DE3132933A1 - "anordnung zur bestimmung der zur kompensation erforderlichen wicklungsstroeme in magnetischen eigenschutz(mes)-anlagen" - Google Patents

Description

• "Anordnung zur Bestimmung der zur Kompensation erforderlichen
• Wicklungsströme in magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlagen" Die Erfindung betrifft eine Anordnung entsprechend den Merk melan des Überbegriffes des Ansprüche 1.
• Bekanntlich ist es möglich, die magnetische Wirkung von Objek ten zu ermitteln, wenn diese in einen 3ereich gebrecht werden5 der eine Reihe von Maßsonden enthält, welche das magnetische Feld des Objektes nach Größe und Richtung erfassen. Wird das Objekt mit einer MES-Anlage ausgerüstet, so können in einem mehrschrittigen Probier-Verfahren die Ströme in den Schutzwicklungen so eingestellt werden, daß die magnetische Wirkung des Objektes nach außen minimal wird. Der zeitliche und damit kostenmässige Aufwand ist hoch und die Güte der Kompensation ist weitgehend vom Bediener abhängig. Insbesondere bei vorher in ihren Grundeigenschaften nicht bekannten Objekten kann se zu extrem hohen Kompensationszeiten und zu folgenschweren Fehlkompensstionen kommen. Nicht mehr anwendbar iet es bei Objekten, welche ohne Stillstand den Meßsondenraum durchqueren Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile zu vermeiden und insbesondere auch für sich bewegende Objekte die für einen günstigen Kompensationszustand erforderlichen Wicklungsströme zu hestimmen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angeführten Merkmale gelöst.
• Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.
• Nachstehend wird anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt die Anordnung zur Bestimmung der zur Kompenset ion des magnetischen Eigenfeldes eines Objektes erforderlichen Wicklungsströme in MES-Anlagen, und zwar ist 1 der räumliche Bereich, in dem sich ein aus Einzelsonden 2 bestehendes Sondenfeld und eine elektrische Signalverarbeitungsanlage 4 sowie das zu kompensierende Objekt 3 mit seinen MES-Wicklungen 5 befindet.
• Die Sonden 2 sind hier unterhalb des zu kompensierenden Objektes angebracht, sie können sich auch seitlich bzw.
• über dem Objekt befinden.
• Die Sonden 2 messen richtungsabhängig die Vertikal- bzw.
• Vertikal- und beide Horizontalkomponenten des Magnetfeldes, des im allgemeinen aus einer Überlagerung des Magnetfeldes des Objektes, des Magnetfeldes der MES-Wicklungen und des Erdmagnetfeldes besteht, sofern dieses nicht mit einer Hilfseinrichtung kompensiert ist.
• Fig. 2 zeigt das Objekt 3, eine in dem Objekt befindliche MES-Wicklung 5, eine das Magnetfeld des Objektes messende Sondenzeile 6 mit den Sonden S1 ... SN sowie eine schema tische Darstellung des Verlaufs des Magnetfeldes 7 des Objektes 3 und des Magnetfeldes 8 der MES-Wicklung 5.
• Auf der X-Achse ist zusätzlich ein signifikanter Punkt 9 angegeben, der im folgenden näher erläutert wird.
• Erfindungagemäß sollen die in der MES-Wicklung einzustellenden Ströme vorher so bestimmt werden, daß eine optimale Kompensation des Magnetfeldes des Objektes erreicht wird, d, h. daß die Amplitude des Magnetfeldes 7 des Objektes 3 unter einer vorher gewählten Schwelle bleibt.
• Dieses wird mit Hilfe eines in der Signalverarbeitungsan lage 4 befindlichen mathematischen Modells der magnetischen Wirkung der MES-Wicklungen 5 erreicht, das gerätetechnisch aus einer Zusammenschaltung von elektronischen Summier-, Integrierverstärkern sowie logischen VerknDpfungselementen bestehen kann. Es kann auch durch einen oder mehrere Mikro prozessoren gebildet werden, deren Befehlsfolge verwendet werden kann. Eine weitere MUglichkeit besteht darln, die magnetischen Wirkungen der MES-Wicklungen durch magnetische Dipole angenähert zu beschreiben. Diese Dipole kennen auch durch Wicklungaströme und das erdmagnetische Feld gesteuert werden, um die magnetischen Wirkungen der Materialien des Objektes angenähert zu beschreibena Auch kdnnen geometrische Kdrper aus geeigneten Werkstoffen für die magnetischen Wirkungen des Objektmaterials herangezogen werden. Schließlich kann das mathematische Modell so ausgebildet sein, daß es sich den Veränderungen der magnetischen Verhältnisse selbst anpasst.
