Магнитный экран

Магнитный экран

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (щ995 126 (61)Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 1210.81 (21} 3345368/18-21 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовано 07.0283, Бюллетень М2 5

Дата опубликования описания 070283

О 12 В 17/02

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений и открытии (33) УДК 621, 317. .44 (088.8) (72) Автор изобретения

Е.В. Кириевский (71) Заявитель (54) ИАГНИ1 НЫЙ ЭКРАН мощных низковольтных автономныМ электроэнергетических системах. Это обусловлено тем, что в ростом напряженности внешних магнитных полей защита от них требует пропорционального увеличения мощности усилителей сигналов датчиков для создания соответствующего компенсирующего магнитного потока. Однако создание усилителей, мощность которых обеспечивала бы получение больших магнитных . потоков (мощность усилителя должна быть для этого более 150-200 Вт), практически невозможно в условиях ограничений, накладываемых на габариты устройств в автономных энергосистемах.

Цель изобретения — повышение эффективности экранирования магнитного экрана.

Цель достигается тем, что в магнитный экран, содержащий полый корпус с размещенными на его поверхности и размагничивающими обмотками, плоскости витков которых ортогональ- ны, и датчиков пространственных составляющих магнитного потока., расположенных в плоскости, перпендикулярной оси соответствующей размагничивающей обмотки и источник питания, Изобретение относится к электромагнитньм измерениям и может быть использовано для защиты объектов от сильных магнитных полей.

Известен магнитный экран, выполненный в виде полого корпуса, с раз-.магничивающей обмоткой 1 ).

Данный экран практически не обеспечивает защиты от проникающего действия внешних -магнитных полей в область расположения объекта в случае значительных колебаний величины напряженности помехонесущего поля. Известен магнитный экран, содер« жащий полый корпус,. с, размещенными на его,поверхности и размагничивающнми обмотками,- плоскости витков которых ортогональны, а также снабженный и датчиками пространственных

-составляющих магнитного потока,- расположенными в плоскости, перпендикулярной осн соответствующих размагничивающих обмоток, и усилителями сигналов датчиков, соединенными с выводами размагничивающих обмоток(21.

Известный магнитный экран обладает недостаточньм экранирующим эффектам в условиях воздействия сильных магнитных полей, создаваемых, например, токами короткого замыкания в

if

995126

Выходы датчиков 2 и 3 подключены соответственно к входам нуль-индика- торов 6 и 7, выходы которых соединены с первичными обмотками 8 и 9 импульсных трансформаторов 10 и 11 соответственно. Вторичные обмотки

l2, 13 и 14, 15 импульсных трансформаторов 10 и ll соединены с цепями управления четырех тиристоров 16, 17, 18 и 19, Вторичные обмотки каж60 введены и нуль-индикаторов, п импульсных трансформаторов с первичной и двумя вторичными обмотками каждый, и пар тиристоров, делитель напряжения и и конденсаторов, при этом выходы датчиков пространственных составляющих магнитного потока сое,динены с входами соответствующих нуль-индикаторов, выходы которых соединены с выводами первичных обмоток соответствующих импульсных транс- о форматоров, начало первых вторичных обмоток которых соединено с отрицательной шиной источника питания, первым входом делителя напряжения и катодами первых тиристоров каждой пары, а конец соединен с управляющими электродами этих тиристоров, аноды которых соединены с первым выводом соответствующей размагничивающей обмотки, концом второй вторичной обмотки соответствующего импульсного 20 трансформатора и катодом второго тиристора данной пары, управляющий электрод которого соединен с началом второй вторичной обмотки импульсного трансформатора, аноды вторых тиристоров каждой пары соединены с положительной шиной источника пита-. ния и вторым входом делителя напряжения, а выход делителя напряжения соединен с вторыми выводами размагничивающих обмоток, параллельно которым включены конденсаторы.

