СПОСОБ РАЗМАГНИЧИВАНИЯ СУДНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF DEMAGNETIZATION VESSEL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к размагничивающим устройствам, в частности к устройствам, предназначенным для размагничивания судов и подводных лодок на стационарных станциях.
Известны способы размагничивания крупногабаритных деталей (Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник в 2-х книгах под ред. В.В. Клюева, кн. 2. - М.: Машиностроение, 1976, с. 8-10), основанные на их помещении в соленоиды переменного тока различной частоты с последующим уменьшением тока в соленоидах или удалением деталей из центральной части соленоидов на расстояние, на котором напряженность поля размагничивающего устройства можно принять равной нулю. Недостатками способов является сложность получения токов размагничивания, имеющих затухающий колебательный характер, или необходимость механического удаления объекта размагничивания из рабочей зоны соленоидов.
Известен способ размагничивания крупногабаритных изделий (патент RU 2157014, МПК Н01F 13/00, 27.09.2000), заключающийся в воздействии на изделие двух переменных магнитных полей с уменьшающейся амплитудой, частота одного из которых совпадает с собственной основной частотой механического резонанса изделия. Недостаток способа также состоит в сложности формирования двух затухающих токов размагничивания, один из которых имеет треугольную форму, а другой - прямоугольную.
Наиболее близким к предлагаемым способу и устройству является размагничивающее устройство для морских судов (патент СА 1283163, МПК B63G 9/06, H01F 13/00, 16.04.1991). Известный способ заключается в поочередном апериодическом разряде батареи накопительных конденсаторов через переключатель полярности, катушку индуктивности и один из ключей коммутатора на три ортогонально расположенные вблизи судна обмотки размагничивания. При этом величину и полярность разрядного тока меняют в соответствии с измеренными в указанных плоскостях намагниченностями судна. Недостатком способа является неоптимальная форма разрядного импульса тока, представляющего собой одиночный однополярный импульс, не обеспечивающий быстрого и эффективного размагничивания судна. Кроме того, из-за апериодического характера разряда батареи накопительных конденсаторов ток через включенные тиристоры переключателя полярности и коммутатора не достигает нулевого значения. При этом в конце разряда не происходит автоматическое отключение зарядного устройства от задействованной обмотки размагничивания, и требуется принудительное выключение соответствующих тиристоров.
Целью предлагаемого изобретения является оптимизация формы импульса разрядного тока, создающего размагничивающее магнитное поле, благодаря чему повышается эффективность и скорость размагничивания судна. Кроме того, колебательный характер разрядного тока упрощает отключение отработавшей обмотки размагничивания от батареи накопительных конденсаторов.
Поставленная цель достигается тем, что емкость, индуктивность и сопротивление разрядного контура выбирают исходя из получения затухающего колебательного режима разряда батареи накопительных конденсаторов. При этом замыкание разрядной цепи производят через один из выполненных двунаправленными ключей коммутатора в течение времени, достаточного для окончания колебательного процесса.
Для того чтобы разряд носил колебательный характер необходимо выполнение неравенства:
где R - активное сопротивление разрядного контура;
L - индуктивность разрядного контура, включающая в себя индуктивности катушки и обмотки размагничивания с учетом влияния судна. На практике величина индуктивности обмотки размагничивания пренебрежимо мала по сравнению с индуктивностью катушки;
С - емкость батареи накопительных конденсаторов.
Так для устройства размагничивания, описанного в прототипе, С=0,8 Ф, a L~0,45 Гн. При этом критическое значение сопротивления
Для перевода устройства из режима апериодического разряда в колебательный режим при заданных значениях С и L необходимо снизить сопротивление R контура, например, за счет применения сверхпроводящих материалов или увеличения сечения кабелей, которыми наматываются катушка индуктивности и обмотки размагничивания. В частности, при снижении сопротивления R до 0,5 Ом декремент затухания (показатель, характеризующий быстроту затухания колебаний) составит величину:
При этом амплитуда тока второй (отрицательной) полуволны будет примерно равна 40% от амплитуды первой (положительной) полуволны, а амплитуда третьей полуволны - соответственно 10%.
Частота собственных колебаний резонансного контура приблизительно будет иметь значение:
а длительность полупериода - 2 сек, что вполне достаточно для размагничивания объектов с толщиной стенок до 50-60 мм.
