RO131291A2 - Dispozitiv şi metodă pentru determinarea caracteristicii statice b-h a materialelor feromagnetice - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un dispozitiv şi la o metodă pentru determinarea caracteristicii statice B-H, inducţie magnetică-intensitatea câmpului magnetic, a materialelor feromagnetice, cu aplicaţii în industria electrotehnică. Dispozitivul conform invenţiei este format dintr-un circuit magnetic în care una dintre laturile exterioare conţine o piesă (4) a cărei caracteristică B-H urmează să fie determinată, celelalte laturi (1, 2, 3) ale circuitului magnetic fiind realizate din materiale cu caracteristici B-H cunoscute, iar în centrul circuitului laturile (2, 3) formând un jug median, întrerupt de un întrefier, din două bobine (5, 6) plasate în cele două ferestre ale circuitului magnetic, parcurse de curenţii işi i, dintr-o placă având sonde (10) Hall, plasată în întrefierul din jugul median, sondele (10) fiind egal distribuite de-a lungul întrefierului, astfel încât din suma componentelor transversale ale inducţiilor magnetice detectate de aceste sonde (10) să rezulte că fluxul magnetic din jugul median este nul. Metoda conform invenţiei constă în alimentarea celei de-a doua bobine (6) cu un curent iavând anumite valori, crescătoare cu un pas Δ i, după care se caută valoarea curentului idin prima bobină (5) pentru care fluxul magnetic din jugul median este nul, obţinându-se astfel un şir de perechi de curenţi ai celor două bobine (5, 6), iar pentru determinarea caracteristicii B-H a unei piese (4), se ia prima pereche de curenţi, se determină câmpul magnetic şi fluxul, presupunând că relaţia B-H porneşte liniar din origine, cu o pantă μ , se găseşte valoarea pantei μpentru care fluxul este nul, după care se determină valoarea maximă a inducţiei magnetice din piesă (4), caracteristica B-H fiind descrisă de dreapta de pantă μ, panta determinându-se prin metoda secantei, şi apoi se continuă procedura, obţinând în final caracteristica B-H liniară pe porţiuni.

Description

Invenția se refera la un dispozitiv si metoda pentru determinarea caracteristicii statice B-H a materialelor feromagnetice, cu aplicații in industria electrotehnica.

Se cunosc dispozitive si metode pentru determinarea caracteristicii B-H a materialelor feromagnetice. La toate, sunt folosite eșantioane din materialul studiat, avand o geometrie speciala, impusa de instalație, iar curentul de excitație este variabil in timp. De exemplu, Cadrul Epstein masoara caracteristici B-H pentru tole de anumite dimensiuni, ce formează cele 4 laturi ale circuitului magnetic. La colturi aceste tole se intretes pentru a reduce reluctanta intrefierului. Se admite ca de-a lungul circuitului magnetic intensitatea câmpului magnetic si inducția magnetica sunt constante si ca urmare valoarea curentul ce alimentează bobinele de excitație este proporționala cu intensitatea câmpului magnetic H, iar inducția magnetica B este proporționala cu integrala in timp a tensiunii de la bornele bobinei de măsurare a fluxului magnetic (variabil in timp).

Pentru micșorarea erorilor introduse de neuniformitatea câmpului se utilizează eșantioane de forma toroidale, care sunt relativ greu de produs.

Alt dispozitiv este Testerul unitolă (SST), de preferat cu două juguri. Eșantionul format dintr-o singura tola are rolul de a face aproape neglijabila reluctanta jugurilor. Intensității câmpului magnetic se poate obține prin masurarea curentului de excitație, dar utilizarea unui cordon Rogowski, plasat de-a lungul tolei, elimina căderile de tensiune magnetica din juguri. Evident, câmpul magnetic trebuie sa fie variabil in timp.

