CC BY
66
Интернет-журнал «Науковедение» ISSN 2223-5167 http ://naukovedenie.ru/
Том 9, №1 (2017) http://naukovedenie.ru/vol9-1.php
URL статьи: http://naukovedenie.ru/PDF/53TVN117.pdf
Статья опубликована 24.02.2017
Ссылка для цитирования этой статьи:
Чащин Е.А., Арутюнов Ю.А., Бадалян Н.П., Дробязко А.А., Шашок П.А. Влияние топологии Мебиуса на магнитные свойства магнито-мягких ферромагнетиков в замкнутой магнитной цепи // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 9, №1 (2017) http://naukovedenie.ru/PDF/53TVN117.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.
Грант РФФИ № 14-07-00468 УДК 621.3
Чащин Евгений Анатольевич
ФГБОУ ВПО «Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева», Россия, Ковров1
Заведующий кафедрой «Электротехники» Кандидат технических наук, доцент E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author profile.asp?id=42261
Арутюнов Юрий Артемович
ФГБУ «Научно-клинический центр спортивной медицины федерального медико-биологического агентства России», Россия, Москва
Ведущий научный сотрудник Кандидат технических наук, доцент E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?id=9311
Бадалян Норайр Петикович
ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых», Россия, Владимир
Заведующий кафедрой «Электротехники и электроэнергетики»
Доктор технических наук, доцент E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?id=249882
Дробязко Александр Александрович
ООО «Двойная спираль», Россия, Москва
Инженер
E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?id=880781
Шашок Павел Александрович
ООО «Двойная спираль», Россия, Москва
Инженер
E-mail: [email protected] РИНЦ: http://elibrary.ru/author items.asp?id=880773
1 601910, Владимирская обл., г. Ковров, ул. Маяковского, 19 Страница 1 из 12 ^^^^^^^^^^^^^^НННННННННН
Влияние топологии Мебиуса на магнитные свойства магнито-мягких ферромагнетиков в замкнутой магнитной цепи
Аннотация. В работе выполнена экспериментальная проверка гипотезы о влиянии топологии магнитопроводов на приведенные характеристики свойств магнито-мягких ферромагнетиков в области малых интенсивностей магнитных полей, сопоставимых с влиянием собственной намагниченности структуры. В статье приведены методика проведения эксперимента и результаты исследований на образцах-имитаторах влияния топологии Мебиуса на магнитные свойства магнито-мягких ферромагнетиков в замкнутой магнитной цепи при внешнем электромагнитном воздействии с частотой 50 Гц. На образцах-имитаторах, выполненных в виде замкнутых тороидальных сердечников, в которых замкнутый магнитный контур при одинаковом объеме магнитопровода выполнен с различным осевым моментом инерции сечения магнитопровода, исследовано относительное изменение остаточной индукции, коэрцитивной силы и магнитной проницаемости. По результатам экспериментального исследования показано, что при работе на начальном участке основной кривой намагничивания изменение магнитопровода с тороидального на тороидальный с топологией Мебиуса, сопровождается изменением индукции и коэрцитивной силы до 20% и уменьшается как с увеличением осевого момента инерции сечения магнитопровода, так и с удалением от начального нелинейного участка основой кривой намагничивания. Полученные, в ходе комплексных исследований физико-технических основ влияния изменения топологии тороидального магнитопровода, результаты показали нецелесообразность изменения топологии магнитопровода для увеличения энергетической эффективности электрооборудования, работающего в номинальном режиме на линейной участке основной кривой намагничивания, однако могут быть использованы в измерительных трансформаторах для расширения области доверительных значений при измерении и регистрации малых токов, т.е. при работе на начальном участке основной кривой намагничивания.