Для обеспечения протекания знакопеременного разрядного тока в коммутаторе должны быть применены двунаправленные ключи, остающиеся открытыми в течение одного-двух периодов разрядной частоты контура, достаточных для практически полного завершения колебательного процесса.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства размагничивания судна, на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на управляющих входах двунаправленных ключей и разрядных токов в контуре и напряжений на батарее накопительных конденсаторов.
Устройство размагничивания судна 1 включает в себя три ортогонально расположенные вблизи судна 1 обмотки размагничивания 2, 3; 4; 5, 6, подключенные через коммутатор 7, катушку индуктивности 8 и переключатель полярности 9 к батарее 10 накопительных конденсаторов. Батарея 10 связана с выходом регулируемого зарядного устройства 11, подсоединенного к электрической сети 12. Устройство размагничивания содержит также блок управления 13, одни из входов 14 которого соединены с магнитометрами 15, 16, 17, 18, 19, размещенными вблизи судна 1, другие входы 20, 21 - с полюсами батареи 10, а выходы 22 и 23 - с регулирующими входами устройства 11 и переключателя 9. Устройство размагничивания отличается тем, что коммутатор 7 выполнен на трех двунаправленных ключах 24, 25, 26 в виде выпрямительных мостов 27, 28, 29, одни выводы диагоналей переменного тока которых подключены к соответствующим обмоткам размагничивания 2, 3; 4; 5, 6, другие выводы - к выходной клемме катушки 8, а в диагонали постоянного тока мостов 27, 28, 29 включены тиристоры 30, 31, 32. С управляющими электродами тиристоров 30, 31, 32 через последовательно соединенные формирователи 33, 34, 35 длительности управляющего напряжения в виде ждущих мультивибраторов 36, 37, 38 и импульсные усилители 39, 40, 41 связаны выходы 42, 43, 44 блока 13.
Устройство размагничивания судна работает следующим образом. Размагничиваемое судно 1 заводится на станцию размагничивания, состоящую из трех ортогонально расположенных обмоток размагничивания 2, 3; 4; 5, 6 и магнитометров 15, 16, 17, 18, 19. По результатам измерения намагниченностей судна в указанных плоскостях блок управления 13 с помощью выходов 22, 23 задает необходимые величину напряжения заряда батареи 10 и полярность выходного напряжения переключателя 9. После этого на выходе 42 появляется импульс, запускающий формирователь 33 (мультивибратор 36). Длительность выходного импульса формирователя 33 в зависимости от скорости затухания разрядного тока в контуре размагничивания устанавливается с помощью RC цепи мультивибратора 36 несколько меньшей одного или двух полных периодов разрядной частоты. Сформированный импульс через усилитель 39 поступает на управляющий вход ключа 24, открывая тиристор 30. В результате батарея 10 через переключатель 9 катушку 8 и двунаправленный ключ 24 разряжается на обмотку 2, 3. По окончании импульса усилителя 39 и при достижении колеблющимся разрядным током нулевого значения тиристор 30 автоматически закрывается, отключая обмотку 2, 3 от батареи 10. На фиг. 2 на двух верхних диаграммах показан случай формирования одного полного периода разрядного тока, а на двух нижних диаграммах - случай формирования двух полных периодов. К концу разряда на батарее 10 сохраняется небольшое остаточное напряжение той же полярности, что и в начале разряда. Автоматическое отключение обмотки размагничивания позволяет также не отключать зарядное устройство 11 от батареи 10, что упрощает и ускоряет процесс перезаряда батареи 10 для последующего разряда ее на очередную обмотку размагничивания. Аналогичным образом работает устройство и при разряде батареи на обмотки размагничивания 4, 5, 6. Использованные в устройстве двунаправленные ключи 24, 25, 26 могут быть реализованы и на другой элементной базе, например на симисторе или сочетании выпрямительного моста и транзистора IGBT. В качестве переключателя полярности 9 может быть применен мощный контактор с двумя замкнутыми и двумя разомкнутыми контактами.
Таким образом, предложенный способ и устройство обеспечивают получение оптимальной формы тока, пропускаемого через размагничивающие обмотки. При этом достигается повышение качества и ускорение процесса размагничивания, снижаются затраты электроэнергии и упрощается эксплуатация устройства.