соответствующего импульсного трансформатора и катодом второго тиристора данной пары, управляющий электрод которого соединен с началом второй вторичной обмотки импульсного трансформатора, аноды вторых тиристоров каждой пары соединены с положительной шиной источника питания и вторым входом делителя напряжения, а выход делителя напряжения соединен с вторыми выводами размагничивающих обмоток, параллельно которым включены конденсаторы.

На фиг.1 изображен магнитный экран для случая , при котором подавляются две взаимно перпендикулярных составляющих магнитного поля помехи, общий вид; на фиг.2 - электрическая схема соединений элементов магнитного экрана; на фиг.3 иллюстрируются процессы, протекаюш.ие в магнитном экране (изменение во времени магнитных индукций поля помехи (BfiQ.. ) , компенсирующего поля, создаваемого размагничивающей обмоткой () , и результирующего поля (Bpg- ) .

Магнитный экран содержит полый корпус 1, выполненный в виде параллелепипеда (внутреннее его пространство и является областью, защищаемой от магнитного поля), на поверхности которого расположены датчики 2 и 3 пространственных составляющих магнитного потока (например,датчики Холла) и соответствующие размагничивающие обмотки 4 и 5.

Выходы датчиков 2 и 3 подключены соответственно к входам нуль-индикаторов 6 и 7, выходы которых соединены с первичными обмотками 8 и 9 импульсных трансформаторов 10 и 11 соответственно. Вторичные обмотки 12, 13 и 14, 15 импульсных трансфораторов 10.и 11 соединены с цепями управления четырех тиристоров 16, 17, 18 и 19. Вторичные обмотки каждого импульсного трансформатора включейЬ встречно.

Делитель 20 напряжения образован резисторами 21 и 22, причем его входы соединены с шинами плюс 23 и минус 24 источника питания,:а выход соединен сразмагничивающими обмотками 4 и 5.

Конденсаторы 25 и 26 включены параллельно размагничивающим обмоткам 4 и 5 .

Устройство работает следующим , образом.

При возникновении поля помехи, магнитный, поток которого действует, например, в направлении, перпендикулярном плоскости с датчиком 2 (сверху-вниз) , на выходе последнего появляется пропорциональный этому потоку сигнал определенной полярности, допустим, положительный. Этот сигнал поступает на вход нуль-индикатора 6, который, срабатывая, создает во вторичных обмотках 12 и 13 импульсного трансформатора 10 импульсы противоположной полярности (поскольку обмотки 12 и 13 включены встречно). В результате в цепях управления тиристоров 16 и 17 появляется соответственно положительный (отпирающий) и отрицательный (запирающий) импульсы, так что тиристор 16 открывается и по цепи: выход делителя 20 - размагничивающая обмотка 4 - тиристор 16 вход делителя 20, начинает протекать ток. Обмотка 4 включена таким, образом, что нарастающий в ней ток создает магнитный поток, действующий навстречу магнитному потоку помехи. В момент достижения компенсирующим потоком в обмотке величины магнитного потока помехи меняется полярность сигнала на выходе датчика 2, реагирующего на результирующий магнитный поток. При переходе- его от положительного к отрицательному значению изменяется полярность напряжения на выходе нуль-индикатора 6 и, следовательно, полярности импульсов на выходе вторичных обмоток 12 и 13 трансформатора 10. При этом запирается отрицательным импульсом тиристор 16 и открывается положительным импульсом тиристор 17. По цепи: вход делителя 20 - тиристор 17 - размагничивающая обмотка 4 - выход делителя 20, начинает протекать ток. Таким образом, осуществляется смена направления тока в размагничивающей обмотке 4, Этот ток создает магнитный поток, который, действуя навстречу потоку помехи, вновь достигает его величины, что снова приводит к смене знака результирующего магнитного потока, а значит, и знака полярности импульсов вто1эичных обмоток 12 и 13 импульсного трансформатора 10, Затем описанный процесс повторяется. Таким образом, происходит