Ключевые слова: топология Мебиуса; магнитопровод; электромагнитное поле; катушка намагничивания; системы сбора, обработки и передачи информации; индукция насыщения; остаточная индукция; коэрцитивная сила; магнитная проницаемость
Введение
Большинство образцов общепромышленного электрооборудования (трансформаторы, электрические двигатели и пр.) содержит магнитопровод, выполненный из ферромагнитного материала. В настоящее время одним из путей, направленных на повышение энергетической эффективности, является выравнивание магнитного поля в магнитопроводе [1]. Известно [2-4], что в магнитных сердечниках тороидального типа, выполненных из изолированной ферромагнитной ленты, магнитное поле распределяется по сечению неравномерно, в результате чего внутренние и внешние слои намагничиваются неодинаково или неодновременно. Это позволяет ряду авторов [5-7] предполагать, что если значимая длина всех слоев магнитопровода будет одинаковой, что реализуется при изготовлении сердечника с топологией Мебиуса, когда любой слой проходит как по внешней, так и по внутренней частям сердечника, то возникающее вращательное движение векторов магнитного поля ферромагнитных тороидов приведет к существенному снижению потерь и росту коэрцетивной силы (рис. 1).
1 38B-0W ' ;' 5.07*рв5:. :., -: ;::; ':.■•-: :' - potwi
Рисунок 1. Вектор-функция магнитного поля B в плоскости XZ [5]
В то же время, результаты исследований, выполненных нами ранее [8, 9] показали, что в диапазоне частот 50-15 000 Гц для магнито-мягких ферромагнетиков, изменение топологии магнитопровода с тороидальной на тороидальную с топологией Мебиуса, при увеличении величины магнитной индукции приводит к изменению активных потерь в магнитопроводе, которое может достигать 10% при одновременном изменении индуктивности до 15% по сравнению с аналогичными измерениями на магнитопроводе тороидальной топологии. Однако качественного изменения приведенных магнитных и электромагнитных характеристик при изменении топологии магнитопровода не наблюдалось.
Целью исследований является экспериментальная проверка на образцах-имитаторах влияния топологии Мебиуса на магнитные свойства магнито-мягких ферромагнетиков в замкнутой магнитной цепи и оценка возможности повышения энергетической эффективности электрооборудования.
Материалы и методы исследования
Схема стенда для определения сравнительных показателей магнито-мягких ферромагнетиков в замкнутой магнитной цепи приведена на рис. 2. Экспериментальный стенд состоит из генератора, собранного на базе источника синусоидальных электрических колебаний Г3-33. Генератор Г3-33 рассчитан на работу с нагрузкой 600 Ом, для обеспечения характеристик генератора в указанных при работе с другой омической нагрузкой в стенде последовательно сигнал с генератора поступал на усилитель NM2012 обеспечивающий в полосе частот 20 Гц ... 100 кГц выходное напряжение 5...40 В, выходную мощность 1...85 Вт при сопротивлении нагрузки до 2 Ом. Питание усилителя NM2012, а так же операционных усилителей КР140УД8, обеспечивалось источниками питания типа DC POWER HY3005 имеющих два независимых выхода со следующими характеристиками: выходное напряжение регулируемое (0...30)*2 В; выходной ток (0...5)*2 А. Уровень пульсаций выходного напряжения/тока источника питания DC POWER HY3005 зависит от нагрузки и при токе нагрузки до 3 А не превышает значений 0,5 мВ/3 мА. Катушка намагничивания T представлена на рис. 2 эквивалентной схемой, буферные усилители, собранные на операционных усилителях КР 140 УД 8 с коэффициентом усиления +2 и -2 обеспечивают привязку двух сигналов к общей нейтрали, что уменьшает потенциальные помехи измерительной схемы по «нулю». В качестве
эталонного сопротивления R использован магазин сопротивления измерительный Р33.
166 кОм
Рисунок 2 Схема экспериментальной установки для определения сравнительных показателей
(разработано авторами)
Определение сравнительных показателей магнитных свойств магнито-мягких ферромагнетиков выполнено на частоте 50 Гц. Задаваемые в ходе эксперимента параметры:
1 - ток намагничивания первичной обмотки. По результатам измерений определяются
U R
значения: X - напряжение на измерительном резисторе Е пропорциональное току
намагничивающей катушки I; Uy - напряжение на выходе интегратора И, пропорциональное магнитной индукции в сердечнике.
Измерение параметров основано на осциллографировании выходных сигналов (рис. 3) которое выполнялось на базе двухлучевого ПК-осциллографа типа Velleman PCS 500 с частотами вертикального отклонения до 50 МГц. Основные характеристики осциллографа: входной импенданс 1 М0м/30 пф; чувствительность 5 мВ-15 В/дел. Измерение тока и напряжения выполнялось цифровыми мультиметрами типа WY 60 с погрешностью измерения менее 1,0%.
а б
Рисунок 3. Петля гистерезиса (кривая циклического перемагничивания сердечника) а - в осях
(H, B); б - в осях (Ш, иу): их - напряжение пропорциональное току намагничивающей
катушки; иТ - напряжение пропорциональное магнитной индукции в сердечнике (разработано авторами)
Изображение кривой циклического перемагничивания сердечника (петли гистерезиса), получаемое на экране осциллографа, представлено на рисунке 3, б. Соответствующие магнитные величины идентифицируются рисунком 3, а. Все расчеты осуществляются по координатам изображения 3, б:
и2 = - л)/а = -^злщлг
(1)
где:
3
W^
площадь поперечного сечения сердечника; "2 - количество витков вторичной w1BS
обмотки катушки Т (см. рис. 2); 2 - потокосцепление вторичной обмотки катушки Т (см. рис. 2) с магнитным полем сердечника.
Из выражения (1) получим
В = -1 и 2Л = -шит
(2)
т = 1
где т ("2 3) - коэффициент пропорциональности. Учитывая закон полного тока
Iw1 = Н1
(3)
где: 1 - намагничивающий ток через обмотку I катушки Т; намагничивающей обмотки I катушки Т; 1
И закон Ома
w
количество витков длина средней линии сердечника.
получаем
I = я и
Н = wll-11 = Wl(lR¿)-1их = зих
где
з = Wl(lR¿ )-1
коэффициент пропорциональности.
В = ¡лйрН
Из (1) с учетом выражений (2-5) получим расчетное выражение
М = в/ МоН = иг/ Моих
(4)
(5)
(6) (7)
кривые
Выражения (4) и (7) показывают, что при неизменных параметрах т перемагничивания сердечника, изображенные на рис. 3, а и рис. 3, б. изоморфны.
Общий принцип конструирования заключался в максимальном использовании одних и тех же элементов конструкции в экспериментах как с контрольным, так и с мёбиусным магнитопроводом левого и правого спинов, с тем, чтобы в максимальной степени выделить именно эффект влияния топологии замкнутого магнитного контура, и в максимальной степени ослабить остальные эффекты (рис. 4). Определение сравнительных показателей магнитных свойств магнито - мягких ферромагнетиков, при использовании их в качестве материала замкнутых тороидальных сердечников, в которых топология замкнутого магнитного контура при одинаковой длине его средней линии и одинаковом квадратном сечении, выполним для магнитопровода в двух топологических формах: контрольный образец: образующие магнитопровода лежат в одной плоскости (стандартное исполнение, как у обычных сердечников) и экспериментальный образец, в котором образующая магнитопровода перекручены вокруг оси стержня, из которого выполнен тор, на 90 градусов, образуя, в системе
замкнутого магнитопровода в совокупности с недеформированной зоной, поверхности Мёбиуса правого и левого спинов. С этой целью в экспериментальном комплекте, приведенном на рис. 4, элемент сердечника с закрепленными на нем катушками 2, 3, является съемным и используется для любого типа исследуемых топологических форм.
Рисунок 4. Конструкция экспериментального трансформатора (разработано авторами)
В соответствии с известными рекомендациями [10], магнитопровод 1 (см. рис. 4) во всех предусмотренных методикой образцах представляет собою согнутую в кольцо, раскованную из прутка диаметром 20 мм, полосу длиной 310 мм прямоугольного сечения 5*16 мм (образцы серии А) и 9*9 мм (образцы серии В), выполненный из материала с торговым названием Magnifer 50® по стандарту DIN 17745, являющийся аналогом отечественного пермаллоя 47НК ГОСТ 10995-74. Предусмотрено после каждого деформирования заготовок материала осуществлять их совместный изотермический отжиг для рекристаллизации структуры материала и снятия остаточных напряжений. Согласно паспорту на материал предельное относительное удлинение при деформации данного материала составляет 40%. С помощью пакета твердотельного моделирования «Autodesk Inventor Professional» была определена максимальная степень деформации материала в предложенной конструкции, которая составляет не более 32,5%. Таким образом, в конструкции магнитопровода, с указанным поперечным сечением гарантированно обеспечено отсутствие разрывов на его поверхности при выполнении операции скручивания в петлю Мебиуса. На согнутом магнитопроводе, после его фиксации, обеспечивающей непосредственное касание месте стыка, зафиксированы две идентичные катушки: первичная и вторичная. Для уменьшения магнитного сопротивления место стыка магнитопровода предварительно смазывается по плоскости сопряжения ферритовой пастой ФП -5 ТУ 6-05-5076-76.
С учетом сделанных приближений и допущений, величину относительного изменения остаточной индукции, которая зависит от амплитуды намагничивающего тока, удобно определить из выражения:
в = B'R - Вёк/Вёк х100%
(8)
В' Ве
где: к - остаточная магнитная индукция мёбиусного сердечника, к - остаточная
магнитная индукция контрольного сердечника.
Аналогичным образом величина относительного изменения коэрцитивной силы и магнитной проницаемости может быть определена как:
Х = HC - ыЦыС х100%,
а =juR -цё /цё х100%
(9) (10)
Н1 Не
где: с - коэрцитивная сила мёбиусного сердечника, с - коэрцитивная сила
контрольного сердечника, М - относительная магнитная проницаемость мёбиусного
ме
сердечника, - относительная магнитная проницаемость контрольного сердечника.
Результаты
Результаты сравнительных исследований влияния топологии Мебиуса на показатели магнитных свойств магнито-мягких ферромагнетиков в замкнутой магнитной цепи с различной топологией приведены на рис. 5-9. Активное сопротивление катушки r=7 Ом. Количество витков - 250.
50mV 0J5V
50m V OiV
//
II III
У/
( t j
а
б
Рисунок 5. Осциллограмма сигнала. Ток 20 мА а - Контрольный образец серии В; б - мебиусный левый спин; в - мебиусный правый спин (разработано авторами)
0.16
0.12
0.08
0.04
B=f(Uy), В
I
у\2
0.1 0.2 0.3 0.4 H=f(Ux), В
Рисунок 6. Кривая намагничивания: 1 - образцы серии А; 2 - образцы серии В
(разработано авторами)
а
б
Рисунок 7. Зависимость изменения остаточной индукции между контрольным и мебиусным образцами: а - образец серии А; б - образец серии В; 1 - левый спин; 2 - правый спин
(разработано авторами)
в
Рисунок 8. Зависимость изменения коэрцитивной силы между контрольным и мебиусным образцами: а - образец серии А; б - образец серии В; 1 - левый спин; 2 - правый спин
(разработано авторами)
а б
Рисунок 9. Зависимость изменения магнитной проницаемости между контрольным и мебиусным образцами: А - образец серии А; б - образец серии В; 1 - левый спин; 2 - правый спин (разработано авторами)
Обсуждение
Экспериментальное исследование влияния топологии Мебиуса выполнено по известной методике [11] на основании анализа осциллограмм петель гистерезиса (см. рис. 5). Видно, что осциллограмма сигналов как контрольного, т.е. тороидального образца, так и образцов с топологией Мебиуса качественных изменений не претерпевает. Таким образом, можно утверждать, что возникающее вращательное движение векторов магнитного поля (см. рис. 1), вызванное изменением топологии ферромагнитных торроидов ни коим образом не связано с процессами передачи энергии из внешнего пространства, как это заявлялось рядом авторов [7].
