CC BY
35
УДК 621.318.1
Сивкова А.П.
(Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, апргок@уап(!ех. ги)
РЕГИСТРАЦИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА ФЕРРОМАГНИТНОГО ОБРАЗЦА
Моделирование систем управления технологическими процессами предполагает предварительную идентификацию параметров системы. Для данной цели может быть использован способ регистрации статических гистерезисных петель [1], отличающийся простотой технической реализации. Способ применим для случаев, когда действие вихревых токов может быть сведено к эквивалентному сопротивлению потерь на вихревые токи [2].
Автором была снята статическая петля гистерезиса ферромагнитного образца, в качестве которого был использован сердечник маломощного трансформатора. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1.
ТР2 т
Рис. 1. Экспериментальная установка
Установка работает следующим образом. Испытуемый ферромагнетик (сердечник трансформатора ТР2 на рис.1) снабжен тремя обмотками: одной намагничивающей и двумя измерительными. Намагничивающая обмотка подключается к периодическому напряжению, представляющему сумму двух сигналов, имеющих разную частоту. Низкочастотная составляющая напряжения имеет большую амплитуду и формирует основной цикл перемагничивания. В эксперименте низко-
частотной составляющей является сетевое напряжение промышленной частоты И равной 50Гц. Схема запитывается переменным напряжением 220В через автотрансформатор АТ. Выходное напряжение АТ через дополнительную индуктивность 1_ подается на первичную обмотку разделительного трансформатора ТР1. Выходное напряжение ТР1 подается на первичную обмотку исследуемого трансформатора ТР2, в цепь которой включен шунт РЭ.
Высокочастотная составляющая должна иметь значительно меньшую амплитуду. Для ее формирования используется генератор частоты ЗГ. Выход ЗГ подключается параллельно вторичной обмотке ТР1 через разделительную цепочку Р2, С2. Генератор Зг позволяет получать переменное напряжение прямоугольной формы с плавным регулированием частоты в диапазоне от 10Гц до 200кГц и регулированием амплитуды до 10В. Резистор Р3 защищает выход ЗГ от перенапряжений. Мощность выходного сигнала ЗГ может существенно поглощаться цепью со стороны ТР1. Для борьбы с этим введена индуктивность 1_, повышающая индуктивное сопротивление цепи со стороны ТР1. В качестве 1_ была взята первичная обмотка неиспользуемого трансформатора.
На выходе одной из измерительных обмоток с помощью интегрирующей цепочки Р1, С1 формируется сигнал, пропорциональный индукции магнитного поля и подается на вертикальный вход У осциллографа. Сигнал ЭДС другой вторичной обмотки ТР2, при соответствующей подстройке, пропорционален влиянию вихревых токов. Сигнал снимается с помощью потенциометра РР и вычитается (при правильном подключении обмотки) из сигнала, пропорционального напряженности магнитного поля, снимаемого с шунта РЭ. Результирующий сигнал подается на горизонтальный вход X осциллографа.
Если влияние вихревых токов не скомпенсировано, на экране осциллографа формируется петля гистерезиса такого вида, что на основную монотонную кривую, наложен «гребень», форма зубцов которого зависит от формы напряжения высокочастотной составляющей. В случае, когда вихревые токи скомпенсированы подстройкой, петля гистерезиса имеет гладкую монотонную форму. Полученная с помощью подстройки «гладкая» петля и является статической петлей гистерезиса для данного магнитного образца.
Эксперимент проводился следующим образом. На трансформатор ТР2 с помощью АТ подавалось напряжение промышленной частоты И равной 50Гц, достаточное для того, чтобы ТР2 достигал насыщения. Это легко определялось по виду петли динамической гистерезиса на экране осциллографа (движок делителя РР компенсационной обмотки выведен на 0). Затем с генератора ЗГ подавалось импульсное напряжение прямоугольной формы с частотой f2 равной приблизительно 1000Гц. Частота сигнала Зг подбиралась кратной частоте сети, чтобы получить устойчивое изображение на экране. Затем влияние вихревых токов было скомпенсировано подстройкой сигнала с обмотки ТР2 с помощью РР.
На рис.2 приведены осциллограммы последовательно: динамической петли гистерезиса исследуемого образца, снятой при частоте 50Гц , динамической петли гистерезиса, полученной при подаче на исследуемый трансформатор сигнала сложной формы, состоящего из синусоидального сигнала Ъ=50Гц и относительно менее мощного периодического сигнала f2=1000Гц, состоящего из прямоугольных импульсов, статической петли гистерезиса исследуемого образца, полученной подстройкой сигнала с обмотки ТР2 с помощью RP.
Рис.2. Динамические и статическая петли гистерезиса исследуемого образца
Сравнивая экспериментальные зависимости рис.2, можно увидеть, что первая осциллограмма имеет классическую монотонную форму, на второй осциллограмме кривая перемагничивания приобрела «гребенчатую» форму в виде выбросов и впадин из-за высокочастотной составляющей напряжения, а на третьей осциллограмме петля опять носит монотонный характер, но стала более узкой. Далее было снижено напряжение, снимаемое с АТ, подстройка с RP при этом не менялась. Полученная непредельная петля гистерезиса сохранила монотонный характер. Таким образом, можно сделать вывод, что на третьей осциллограмме рис.2 получена статическая петля гистерезиса исследуемого трансформатора.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Патент Росии №2376610.G01R33/14. Способ регистрации гисте-резисной петли. Патентообладатель ЮурГУ/ Лохов С.П., Сивкова А.П. Приоритет 23.06.2008. Опубликовано 20.12.2009
2. Атабеков, Г. И. Основы теории цепей/ Г. И. Атабеков. — Москва: Энергия, 1969.-424с. Стр.194, 196.
