ИСТОЧНИК ПЕРЕМЕННОГО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Полезная модель относится к области создания переменных по амплитуде магнитных полей, медленно вращающихся в плоскости намагничения, и может найти применение в электротехнике и приборостроении при исследовании и выборе ферромагнитных материалов, электротехнических сталей, для разрабатываемых изделий, где присутствуют вращающиеся магнитные поля с переменной амплитудой за один цикл, для изучения процессов потерь энергии при общем планимагнитном и вращательном гистерезисе.
Преимущественно полезная модель может быть использована в магнитоизмерительных устройствах для создания круговых и эллиптических полей при изучении процессов вращательного гистерезиса, для создания полей типа замкнутый овал Кассини при моделировании процессов общего планимагнитного перемагничивания.
Известно устройство для измерения параметров ферромагнитных материалов, содержащее П-образный намагничивающий магнитопровод с намагничивающей обмоткой, соединенной через усилитель мощности с источником медленно меняющегося тока, магнитоиндукционный датчик, осесимметричный П-образному намагничивающему магнитопроводу, две дополнительные обмотки, нанесенные на намагничивающий магнитопровод, последовательно соединенные регулятор тока, источник управляемого синусоидального тока и усилитель мощности, соединенный с одной из обмоток, а вход регулятора тока соединен с другой обмоткой (а.с. 892387, G01R 33/12, авторы Н.С.Казаков, В.А.Шахнин, В.С.Катык А.С.Петляев; опублик. БИ №47, 1981, с.229).
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности получения вращающихся магнитных полей, обусловленное отсутствием поворотного устройства с приводом для намагничивающего магнитопровода, блока синхронизации угла поворота магнитопровода с управляемым источником тока питания обмоток магнитопровода. Устройство позволяет моделировать только циклический гистерезис.
Известен также управляемый источник магнитного поля, содержащий последовательно соединенные задатчик формы и частоты тока и блок сравнения, последовательно соединенные электромагнит и преобразователь Холла, подключенный своим выходом ко второму входу блока сравнения, последовательно соединенные широтноимпульсный модулятор, дифференциальный инвертор тока, датчик постоянного напряжения и дополнительный усилитель, управляемый источник постоянного напряжения, подключенный ко второму входу дифференциального инвертора тока, а также датчик рабочего зазора, соединенный со вторым входом дополнительного усилителя, при этом вход широтноимпульсного модулятора подключен к выходу блока сравнения (а.с. 828143, G01R 33/14, авторы В.М.Тюрин А.И.Гриднев, В.П.Захаров, опублик. БИ №17, 1981, с.202).
Недостатком известного управляемого источника магнитного поля является отсутствие возможности получения вращающихся полей, обусловленное отсутствием поворотного стола с приводом для вращения электромагнита, блока синхронизации угла поворота электромагнита с задатчиком формы и частоты тока. Данное устройство нацелено также на изучение процессов только циклического гистерезиса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели является устройство для намагничения в круговом магнитном поле, состоящее из П-образного электромагнита, установленного на поворотном с приводом столе, на валу вращения которого находятся скользящие контакты, соединяющие электромагнит и линейно регулируемый реостатом источник постоянного тока (отчет по НИР, госуд. peг. 77035022, инв. №Б660756, СФТИ, Томск, 1977, с.141-148).
Недостатком известного устройства, принятого за прототип, является возможность получения только кругового вращающегося или линейно меняющегося магнитного поля. Есть необходимость в получении магнитных вращающихся полей различной конфигурации, особенно эллиптических с регулируемым коэффициентом сжатия, полей типа замкнутый овал Кассини.
Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве, содержащем П-образный электромагнит, установленный на поворотном с приводом столе, на валу вращения которого находятся скользящие контакты, соединяющие электромагнит и регулируемый реостатом источник постоянного тока, согласно полезной модели на валу вращения поворотного стола закреплен сменный плоский кулачок заданной формы, например в форме эллипса с нужным коэффициентом сжатия, или в форме замкнутого овала Кассини, соединенный посредством подпружиненного к нему коромысла на оси и кулисной пары с реостатом, закрепленным на каретке, перемещающейся на взаимно перпендикулярных направляющих, т.е. на координатном столе, ползунок реостата является камнем кулисы, а его рабочая длина является пределом для большой полуоси сменного кулачка.
Сущность полезной модели поясняется чертежом. На фиг.1 представлена электрокинематическая схема источника вращающегося постоянного магнитного поля. Полезная модель содержит П-образный электромагнит 1 на поворотном столе 2 с приводом 3 и валом вращения 4, скользящие контакты 5, соединяющие источник питания 6 электромагнита 1, регулируемый реостатом 7, плоский кулачок 8 на валу 4, пружину 9, коромысло 10 на оси 11, кулисную пару 12, каретку 13 с реостатом 7, координатный стол с взаимно перепендикулярными направляющими 14 и 15. Пружина 9 прижимает коромысло 10 к кулачку 8.