На рис. 6 приведены результаты построения кривой намагничивания в координатах их(Ишса) и иу(Бтса). Видно, что измерения силы тока в диапазоне 50-200 мА, текущего через катушку намагничивания обеспечивает выполнение измерений во всех диапазонах работы ферромагнитного магнитопровода от участка начального намагничивания - до режима насыщения, что подтверждает адекватность выполненных расчетов параметров катушки намагничивания. Оценим влияния топологии магнитопровода на магнитные и свойства магнито-мягких ферромагнетиков в замкнутой тороидальной магнитной цепи. Видно, что изменение топологии магнитопровода при прочих равных параметрах образцов А и В сопровождается наибольшими изменениями, рассчитанной по формуле (8) остаточной индукции (см. рис. 7) при работе в области начального намагничивания. При этом увеличение осевого момента инерции сечения магнитопровода, при сохранении объема магнитопровода, величина которого в образцах серий А и В отличается не более чем на 1,25% и составляет 24,8*103 мм3 и 25,1*103 мм3 соответственно, т.е. увеличение основания прямоугольного
сечения (см. рис. 4) и уменьшение его высоты при сохранении площади сечения ярма магнитопровода приводит к уменьшению по абсолютным значениям «влияния спинов» с 20% для образца серии В до 3,5% для образцов серии А. Т.о. можно считать, что выполнение магнитопровода набором листов из ферромагнитного материала так же не приведет к существенному росту коэрцетивной силы ферромагнитных тороидов, как это заявлялось рядом авторов [6]. Это подтверждается результатами эксперимента (см. рис. 8) показавшим изменения, рассчитанной по формуле (9) коэрцитивной силы до 3,6% при работе в области начального намагничивания для образцов серии А, и увеличением до 20% для образцов серии В.
На рис. 9. приведены результаты изменения магнитной проницаемости, рассчитанной по формуле (10). Видно, что мёбиусный магнитопровод с правым и левым спином показывают симметричные «зеркальные» отклонения от значений магнитной проницаемости от соответствующих величин контрольного сердечника для обоих типоразмеров образцов А и В. Магнитная проницаемость изменяется в зависимости от направления закрутки магнитопровода, т.е. спина и достигает 6% для левого и -4% для правого спинов для образцов серии А и возрастает до 26% и 12% соответственно для образцов серии Б. Важно отметить, что при изменении силы тока, текущего через обмотку вызывает смещение локальных максимумов как в магнитопроводах с левым, так и с правым спинами. Причем во всех случаях уменьшение уровня потерь, связанное с изменением сечения магнитопровода в серии А, приводит к уменьшению по абсолютным значениям «влияния спинов».
Результаты эксперимента подтверждают, выдвинутую нами ранее гипотезу о том, что процессы намагничивания и перемагничивания определяются свойствами доменной структуры, как совокупности областей в магнитной подсистеме магнитных материалов, которые связывают микроскопические магнитные характеристики с их макроскопическими свойствами и зависят в исследованной области от «механического» изменения ориентации доменов [8, 9]. Косвенно это подтверждает тот факт, что значения коэрцитивной силы (см. рис. 8), являющиеся аналогом уровня потерь на гистерезис и остаточной индукции (см. рис. 7) при изменении топологии «зеркальных» отклонений не показывают, что может означать векторный характер магнитной проницаемости, то есть зависимость ее величины от направления пространственной закрутки вектора магнитной индукции в сердечнике. Таким образом, из анализа магнитных свойств магнитопровода видно, что обнаруженные эффекты зависят от величины магнитной индукции. Это позволяет предположить допустимость сделанной гипотезы о возможности «механического» измерения ориентации доменной структуры магнитопровода при изменении его топологии при работе на начальном участке основной кривой намагничивания.
