Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

MANAGEMENT MAGNETIC STATE OF SOFT MAGNETIC PRODUCTS

Lankin A.M. 1 Lankin M.V. 1 Narakidze N.D. 1 Naugolnov O.A. 1
1 Federal State Budget Educational Institution of Higher Professional Educational «Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI)»
1794 KB
This article describes method for controlling the magnetic state of the products of magnetic materials in determining the basic magnetization curve. For products made of a soft magnetic material bulk magnetization curve is one of the most important characteristics that enables the monitoring and diagnostics products. In the article the algorithm lies in the fact that during the phase of an alternating field demagnetization in the measured pulse amplitude of the demagnetizing field and the change of induction, resulting in the optimal number of points is determined by the basic magnetization curve, which is required to perform the measurement of the linear approximation. Application of this method to optimize the number of measured points of the basic magnetization curve, as well as improve the performance of control operations while maintaining the required accuracy is not greater than those regulated GOST.
basic magnetization curve
magnetic state control
magneto-soft materials
1. Antonov V.G., Petrov L.M., Schelkin A.P. Sredstva izmereniy magnitnyih parametrov materialov. Leningrad, Energoatomizdat, 1986. 216 р.
2. GOST 8.377-80. Materialyi magnitomyagkie. Metodika vyipolneniya izmereniy pri opredelenii staticheskih magnitnyih harakteristik. Vzamen GOST 15058-69; vved. 1980–03–28. M.: Izd-vo standartov, 1980. 21 р.
3. Ispyitanie magnitnyih materialov i sistem / E.V. Komarov, A.D. Pokrovskiy, V.G. Sergeev, A.Ya. Shihin. M.: Energoatomizdat, 1984. 376 р.
4. Lankin M.V. Priboryi i metodyi kontrolya magnitnyih svoystv postoyannyih magnitov: monografiya / M.V. Lankin; Yuzh.-Ros. gos. tehn. un-t. Novocherkassk: YuRGTU (NPI), 2007. 292 р.
5. Svid. ob of. reg. progr. dlya EVM 2007610158 Rossiyskaya Federatsiya Adaptivnyie algoritmyi upravleniya magnitnyim sostoyaniem ferromagnitnoy detali pri opredelenii osnovnoy krivoy namagnichivaniya (AOKN) / Gorbatenko N.I., … , Narakidze N.D.; Rospatent. no. 2006613614; zayavl. 25.10.06; zareg. 9.01.07.

Для изделий из магнитомягкого материала (МММ) основная кривая намагничивания (ОКН) является одной из важнейших характеристик. Методика выполнения измерений при определении ОКН изделия из МММ предусматривает два основных этапа [4].

На первом этапе перед измерением ОКН необходимо выполнить размагничивание образца посредством перемагничивания его в знакопеременном поле, с амплитудой равномерно убывающей от максимального до минимального значения (рис. 1). Время размагничивания должно составлять не менее 40 с.

На втором этапе определение координат точек ОКН изделия из МММ начинают с наименьшего требуемого значения напряженности поля, постепенно переходя к большим значениям, при этом не допускается возврат от больших значений к меньшим [3].

Если в ходе первого этапа измерять амплитуду импульсов размагничивающего поля Hi и приращения индукции ΔBi, то можно, проанализировав эти данные, определить минимальное число точек ОКН, в которых требуется выполнить измерение для линейной аппроксимации ее с требуемой точностью.

Для этого были разработаны алгоритмы [4], позволяющие решить эту задачу. Работа алгоритма базируется на методе определения погрешности [5].

В основе первого алгоритма лежит анализ модуля второй производной изменения магнитной индукции B по напряженности H. Построив график зависимости d2B/dH2 от Н, вычисляем значение общей площади Sобщ по формуле

lankin01.wmf

Задавшись количеством точек n, определяем значение площади Sизм, соответствующей одной измеряемой точке на ОКН:

Sизм = Sобщ/n.