Каретка 13 с неподвижно закрепленным реостатом 7 может перемещаться параллельно коромыслу 10 по направляющим 14, которые в свою очередь перемещаются перпендикулярно ему по направляющим 15 с возможностью фиксирования в заданном положении. Кулачок 8 посредством коромысла 10 и кулисной пары 12 связан с реостатом 7; кулисную пару составляют плечо коромысла с продольным пазом и ползунком реостата. Ползунок выполнен с цилиндрической ручкой, являющейся камнем кулисной пары и свободно перемещающейся в пазу.
В исходном состоянии электромагнит 1 на поворотном столе 2 с приводом 3 устанавливается так, чтобы коромысло 10 прижималось к кулачку 8, например в форме эллипса, против его большой оси. Заданная напряженность магнитного поля, пропорциональная току питания, который пропорционален сопротивлению реостата 7 или положению ползунка на нем, и соответствующая большой оси магнитного эллипса, устанавливается перемещением направляющих 14 с кареткой 13 и реостатом 7 по направляющим 15. Ползунок реостата в это время удерживается кулисой. При достижении заданной напряженности магнитного поля направляющие 14 фиксируются в этом положении по отношению к направляющим 15. Коэффициент сжатия магнитного эллипса регулируется перемещением каретки с реостатом по направляющим 14 или вдоль кулисы, изменяя тем самым длину плеча между ползунком реостата и осью 11 вращения коромысла 10. После установления заданного коэффициента сжатия каретка 13 с реостатом 7 также фиксируется по отношению к направляющим 14.
Устройство работает следующим образом. При заданных напряженности и коэффициенте сжатия магнитного поля включаем вращение электромагнита 1. Вместе с валом 4 вращается и кулачок 8. Прижатое к нему пружиной 9 коромысло 10 перемещает ползунок реостата в сторону уменьшения тока питания электромагнита. После прохождения малой осью кулачка точки упора в коромысло 10 ползунок реостата возвращается в установленное положение. Регулировка тока питания электромагнита по такому закону приводит к тому, что годограф вектора напряженности магнитного поля за период вращения описывает эллипс с заданным коэффициентом сжатия.
В предпочтительной форме выполнения кулачка как для случая эллиптического поля, так и произвольной формы, необходимо иметь градуировочный график зависимости напряженности магнитного поля от координаты перемещения ползунка реостата. Габариты кулачка выбираются из конкретных условий на месте, но есть один размер - разность между большой и малой осями кулачка - это половина пути ползунка на реостате. При равенстве плеч коромысла и при установленном максимальном магнитном поле в линейном участке для данного электромагнита мы получаем магнитный эллипс с коэффициентом сжатия 0,5 Тем самым попадаем в центр интервала регулировки коэффициента сжатия. При увеличении длины плеча между осью 11 вращения коромысла 14 и ползунком 10 реостата 7 коэффициент сжатия эллипса больше 0,5; при уменьшении - меньше 0,5. Другое плечо коромысла выполнено Г-образно, учитывая случаи кулачка в виде восьмерки, соответствующие полям вида замкнутые овалы Кассини.
Для получения другой конфигурации поля пользуясь градуировочным графиком зависимости напряженности магнитного поля от координаты перемещения ползунка реостата можно рассчитать необходимые размеры формы кулачка.
Круговое поле получается снятием цилиндрической ручки с ползунка реостата, тем самым разрывается связь с кулачком, и ток питания электромагнита не меняется по амплитуде во время вращения.
Использование предложенной полезной модели в сравнении с известными устройствами обеспечивает расширение функциональных возможностей в получении вращающихся магнитных полей заданной формы высокой однородности. С его помощью можно шире и глубже изучать явления перемагничивания, а также измерять на образцах электротехнической стали и других ферромагнитных материалах важные параметры для расчета потерь энергии в магнитных цепях электрических машин.
Все вышеуказанное позволило:
1. Создать конструктивно и технологично относительно простое устройство для получения на нем поочередно следующих магнитных полей:
- линейно меняющееся,
- круговое вращающееся в инфранизком интервале угловых скоростей,
- вращающееся эллиптическое с разным коэффициентом сжатия,
- вращающееся и меняющееся по амплитуде в форме замкнутого овала Кассини (с учетом подбора соотношения параметров а и с).
2. Добавленные узлы не вышли за габариты указанного прототипа.
3. Получить недорогой инструмент для инновационных предприятий и опытных инженерно-научных организаций, проводящих магнитные измерения.
4. Минимизировать цену эксплуатационного обслуживания в сравнении с расширением функциональных возможностей.