слежение компенсирующего магнитного потока за магнитным потоком поля помехи и стремление к его компенсации в каждый момент времени: при нарастании магнитного потока поля помехи нарастает чстречно ему направленный -магнитный поток, создаваемый размагничивающей обмоткой. Благодаря этому внутри полого корпуса 1 индукция результирующего магнитного потока непрерывно поддерживаетс на уровне, близком к нулевому значению, тем самым исключается проникновение внешнего поля в полость кор- пуса 1, т.е. объект, в нем располо.женный, оказывается защищенным от магнитных полей помех. Причем ком- пенсирующий магнитный поток имеет пилообразный характер (фиг.З), а его среднее значение совпадает с кривой изменения во времени магнитного потока поля помехи. Таким образом, результирующее значение магнитной индукции вокруг корпуса 1 имеет вид пилообразной кривой, колеблющейся вокруг нулевого значения индукции. Пилообразный характер компенсирующег магнитного потока обусловлен инерционностью элементов устройства, главным образом, тиристоров и обмотки. Однако его частота на 2-3 порядка превышает максимально возмо кнйе частоты внешних магнитных полей и практически не огра-ничивает степень компенсации поля помехи, так как время переключения тиристоров измеряется единицами микросекунд (частот ты порядка сотен кГц - единиц МГц), а частотный диапазон индукции поля помех от токов коротких замыканий лежит в пределах 50-100 Гц, Повышени степени компенсации внешних магнитных полей достигается фильтрацией высокочастотной составляющей результирующего магнитного потока конденсаторами 25 и 26.

Вторая симметричная часть схемы (датчик 3, нуль-индикатор 7, импульсный трансформатор 11, размагничивающая обмотка 5, тиристоры 18 и 19) работает аналогично описанной выше , части при возникновении магнитного потока поля помехи, действующего в направлении, перпендикулярном плоскости датчика 3, В общем случае функционируют обе части устройства независимо друг от друга, компенсируя каждая свою составляющую магнитного потока помехи.

Предлагаемое устройство в отличи от известного обладает повьизенной эффективностью экранирования, поскольку в нем обеспечивается исключение проникновения в область, защищаемую экраном, теоретически сколь угодно больших магнитных полей без каких-либо ограничений с точки зрения возможности технической регшиэации отдельных блоков устройства, Эт

становится возможным благодар обеспечению компенсации поля помехи не за счет повышения мощности усилителя обратной связи как в. известном устройстве, а за счет создания компенс сирующего потока током периодически подключаемого к схеме источника питания.

Экранирование помехонесущего поля Q наиболее эффективно при коэффициенте деления делителя напряжения, равном двум.

Поскольку в предлагаемом магнитном экране отсутствуют усилители обратной связи, он отличается повы5шенной надежностью и малыми габаритами. В то же время верхний предел компенсируемого поля помехи практи1 чески неограничен.

Использование предлагаемого маг0 БИТНОГО экрана особенно эффективно .при защите различных объектов, подверженных воздействию сильных магнитных полей, например создаваемых токами короткого замыкания порядка 5 150-200 кА в мощных низковольтных автономных электроэнергетических системах, например судовых.

Формула изобретения

30

Магнитный экран, содержащий полый корпус с размещенными на. его поверхности и размагничивающими обмотками,

плоскости витков которых ортогональны, и датчиков rfpocTpaHCTBeHHbix составляющих магнитного потока, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси соответствующей размагничивающей обмотки, и источник питания,

отличающийся .тем, что, с целью повышенияэффективности экранирования, в него введены и н.уль индикаторов, и импульсных трансформаторов с первичной и двумя вторичными обмотками каждый, м пар тиристоров, делитель напряжения и и конденсаторов, при этом выходы датчиков пространственных составляющих магнитного потока соединены с входами соответствувдщих нуль-индикаторов, выходы которых соединены с выводами первичных обмоток соответствующих импульсных трансформаторов, начало первых вторичных обмоток которых соединено с отрицательной шиной источника питания, первым входом делителя нап- . ряжения и катодами первых тиристоров каждой пары, а конец соединен с управляющими электродами этих тиристоров , аноды которых соединены с

первым выводе соответствующей размагничивающей обмотки, концом вторичной обмотки соответствующего импульсного трансформатора и катодом второго тиристора данной пары, управляющий электрод которого соединен