Для нахождения координат точек, подлежащих измерению, воспользуемся формулой вычисления площади методом трапеции и уравнением прямой и составим систему уравнений:

lankin02.wmf (1)

где lankin03.wmf

lankin04.wmf – коэффициенты, i = 1...N, N – количество точек, полученных в процессе проведения размагничивания.

Решая систему уравнений (1), получим

lankin05.wmf

После определения первой и второй производных (рис. 1) и применения вышеописанного алгоритма получили результаты, представленные на рис. 2.

pic_15.wmf

Рис. 1. Первая и вторая производные по H

pic_16.wmf

Рис. 2. Результат применения алгоритма при n = 10

Видно, что алгоритм работает некорректно. Данная «некорректность» вызвана сильным зашумлением результатов измерений ОКН. Для исправления положения произведем фильтрацию. На рис. 3 представлены функции первой и второй производных измеренной ОКН после проведения фильтрации, а на рис. 4 – результаты, полученные после использования фильтрованных функций первой и второй производных в адаптивном алгоритме.

pic_17.wmf

Рис. 3. Производные после фильтрации

pic_18.wmf

Рис. 4. Результат работы алгоритма при n = 10

Из рис. 4 видно, что алгоритм работает корректно, выделяя линейные и нелинейные участки ОКН и строя программу измерения таким образом, что на нелинейных участках проводится максимальное количество измерений.

Работа второго алгоритма базируется на методе определения погрешности и поясняется на рис. 5.

На этом рисунке использованы следующие обозначения: pk, pk = m – 2 – начальная и конечная точки аппроксимирующего отрезка (k Î [0, m – 2], i Î [k – 2, m]); m – количество шагов при размагничивании изделия из ФММ; pi–1 – точка ОКН, подлежащая проверке на принадлежность аппроксимирующему отрезку lki.

Работает алгоритм следующим образом.

1. Задаем начальные условия: k = 0, i = k + 2.

2. Строим аппроксимирующий отрезок lki.

3. Последовательно проверяем на принадлежность точек pi отрезку lki, до тех пор пока i < k.

4. Если все точки участка ОКН принадлежат lki, то принимается, что данный участок можно им заменить, принимаем k = k + 1, i = i + 1 и возобновляем процесс, начиная с пункта 2. Если хотя бы одна из точек данного участка ОКН не принадлежит lki, строится новый аппроксимирующий отрезок lki–1 и вновь выполняется проверка на принадлежность точек участка ОКН, ограниченного точками pk и p i–1. Проверка на принадлежность точки pi–1 отрезку lki с заранее заданной погрешностью аппроксимации δа выполняется, исходя из следующих соображений. Рассмотрим прямоугольные треугольники АСD и BCD. Геометрической интерпретацией погрешности аппроксимации является перпендикуляр hi-1 к lki из точки pi-1. Длина отрезка hi-1 вычисляется по формуле

lankin06.wmf

или

lankin07.wmf,

следовательно,

lankin08.wmf.

В свою очередь lankin09.wmf. Исходя из этого составим систему уравнений

lankin10.wmf

откуда

lankin11.wmf,

где lankin12.wmf;

lankin13.wmf;

lankin14.wmf.

pic_19.wmf

Рис. 5. Принцип работы алгоритма

После расчета hi-1 проверяется условие hi-1 < δа. При выполнении этого условия считаем, что точка pi-1 принадлежит аппроксимирующему отрезку с погрешностью δа.

Таким образом, предложенные алгоритмы сокращают количество измеряемых точек ОКН, увеличивая производительность операций контроля при погрешности измерения, не превышающей значения регламентируемого в [2].

Статья подготовлена с использованием оборудования ЦКП «Диагностика и энергоэффективное электрооборудование» ЮРГПУ(НПИ).

Рецензенты:

Горбатенко Н.И., д.т.н., профессор кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии», ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова, г. Новочеркасск;

Гречихин В.В., д.т.н., профессор кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии», ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова, г. Новочеркасск.

Работа поступила в редакцию 23.10.2014.