СПОСОБ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ

СПОСОБ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ


RU (11) 2006974 (13) C1

(51) 5 H01F13/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.01.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4892211/07 
(22) Дата подачи заявки: 1990.12.18 
(45) Опубликовано: 1994.01.30 
(71) Заявитель(и): Московский институт инженеров железнодорожного транспорта 
(72) Автор(ы): Воротников В.С.; Скоробогатов В.И.; Щуров А.И. 
(73) Патентообладатель(и): Московский институт инженеров железнодорожного транспорта 

(54) СПОСОБ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ 

Использование: в электротехнике, а конкретно в способах повышения линейности характеристик ферромагнитных сердечников, применяемых в трансформаторах и электромагнитных устройствам переменного тока. Сущность изобретения: через ферромагнитный сердечник пропускают переменный магнитный поток, а затем к сердечнику прикладывают механические силы, создающие в сердечнике механические напряжения. При этом частота механических напряжений должна быть вдвое больше частоты перемагничивания сердечника. 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к способам намагничивания ферромагнитных сердечников, применяемых в трансформаторах и электромагнитных устройствах переменного тока.

Известно, что намагничивание сердечников, изготовленных из электротехнических сталей и пермаллоев и обладающих нелинейными характеристиками зависимости магнитной индукции (В) от намагничивающей силы (Н), переменными магнитными полями в диапазонах магнитных индукций, близких к области насыщения, приводит к появлению искаженной формы тока и напряжения в электрической цепи, в которой используются катушки с ферромагнитными сердечниками, например, в трансформаторах [1,2] . Поэтому для уменьшения искажений синусоидальной формы токов и напряжений величину магнитной индукции в сердечниках катушек снижают примерно в 1,5 раза по сравнению с индукцией насыщения, что приводит к недоиспользованию магнитных материалов с указанным коэффициентом и, следовательно, к их завышенному расходу.

Наиболее близким к заявляемому является способ намагничивания ферромагнитных сердечников, используемый для получения механических колебаний в ферромагнитном сердечнике от действия переменного магнитного поля, основанный на эффекте магнитострикции [3] , заключающийся в изменении геометрических размеров ферромагнетика в зависимости от величины приложенного магнитного поля. При обратном магнитострикционном эффекте от приложенных к ферромагнитному сердечнику механических сил, создающих механические напряжения в сердечнике, меняются магнитные свойства.

Известный способ используется для получения механических колебаний сердечника, хотя в сердечнике, подвергающемуся действиям магнитного поля и механических напряжений, происходят изменения магнитной индукции в сторону улучшения линейности характеристик, но они не находят практического применения для повышения эффективности работы сердечников и, как следствие, для улучшения форм электрических напряжений вторичных обмоток трансформаторов и токов первичных обомоток.

Цель изобретения - повышение линейности характеристик сердечников, работающих в широком диапазоне магнитных индукций, при одновременном снижении их материалоемкости и повышение эффективности намагничивания.

Цель достигается тем, что на ферромагнитный сердечник воздействуют переменным магнитным полем, а затем в сердечнике создают переменные механические напряжения с частотой, вдвое большей частоты перемагничивания сердечника.

Сущностью изобретения являются последовательные действия намагничивающих и механических сил на ферромагнитный сердечник. Совокупность существенных признаков проявляет дополнительные свойства, а именно повышает линейность характеристик зависимости магнитной индукции (В) от намагничивающей силы (Н) в более широком диапазоне магнитных индукций, снижает материалоемкость и повышает эффективность намагничивания ферромагнитных сердечников в трансформаторах и других электромагнитных устройствах переменного тока.

На фиг. 1 приведена схема, реализующая заявленный способ, где 1 - сердечник, 2 - первичная обмотка, 3 - скоба, 4 - вторичная обмотка; на фиг. 2 - основные кривые намагничивания при действии механических напряжений; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу сердечника; на фиг. 4 - конструкция ферромагнитного сердечника.

Способ осуществляется следующим образом.