Aceste dispozitive si metode prezintă următoarele dezavantaje:

- necesita eșantioane cu geometrie speciala, cu dimensiuni specifice bine definite;

-câmpului magnetic este neuniform, fluxul magnetic de dispersie (care nu trece prin eșantion) nu este nul si căderile de tensiune magnetica la colturi nu sunt nule,iar ca urmare, nu se pot preciza cu exactitate valorile intensității câmpului magnetic si a inducției magnetice măsurate;

OT ϊ 0 1 5 - - 00048· l 3 -01- 2015

- curentul de excitație este variabil in timp pentru a produce tensiune la bornele de măsurare a fluxului magnetic;

- o valoare mai mare a tensiunii la bornele bobinei de măsurare a fluxului mangetic, implica o modificare mai rapida in timp a câmpului magnetic,iar apariția curenților turbionari influențează acuratețea măsurării;

- la metoda unîtola, utilizarea cordonului Rogowski are dezavantajul ca valoarea tensiunii magnetice măsurate de acesta depinde de distanta fata de tola.

Problema pe care o rezolvă invenția este determinarea caracteristicii statice B-H a materialelor feromagnetice, utilizând un circuit magnetic in care sunt masurati curenții a 2 bobine si este controlata valoarea nula a fluxului magnetic pe un jug median. Folosintd acești curenti, un program de câmp magnetic staționar pentru medii neliniare permite ridicarea caracteristicii B-H,

Invenția înlătură dezavantajele menționate prin aceea ca:

- nu necesita producerea unui câmp magnetic uniform pentru a determina caracteristica B-H;

- nu necesita eșantioane cu geometrie speciala, se poate determina caracteristica B-H pentru orice forma de piesa, singura condiție fiind existenta unor zone plane pe suprafața piesei, unde sa se poata atașa dispozitivul de măsurare,iar alimentarea cu curent continuu a bobinelor dispozitivului propus in invenție produce o forța magnetica de atracție către piesa;

- pentru viteza mare de obținere a caracteristice! si acuratețe relativ mare, pot fi utilizate eșantioane cu forme simple;

- nu sunt măsurate valorile inducției magnetice si a intensității câmpului magnetic, ci se face simpla măsurare a doi curenti;

- neuniformitatea câmpului magnetic nu influențează acuratețea măsurării,

- masurarea inducției magnetice nu este condiționată de variația in timp a acesteia;

Se da in continuare un exemplu de realizare a invenției,in legătură cu figurile 1,2,3,care reprezintă:

-fig.1, Schema de principiu a dispozitivului;

-fig.2, Jug median fara intrefier;

^- 2 0 1 5 -- 0 0 0 4 8

3 -Ol- 2015

-fig.3, Dispozitiv cu eșantion

Conform invenției, dispozitivul se compune dintr- un circuit magnetic 1,2,3,4 ca in Fig.1 sau Fig.3, in care una din laturile exterioare conține piesa (eșantionul) 4 a cărei caracteristica B-H urmeaza sa fie determinata. Materialele celorlalte laturi ale circuitului magnetic 1,2,3, au caracteristici B-H cunoscute, cu permeabilitate magnetic statica relative buna. In centru se afla un jug median 2,3, întrerupt de un întrefier. In cele 2 ferestre ale circuitului magnetic sunt plasate 2 bobine 5,6, parcurse de curenții q si z₂. Se alimentează bobina 6, cu valori ale curentului z?, crescătoare cu un pas Âfr. Pentru fiecare valoare a lui z₂. se cauta valoarea curentului q din bobina 5 pentru care rezulta fluxul magnetic nul (<po=Q) in jugul median 2,3. In intrefierul din jugul median sunt plasate mai multe sonde Hali (10), in puncte egal distribuite de-a lungul intrefierului, astfel incat suma componentelor transversale ale inducțiilor magnetice detectate de aceste sonde sa fie nula si deci fluxul magnetic din jugul median este nul <pq=Q.

Conform invenției, in loc de întrefier, jugul median (Fig.2) poate conține o piesa 7 (ferosonda), cu ajutorul careia se poate stabili ca fluxul magnetic prin jugul median este nul φ$=0. Caracteristica B-H a piesei 7 este puternic crescătoare pana in cotul de saturație, după cotul de saturație avand o permeabilitate dinamica mult mai mica (de ex., aliajul FINEMET). Piesa 7 are o mica fereastra astfel incat pe cele 2 laturi ale ferestrei se pot plasa 2 bobine 8,9, cu număr egal de spire si inseriate, astfel incat sa producă un flux magnetic propriu φ_χ in jurul fereastrei. Pe una din laturile ferestrei, fluxul <p_s se aduna fluxului <p₀, in timp ce pe latura opusa, se scade din φ_ΰ. Bobinele 8,9 sunt alimentate cu o tensiune sinusoidala astfel incat, atunci când fluxul <p₀ este nul, inducția magnetica din laturile ferestrei sa atinga punctual de saturație, fara a-l depăși. Daca φ₀ nu este nul, punctual de saturație este depășit si “reluctanta” piesei 7 scade. La o valoare data a curentului z'₂, căutăm curentul q pentru care valoarea efectiva a curentului din bobina 8,9 este minima. Atunci ^o^=oConform invenției, metoda de determinare a caracteristicii B-H a piesei (eșantionului) este următorul:

0.- 2 D 1 5 - - 0 0 0 4 82 3 -01- 2015

Se procedează la măsurări pe dispozitiv, se alimentează bobina 6, cu valori ale curentului f₂, crescătoare cu un pas d/₂. Pentru fiecare valoare a lui z₂, se ^cauta valoarea curentului zj din bobina 5 pentru care rezulta fluxul magnetic nul (<pq=O) in jugul median 2,3.Urmare a măsurătorilor obținem un sir de perechi (rfbf⁴’) ai curenților din bobinele 5 si 6. Pentru prima pereche se determina câmpul magnetic (B,H) care verifica ecuațiile:

Vxff = J. (1)

V£ = 0, (2) = —, in aer, (3) ao

H = F(B), in materialul magnetic al dispozitivului, (4) unde J este densitatea de curent impusa de curenții ΐψ, z'P ce strabat cele 2 bobine.

Pentru piesa studiata, se presupune ca relația B-H pornește liniar din origine, cu o panta μ (se admite ca materialul piesei este izotrop si omogen):

B

H = — . (5)

A

Se determina apoi fluxul <p₀, Se cauta valoarea μ^ pentru care ^θ=0. Se determina valoarea maxima din piesa (eșantion). Pentru fie[0,5^] caracteristica B-H este descrisa de dreapta de panta μ^:

O) (6)

Cautarea valorii μ^ se poate face prin metoda secantei.

In continuare, pentru perechea (z^²\z'pb. se determina câmpul magnetic care verifica ecuațiile (1),...,(4). Pentru piesa cercetata, se cauta prelungirea liniara a caracteristicii B-H peste valoarea B⁽¹⁾. Deci se cauta panta μ^ pentru care <p₀=Q.

<r ² O 1 5 - - 000482 3 -01- 2015 ?>y

Aceasta panta este valabila pentru unde este noua valoare maxima a inducției magnetice din piesa (eșantion). Extinderea caracteristicii B-H este:

-|p pr.SefOy¹)]

H = \ ^μ m (7)

............., p_t.Be[B^,B⁽²h

Se continua procedura, obținând in final caracteristica B-H liniara pe porțiuni a piesei 4. Aproximarea liniara pe porțiuni este cu atat mai fina cu cat alegem pasul zî/X mai mic.

Invenția are următoarele avantaje:

-nu este necesara producerea unui câmp magnetic uniform pentru a determina caracteristica B-H;

-se poate determina caracteristica B-H pentru orice forma de piesa, singura condiție fiind existenta unor zone plane pe suprafața piesei, unde sa se poata atașa circuitul magnetic de măsurare, alimentarea cu curent a bobinelor dispozitivului produce o forța magnetica de atracție către piesa;

-sunt masurati doar cei 2 curenti bobinele 5,6, in condițiile fluxului magnetic nul din jugul median <ρθ=Ο;

-nu este necesara masurarea fluxului magnetic din jugul median, ci doar asigurarea ca acest flux are valoare nula (asemanator punții Wheatstone);

-deoarece fluxul din jugul median este nul, valoarea reluctantei acestui jug nu influențează masurarea si nici calculul câmpului magnetic;

-la calculul câmpului magnetic, forma si materialul din jugul median pot fi alese arbitrar;

-metoda de măsurare nu este condiționată de variația in timp a curenților din bobine.