• Dieses mathematische Modell kann im einfachsten Fall als Übertragungsfunktion zwischen einer einzustellenden Eingangsvariablen und der Wirkung des durch die MES-Wicklung flie8enden Stromes beschrieben werden.
• In Fig. 3 ist diese Übertragungsfunktion Symbolisch durch das Kästchen F als Funktion y= Fix mit x als der Eingangsvariablen und y als der Ausgangsvariablen dargestellt.
• Die Eingangavariable x ist in diesem Fall ein in die elektrische Signalverarbeitungsanlage 4 von außen eingegebener numerischer Wert bzw. ein Wert, der in der elektrischen Signalverarbeitungsanlage 4 durch Iteration oder andere Verfahren bei entsprechend vorgegebenen Grenzen des zulässigen Restmagnetfeldes selbst berechnet wird, und den einzustellenden Strom darstellt.
• Die Ausgangsvariable y gibt das zugehörige Magnetfeld der MES-Wicklung an.
• Die Übertragungstunktion beschreibt also den Zusammenhang zwischen Wicklungastrom der MES-Wicklung 5 und dem von ihr erzeugten Magnetfeld 8.
• Sie kann im einfachsten Fall eine linears Funktion seine die die Materialeigenschaften bzw die Art der Anordnung der Wicklung im zu kompensieren den Objekt und die davon abhängige Änderung der Übertragungseigenschaften von denen einer Luftspule in Form von Korrekturfaktoren enthält.
• Zur zusätzlichen Vereinfachung des mathematischen Modells kann sich die Übertragungsfunktion auf eine richtige Wiedergabe des Verhaltens geeigneter signifikanter Punkte 9 beschränken. Ein signifikanter Punkt kann z.B. der Ort sein, an dem ein Maximum des Feldverlaufe des Objektes vorliegt oder ein Punkt, an dem der maximale Einfluß der MES-Wicklung vorliegt oder einfach die geometrische Mitte der MES-Wicklung.
• In diesem Fall wäre es mit Hilfe des mathematischen Modelle nur notwendig, die magnetischen Restfelder an diesem signi fikmtsn Punkt unter eine vorgegebens Schwelle bzw auf Null zu kompensieren.
• Wird das zu kompensierende Objekt mit mehr als einer MES-Wicklung ausgestattet, wie Fig 4 zeigt, so wird das matte matische Modell erweitert, wobei nach Fig. 5 für jede einzelne MES-Wicklung eine individuelle Übertragungsfunktion F1... FN angesetzt wird und die Verkndpfung der Einflüsse einer Wicklung auf das Magnetfeld am Ort der anderen Wicklung durch zusätzliche Übertragungefunktionen F12 bis FMN erfolgt.
• Auch hier kann wiederum die Übertragungsfunktion auf die richtige Wiedergabe des Übertragungaverheltene bei den signifikanten Punkten beschränkt sein.
• Zusätzliche Übertragungsfunktionen werden auch benutzt, um die Auswirkung einer z. B. in Vertikalrichtung wirkenden MES-Spule auf die Horizontalkomponenten des Feldes darzustellen.
• Eine weitere Vereinfachung des mathematischen Modells ergibt sich dadurch, daß hei einer Mehrspulenanordnung der Einfluß von zu einem bestimmten Abschnitt weit entfernten MES-Spulen unberücksichtigt bleibt.
• In Fig. 4 ist ein zu kompensierendes Objekt 3 dargestellt, das zwei MES-Wicklungen 5a und 5b enthält, die in Vertikalrichtung wirken.
• Das Magnetfeld des Objektes 3 hat zwei oder mehrere Maxima.
• Es ist daher sinnvoll, die Maxima des Magnetfeldes des Objektes mit getrennten MES-Wicklungen 5a und 5b zu kompensieren.
• In Fig. 5 ist der zugehörige prinzipielle Aufbau des mathematischen Modells anhand der Übertragungsfunktionen gezeigt. In diesem Fall ist das Objekt 3 in einzelne Abschnitte 10a und 10b zu zerlegen und diese Abschnitte für sich getrennt zu betrachten. Innerhalb dieser Abschnitte wird das Verhalten der Übertragungsfunktionen allein auf die signifikanten Punkte 9a und 9b beschränkt. Als signifikante Punkte werden hier beispielsweise die Maxima des Magnetfeldes 7 des Objektes 3 verwendet.