Полученные, в ходе комплексных исследований физико-технических основ влияния изменения топологии тороидального магнитопровода, результаты показали нецелесообразность изменения топологии магнитопровода для увеличения энергетической эффективности электрооборудования, работающего в номинальном режиме на линейном участке основной кривой намагничивания. Однако, при оценке перспектив использования магнитопроводов с мебиусной топологией особый интерес вызывает расширение диапазона работы измерительных трансформаторов в области малых токов, т.е. на начальном участке основной кривой намагничивания. Связано это с тем, что диапазон рабочих токов у счетчиков электроэнергии позволяет продолжать учет энергии на пороге чувствительности 0,2-0,3% от номинального тока, в то время как диапазон рабочих токов для измерительных обмоток у трансформаторов тока значительно уже и для классов точности 0,2 и 0,5 составляет от 5% от номинального тока. Причиной этому является конструктивная особенность трансформатора, обязательно содержащего не менее двух обмоток и сердечник, выполняющий функцию магнитопровода, т.е. элемента магнитной цепи, обеспечивающего распространение магнитного
потока по заданной траектории. Для обеспечения формирования траектории магнитного потока, магнитопровод выполняют из материала, магнитная проницаемость которого на несколько порядков выше, чем у воздуха. В настоящее время высокой магнитной проницаемостью обладают ферромагнитные материалы которые и используют в большинстве типов трансформаторов. В то же время, любой ферромагнитный материал имеет нелинейную характеристику. Измерительные трансформаторы указанных выше классов точности работают на линейном участке. И при работе с малыми значениями токов, составляющими менее 5% от номинального значения тока, протекающего по первичной обмотке измерительного трансформатора, рабочая точка смещается в нелинейную область начального намагничивания, в которой существенное влияние оказывает остаточная намагниченность, обусловленная ориентацией доменной структуры материала магнитопровода.
Изменение магнитной проницаемости материала магнитопровода на начальном нелинейном участке основной кривой намагничивания под действием спинов позволяет предположить целесообразность дальнейших работ по расширению диапазона работы трансформаторов тока при измерении и регистрации малых токов, т.е. на начальном участке основной кривой намагничивания. Однако малость выявленных эффектов требует разработки алгоритма анализа, а также теоретического и инженерного анализа области габаритных размеров и тока намагничивания магнитопровода, в которой возможна значимая регистрация эффектов, связанных с изменением топологии магнитопровода.
Заключение
В работе выполнено экспериментальное подтверждение гипотезы о влиянии топологии Мебиуса на распространение магнитного поля в магнитопроводе. Разработана методика экспериментальной оценки влияния топологии магнитопровода на приведенные характеристики магнито-мягких ферромагнетиков. Исследования выполнены во всем диапазоне работ магнитопровода от начального нелинейного участка, линейного участка и участка насыщения. Показано что «механическое» изменение ориентации доменной структуры магнитопровода при изменении его топологии вызывает изменение остаточной индукции, коэрцитивной силы и магнитной проницаемости до 20% при силе тока текущем через катушку намагничивания до 50 мА, что соответствует работе на начальном участке основной кривой намагничивания и снижается до значений, сопоставимых с погрешностью измерений при работе с током более 150 мА, что соответствует области линейного участка основной кривой намагничивания. Увеличение осевого момента инерции сечения магнитопровода в 2 раза, т.е. увеличение основания прямоугольного сечения и уменьшение его высоты при сохранении площади сечения ярма магнитопровода сопровождается снижением выраженности влияния топологии Мебиуса до 4 раз. Полученные, в ходе комплексных исследований физико-технических основ влияния изменения топологии тороидального магнитопровода, результаты показали нецелесообразность изменения топологии магнитопровода для увеличения энергетической эффективности электрооборудования, работающего в номинальном режиме на линейной участке основной кривой намагничивания, однако могут быть использованы в измерительных трансформаторах для расширения области доверительных значений при измерении и регистрации малых токов, т.е. на начальном участке основной кривой намагничивания
1. 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10. 11.
ЛИТЕРАТУРА
Матвеев А.Н. Электричество и магнетизм: М.: Высшая школа, 1983 г. - с. 345. R.L. Davis U.S. Pat. No. 3, 267, 406 patented 8/16/66.
Альфонс Л. Преобразование Мебиуса в многомерном пространстве: Пер. с англ.-М.: Мир, 1986. - 112 с.
Vujevic D. Application of the Möbius strip in electrical engineering. Energija. Vol 56 (2007). No 6. pp. 700-711.