На фиг,1 изображен магнитный экран для случая n=2, при котором подавляются две взаимно перпендикулярных составляющих магнитного поля помехи, общий вид; на фиг.2 — электрическая схема соединений элементов магнитного экрана; на фиг.3 иллюстрируются процессы, протекающие в магнитном экране (изменение во вре- 40 мени магнитных индукций поля помехи (В „щ), компенсирующего поля, создаваемого размагничивающей обмоткой (В о ), и результирующего поля (ВРВ ) . Q$

Магнитный экран содержит полый корпус 1, выполненный в виде параллелепипеда (внутреннее era пространство и является областью, защищаемой от магнитного поля), на поверхности которого расположены датчики 2 и 3 пространственных составляющих маг.нитного потока (например, датчики

Холла) и соответствующие размагничивающие обмотки 4 и 5.

51 дого импульсного трансформатора включены встречно.

Делитель 20 напряжения образован резисторами 21 и 22, причем его входы соединены с шинами плюс 23 и минус 24 источника питания,;а выход соединен с размагничивающими обмотками 4 и 5.

Конденсаторы 25 и 26 включены параллельно размагничивающим обмоткам 4 и 5.

Устройство работает следующим ,.образом.

При возникновении поля помехи, магнитный. поток которого действует, например, в направлении, перпендикулярном плоскости с датчиком 2 (сверху-вниз), на выходе последнего появляется пропорциональный этому потоку сигнал определенной полярности, допустим, положительный. Этот сигнал поступает на вход нуль-индикатора б, который, срабатывая, создает во вторичных обмотках 12 и 13 импульсного трансформатора 10 импульсы противоположной полярности (поскольку обмотки 12 и 13 включены встречно). В результате в цепях управления тиристоров 16 и 17 появляется соответственно положительный (отпирающий) и отрицательный (запирающий) импульсы, так что тиристор 16 открывается и по цепи: выход делителя 20 — размагничивающая обмотка 4 — тиристор 16 вход делителя 20, начинает протекать ток, Обмотка 4 включена таким.образом, что нарастающий в ней ток создает магнитный поток, действующий навстречу магнитному потоку помехи.

В момент достижения компенсирующим потоком в обмотке величины магнитного потока помехи меняется полярность сигнала на выходе датчика 2, реагирующего на результирующий магнитный поток. При переходе его от положительного к отрицательному значению изменяется полярность напряжения на выходе нуль-индикатора 6 и, следовательно, полярности импульсов на выходе вторичных обмоток 12 и 13 трансформатора 10, При этом запирается отрицательным импульсом тиристор 16 и открывается положительным импульсом тиристор 17. По цепи: вход делителя 20 — тиристор 17 - размагничивающая обмотка 4 — выход делителя 20, начинает протекать ток.

Таким образом, осуществляется смена направления тока в размагничивающей обмотке 4. Этот ток создает магнитный поток, который, действуя навстре. чу потоку помехи, вновь достигает его величины, что снова приводит к смене знака результирующего магнитного потока, а значит, и знака полярности импульсов вторичных обмоток

12 и 13 импульсного трансформатора

10. Затем описанный процесс повторяется, Таким образом, происходит

995126 слежение компенсирующего магнит-. ного потока за магнитным потоком поля помехи и стремление к его компенсации в каждый момент времени: при нарастании магнитного потока поля помехи нарастает встречно ему направленный магнитный. поток, создаваемый размагничивающей обмоткой.

Благодаря этому внутри пслого корпуса 1 индукция результирующего магнитного потока непрерывно поддерживается на уровне, близком к нулевому значению, тем самым исключается проникновение внешнего поля в полость кор" пуса 1, т.е. объект, в нем располо.женный, оказывается. защищенным от магнитных полей помех. Причем компенсирующий магнитный поток имеет пилообразный характер (фиг.3), а его среднее значение совпадает с кривой изменения во времени магнитного потока поля помехи. Таким образом, результирующее значение магнитной индукции вокруг корпуса 1 имеет вид пилообразной кривой, колеблющейся вокруг нулевого значения индукции.