• Die Auswirkungen der MES-Sicklungen 5a und 5b auf die Horizontalkomponenten des Magnetfeldes sind hier nicht Dem Abschnitt 1üa des Objektes 3 wird der signifikante Punkt 9a zugeordnet.
• Die Übertragungsfunktion F1 gibt die Abhängigkeit des Magnetfeldes 8a der MES-Wicklung 5a von dem Spulen strom an, der als numerischer Wert einzustellen ist, am Orte des signifikanten Punktes 9a. Die Übertragungsfunktion F12 stellt die Abhängigkeit des Magnetfeldes am Orte des signifikanten Punktes 9b vom Strom der MES-Wicklung 5a dar, d. h. die Auswirkung des Spulenstromes der MES-Wicklung 5a auf den Feldverlauf 8b unter MES-Wicklung 5b.
• Die Übertragungsfunktion F2 gibt die Abhängigkeit des Magnetfeldes 8b der MES-Wicklung 5b von dem in MES-Wicklung 5b einzustellenden Spulenstrom an, bezogen auf den Ort des signifikanten Punktes 9b, die Übertragungsfunktion F21 die Abhängigkeit des Magnetfeldes am Ort des signifikanten Punktes 9a vom Strom der MES-Wicklung Sb.
• Oas gesamte Magnetfeld am Ort des jeweiligen signifikanten Punktes ergibt sich dann durch geeignete Superposition der entsprechenden Einflüsse.
• Um das Magnetfeld des Objektes zu kompensieren, werden innerhalb der elektrischen Signalverarbeitungsanlage 4 die Eingangsvariablen des mathematischen Modells derart eingestellt, daß die resultierenden Ausgangsvariablen, d. h. die Magnetfelder am Orte der signifikanten Punkte dem Magnetfeld des Objektes entsprechen, aber entgegengesetztes Vorzeichen haben.
• Die Einstellung der Eingangsvariablen kann durch Iteration oder mittels geeigneter Lösungsverfahren von Gleichungs- systemen, wie z. G. dem GauBschen Algorithmus oder ähnlichem erfolgen.
• Die Eingangsvariablen x werden von der elektrischen Signalverarbeitungsanlage 4 dargestellt und dem Objekt 3 Ubermittelt, wo eine manuelle oder automatische Einstellung der MES-Licklungsstrume erfolgt.
• Zur Übermittelung der Daten kann eine elektrische oder optische Verbindung (Lichtleiter) vorhanden sein.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Anordnung zur Bestimmung der zur Kompensation des magne tischen Eigenfeldes eines Objektes erforderlichen Wicklung ströme in magnetischen Eigenschutz(MES)-Anlagen, bestehend aus Meßsonden für die Verfassung des magnetischen Feldes nach Größe und Richtung und einer elektrischen Signalverarbeitungsanlage, in welche ele Eingangssignal die Meßsignale der Sonden sowie zusätzlich Signele Ober die räumliche Lege des Objektes eingehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal verarbeitungsanlage (4) ein mathematischen Modell der magnetischen Wirkung der einzelnen MES-Wicklungen des Objektes (3) an den Raumpunkten enthält, an denen sich die Meßsonden befinden, welches die Größe und Richtung der für einen gUn stigen Kompensationazustand einustellenden Wicklungsströme mit Hilfe der des Objekt (3) charakterisierenden Parameter als Ausgangssignal liefert.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Modell als festverdrahtete Anordnung von elektronischen Summier-, Integrier- und logischen Verknüpfungsschaltungen in der Signalverarbeitungsanlage (4) enthalten ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Modell als Folge von Befehlen eines oder mehrerer elektronischer Prozessoren in der Signalverarbeitungsanlage (4) enthalten ist.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im mathematischen Modell die magnetische Wirkung der MES-Wicklungen durch magnetische Dipole angenähert wird.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Wirkung der Materialien des Objektes durch geometrische Körper aus entsprechenden Materialien angenähert wird.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daS die magnetischen Wirkungen der Materialien des Objektes durch von den Sicklungsströmen und dem erdmagnetischen Feld gesteuerte Dipole angenähert wird.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daB das mathematische Modell selbatanpassend ist.