Некоторые соотношения на проводнике в виде листа Мебиуса / Евстигнеев Н.М., Рябков О.И., Шахпаронов И.М., Лавров С.И. / Естественные и технические науки, №6, 2011, с. 50-58.
Меньших О.Ф. Способ косокругового намагничивания ферромагнитного тороида, Патент РФ №2391730, опубл. в бюлл. №16 от 10.06.2010.
Меньших О.Ф. Способ получения энергии и устройство для его реализации, Патент РФ №2332778, опубл. в бюлл. №24 от 17.08.2008.
Арутюнов Ю.А., Возовиков И.Н., Молокин Ю.В., Чащин Е.А., Шеманаева Л.И. Влияние топологии магнитопровода на приведенные характеристики магнитомягких ферромагнетиков // Современные проблемы науки и образования. - 2015. - №2-2; URL: https://www.science-education.ru/ru/article/view?Id=23144 (дата обращения: 09.02.2017).
Арутюнов Ю.А. и др. Влияние топологии Мебиуса на распространение в магнитопроводе магнитного поля / Ю.А. Арутюнов, И.Н. Возовиков, Е.А. Чащин, Л.И. Шеманаева / Современные проблемы науки и образования. - 2015. - №5; URL: http://www.science-education.ru/128-22137.
Налимов В.В. Теория эксперимента. - М.: Наука, 1971. - 208 с.
Арутюнов Ю.А. и др. Влияние топологии магнитопровода на отклик при внешнем электромагнитном воздействии / Арутюнов Ю.А., Дробязко А.А., Крылов А.И., Чащин Е.А., Шашок П.А., Шилов И.В. / Современные наукоемкие технологии. - 2016. - №10-1. с. 29-32.
Chaschin Yevgeny Anatolevich
Kovrov state technical academy, Russia, Kovrov E-mail: [email protected]
Arutyunov Yuri Artemovich
Scientific-clinical center of sports medicine federal medical-biological agency of Russia, Russia, Moscow
E-mail: [email protected]
Badalyan Norayr Petikovich
Vladimir state university, Russia, Vladimir E-mail: [email protected]
Drobyazko Aleksandr Aleksandrovich
LLC «Double spiral», Russia, Moscow E-mail: [email protected]
Shashok Pavel Aleksandrovich
LLC «Double spiral», Russia, Moscow E-mail: [email protected]
The influence of the mobius topology on the magnetic properties of magnetically soft ferromagnetic materials in a closed magnetic circuit
Abstract. The work carried out the experimental verification of the hypothesis about the influence of the topology of the magnetic on the reduced characteristic of magnetically soft ferromagnetic materials in the field of low-intensity magnetic fields comparable to the effect of its own magnetization structure. The paper presents the methodology and results of the experimental studies of the effect on the Mobius topology for the magnetic properties of magnetically soft ferromagnetic materials in a closed magnetic circuit with the external electrical interference with the frequency of 50 Hz. The relative change of the residual induction, coercive force and magnetic permeability was studied on samples that had been made as a closed core rod in which the topology of the closed magnetic circuit with the same volume made with different axial moment of inertia of the cross section of the magnetic circuit. Experimental results have shown that the change in the topology of the magnetic circuit, when operating in the initial magnetization is accompanied by a change in these values remanence, coercivity and permeability to 20% when working on the initial section of the main magnetization curve and decreases both with increase of the axial magnetic moment of inertia and the distance from the initial nonlinear section of the normal magnetization curve. The results, which were obtained in the course of comprehensive studies of physical and technical foundations of influence of change the topology of toroidal magnetic showed unreasonableness of the magnetic topology changes to increase the energy efficiency of electrical equipment, that operates in nominal mode on a linear portion of the main magnetization curve. However, it can be used in nstrument transformers for expansion of the confidence interval when measuring small currents and registration, i.e. the initial section of the main magnetization curve.
Keywords: the topology of the Mobius; magnetic; magnetic field; coil; system for collecting, processing and transmitting information; saturation induction; residual induction; coercive force; magnetic permeability