Пилообразный характер компенсирующего магнитного потока обусловлен инерционностью элементов устройства, главньм образом, тиристоров и обмотки. Однако его частота на 2-3 порядка превышает максимально возможные частоты внешних магнитных полей и . практически не ограничивает степень компенсации поля помехи, так как время переключения тиристоров измеряется единицами микросекунд (часто-. ты порядка сотен кГц — единиц МГц), а частотный диапазон индукции поляпомех от токов коротких замыканий лежит в пределах 50-100 Гц. Повышение степени компенсации внешних магнитных полей достигается фильтрацией высокочастотной составляющей резуль тирующего магнитного потока конденсаторами 25 и 26.

Вторая симметричная часть схемы (датчик 3, нуль-индикатор 7, импульсный трансформатор 11, размагничивающая обмотка 5, тиристары 18 и 19) работает аналогично описанной выае . части при возникновении магнитного потока поля помехи, действующего в направлении, перпендикулярном плоскости датчика 3. В общем случае функционируют обе части устройства независимо друг от друга, компенси. руя каждая свою составляющую магнитного потока помехи.

Предлагаемое устройство в отличие от известного обладает повышенной эффективностью экранирования, поскольку в нем обеспечивается исключение проникновения в область, защищаемую экраном, теоретически сколь угодно больших магнитных полей без каких-либо ограничений с точки зрения воэможности технической реализации отдельных блоков устройства. Это становится возможным благодаря обеспечению компенсации поля-помехи не за счет повышения мощности усилителя обратной связи как в.известном устройстве, а за счет создания компенсирующего потока током периодически подключаемого к схеме источника питания.

Экранирование помехонесущего поля наиболее эффективно при i.oýôôèöèåíòå деления делителя напряжения, равном двум .

Поскольку в предлагаемом магнитном экране отсутствуют усилители обратной связи, он отличается повышенной надежностью и малыми габаритами. В то же время верхний предел компенсируемого поля помехи лракти1чески неограничен.

Использование предлагаемого маг20 нитного экрана особенно эффективно .при защите различных объектов, подверженных воздействию сильных магнитных полей, например создаваемых токами короткого замыкания порядка

150-200 кА в мощных низковольтных автономных электроэнергетических системах, например судовых.

Формула изобретения

Магнитный экран, содержащий полый корпус с размещенными на его Йоверхности и размагничивающими обмотками, плоскости витков которых ортогональны, и датчиков пространственных составляющих магнитного потока, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси соответствующей размагничивающей обмотки, и источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности экранирования, в него введены и нульиндикаторов, и импульсных трансформаторов с первичной и двумя вторич45 ньми обмотками каждый, П пар тиристоров, делитель напряжения и и конденсаторов, при этом выходы датчиков пространственных составляющих магнитного потока соединены с входами соответствующих нуль-индикаторов, выходы которых соединены с выводами первичных обмоток соответствующих импульсных трансформаторов, начало первых вторичных обмоток которых соединено с отрицательной шиной источника питания, первым входом делителя напряжения и катодами первых тиристоров каждой пары, а конец соединен с управляющими электродами этих тиристоров, аноды которых соединены с

40 первым выводом соответствующей раэ- магничивающей обмотки, концом вторичной обмотки соответствующего им" пульсного трансформатора и катодом второго тиристора данной пары, уп65 равляющий электрод которого соединен

995126

Составитель,С. Шумилишская

Редактор М. Янович Техред М.Костик КорректорВ. Прохненко

Заказ 654/36 Тираж 598 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4. с началом второй вторичной обмотк . импульсного трансформатора, аноды вторых тиристоров каждой пары соединены с положительной шиной источника питания и вторым входом делителя напряжения, а выход делителя напряжения соединен с вторыми выводами размагничивающих обмоток, параллельно которым включены соответствующие конденсаторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Афанасьев Ю.В.; Кадинская Л.Г.

Применение ферромагнитного экрана для испытаний высокочастотных магнитометров. Сб. Геофизическая аппаратура, вып. 44, Недра, Л., 1970, с. 138-140.

2. Авторское свидетельство СССР

9 6 I 45, . G 12 17/02,25.02,79.