Claims (3)

1. Dispozitiv pentru determinarea caracteristicii statice B-H a materialelor feromagnetice, caracterizat prin aceea ca este format dintr-un circuit magnetic (1,2,3,4), in care una din laturile exterioare conține piesa (eșantionul) (4) a cărei caracteristica B-H urmeaza sa fie determinata, in centru se afla un jug median (2,3), întrerupt de un intrefier, in cele 2 ferestre ale circuitului magnetic sunt plasate 2 bobine (5,6), parcurse de curentii zj si z'₂, in întrefierul din jugul median este plasata o placa cu sonde Hali (10), egal distribuite de-a lungul intrefierului, astfel incat din suma componentelor transversale ale inducțiilor magnetice detectate de aceste sonde sa rezulte ca fluxul magnetic din jugul median este nul ^>ο⁼θ·

2. Dispozitiv pentru determinarea caracteristicii statice B-H a materialelor feromagnetice, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca întrefierul din jugul median este înlocuit cu o piesa (7), cu ajutorul careia se procedează astfel incat fluxul magnetic prin jugul median este nul ^θ=0, caracteristica B-H a piesei (7) este puternic crescătoare pana in cotul de saturație, după cotul de saturație avand o permeabilitate dinamica mult mai mica, piesa (7) are o mica fereastra , pe cele 2 laturi ale ferestrei se pot plasa 2 bobine (8,9), cu număr egal de spire si inseriate, astfel incat sa producă un flux magnetic propriu in jurul fereastrei, pe una din laturile ferestrei, fluxul q>_s se aduna fluxului φ$, in timp ce pe latura opusa, se scade din bobinele (8,9) sunt alimentate cu o tensiune sinusoidala astfel incat, atunci când fluxul φ§ este nul, inducția magnetica din laturile ferestrei sa atinga punctual de saturație, daca nu este nul, punctul de saturație este depășit si “reluctanta” piesei (7) scade, la o valoare data a curentului i₂, căutăm curentul z) pentru care valoarea efectiva a curentului din bobina (8,9) este mimîma.iar atunci ^>q=Q.

3. Metoda de determinare a caracteristicii statice B-H a materialelor feromagnetice, caracterizata prin aceea ca se alimentează bobina (6), cu valori ale curentului z₂, crescătoare cu un pas Δΐ₂, pentru fiecare valoare a lui i₂, se cauta ό\- I Ο 1 5 - - ο ο U U 2 3 -01- 2015

Η)

Ί valoarea a curentului ή din bobina (5) pentru care fluxul magnetic din jugul median (2,3) este nul (țoQ=O), ^se obține un sir de perechi de curenti (i'^.zj^). k=1,2,... ai celor

2 bobine (5,6), astfel incat fluxul magnetic din jugul median sa fie nul, iar ca metoda si program de calcul pentru “construcția succesiva” a caracteristica B-H a piesei (eșantionului) se procedează astfel: pentru prima pereche (/Pjfb se determina câmpul magnetic si fluxul φ$, presupunând ca relația B-H pornește liniar din origine, cu o panta μ , se gaseste valoarea pentru care =0, se determina valoarea maxima din piesa (eșantion) si pentru fie[O,5^] caracteristica B-H este descrisa de dreapta de panta , cautarea valorii se face prin metoda secantei, se determina câmpul magnetic si fluxul φ$, pentru perechea (z'^./pb- admitand prelungirea liniara a caracteristicii B-H peste valoarea 5^ pentru piesa cercetata, se obține panta pentru care <pq=Q, aceasta prelungire liniara este valabila pentru unde este noua valoare maxima a inducției magnetice din piesa (eșantion) si se continua procedura, obținând in final caracteristica B-H liniara pe porțiuni.