Сердечник 1 (фиг. 1) при пропускании переменного электрического тока по обмотке 2 начинает перемагничиваться. При симметричном перемагничивании благодаря явлению магнитострикции сердечник вибрирует с частотой, вдвое превышающей рабочую частоту тока, протекающего по обмотке 2. В таких сердечниках амплитуда вибрации и соответственно механические напряжения, как правило, на порядок и более ниже тех же величин, которые могут быть получены при приближении частоты вибрирующего сердечника к частоте его механического резонанса. В этом случае магнитный поток и магнитная индукция в сердечнике являются функциями двух переменных: напряженности магнитного поля (Н) и величины механического напряжения ( ):

B = f(H, ).

Так как Н и являются функциями времени, то полный дифференциал от магнитной индукции В равен

dB = dH + d, где первое слагаемое в правой части представляет собой индукцию покоя, а второе - индукцию движения, т. е.

В = Впок + Вдв, где Впок - индукция покоя;

Вдв - индукция движения.

Для образования механических напряжений в сердечнике его зажимают жестким каркасом в виде скобы 3 (фиг. 1), поэтому при перемагничивании сердечника в нем в силу магнитострикционного эффекта создаются механические напряжения. На фиг. 2 приведены кривые изменения магнитной индукции от напряженности намагничивающего поля при разных по знаку механических напряжениях: 5 - при положительном напряжении (растяжение), 6 - напряжение равно нулю, 7 - при отрицательном напряжении (сжатие) материала сердечника. При этом меняется угол наклона кривых, а индукция насыщения остается одной и той же. Величина индукции движения в пределах упругой деформации пропорциональна относительной деформации сердечника:

Bдв = а , где а - постоянная, зависящая от свойств материала сердечника;

- относительная деформация.

При взаимном наложении индукции пульсации и индукции движения характер работы сердечника резко меняется. На фиг. 3 приводится графическое пояснение такой работы. В этом режиме перемещение рабочей точки происходит по кривой намагничивания, но сама кривая намагничивания синхронно с частотой перемегничивания меняет свое положение в координатах В-Н. Это способствует "вытягиванию" частного гистерезисного цикла и приближению его по форме к эллипсу, что позволяет увеличивать значение магнитной индукции и сохранять практически линейность свойств сердечника трансформатора при возрастании намагничивающего поля от Нm1до Hm2. При этом одновременно изменяется угол наклона и происходит увеличение большой оси эллипса. Таким образом, искажающее действие петли гистерезиса отсутствует, что обеспечивает синусоидальную форму тока в первичной обмотке и напряжения вторичной обмотки при выходе за колено кривой намагничивания. Для получения условий работы сердечника трансформатора, близких к значению механического резонанса, рабочие частоты и геометрические размеры Ш-образного сердечника строго связаны между собой и могут быть определены по формуле

f = где f - частота механических колебаний сердечника;

Е - модуль упругости материала сердечника;

b и h - геометрические размеры.

Конструкция такого сердечника показана на фиг. 4.

Способ обладает высокой эффективностью, так как позволяет благодаря лучшему использованию материала сердечника снизить материалоемкость сердечников на 10-15% . (56) 1. Бессонов Л. А. Нелинейные электрически цепи. - М. : Высшая школа, 1964, с. 46-58.

2. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М. : Высшая школа, 1973, с. 62-63, 248-251.

3. Бозорт Р. Ферромагнетизм. - М. : Иностранная литература, 1956, с. 477-500, 534-537, 542. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНИТНЫХ СЕРДЕЧНИКОВ, при котором на ферромагнитный сердечник воздействуют переменным магнитным полем с постоянной частотой в диапазоне магнитных индукций, близких к индукции насыщения магнитного материала, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности характеристик сердечников, работающих в широком диапазоне магнитных индукций, при одновременном снижении их материалоемкости и повышения эффективности намагничивания, после воздействия на ферромагнитный сердечник переменным магнитным полем создают в сердечнике переменные механические напряжения с частотой, вдвое большей частоты перемагничивания сердечника.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru