Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,440

МЕТОД ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ИХ ВЕБЕР-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

Шайхутдинов Д.В. 1 Январёв С.Г. 1 Широков К.М. 1 Ахмедов Ш.В. 1
1 ФГБОУ ВПО “Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова”
1. Сахавова, А.А. Применение метода косвенного определения вебер-амперных характеристик в автоматизированной системе бессенсорной диагностики электромагнитных механизмов/ А.А. Сахавова, К.М. Широков, С.Г. Январев // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5; URL: www.science-education.ru/111-10234 (дата обращения: 04.10.2013).
2. Антонов, В.Г. Средства измерений магнитных параметров / В.Г. Антонов, Л.М. Петров, А.П. Щелкин. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 216 с..
3. Шайхутдинов, Д.В. Измерение магнитных характеристик элементов мехатронных систем в режиме последовательного резонанса / Д.В. Шайхутдинов, М.В. Ланкин, В.В. Боровой // Известия вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. – 2009. – Спец. выпуск: Мехатроника. Современное состояние и тенденции развития.– С.177-179.
4. Коген-Далин, В.В. Расчет и испытание систем с постоянными магнитами / В.В. Коген-Дален, Е.В. Комаров. – М.: Энергия, 1977. – 248 с.
5. Широков К.М. Устройство магнитного контроля для подсистемы управления производством электротехнических изделий / Широков К.М., Шайхутдинов Д.В., Дубров В.И., Январёв С.Г., Ахмедов Ш.В., Шайхутдинова М.В. // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6; URL: www.science-education.ru/113-11665 (дата обращения: 16.05.2014).

Перспективным подходом к диагностике электромагнитных устройств является анализ их вебер-амперных характеристик [1]. Контроль магнитных свойств изделий позволяет идентифицировать дефекты без необходимости проведения долговременных операций разборки/сборки механизмов. Однако, наиболее информативные характеристики электромагнитов, к которым относятся вебер-амперные характеристики практически невозможно получить с помощью известных сенсоров магнитных величин [2, 3], так как их «внедрение» в готовое устройство без нарушения его целостности в большинстве случаев невозможно. Таким образом, актуальной задачей является разработка методов технической диагностики наиболее распространенных неисправностей электромагнитных устройств. К таким неисправностям относится изменение геометрических параметров ферромагнитных элементов устройства в течении его жизненного цикла: окисление поверхностей, появление сора внутри системы и т.д.

Для диагностирования данного дефекта предлагается использовать метод, основанный на анализе вебер-амперной характеристики устройства. Рассмотрим электромагнитную систему, включающую: источник тока, намагничивающую обмотку электромагнитного устройства с числом витков w, два ферромагнитных элемента (например, сердечник и якорь электромагнита) и воздушный зазор между этими элементами. Для анализа применим подход на базе эквивалентных электрических схем [4]. Магнитную систему для каждого момента времени t можно описать выражением:

schaych1.tif, (1)

где Ф(i) – мгновенное значение магнитного потока в последовательной магнитной цепи при некотором мгновенном значении тока в намагничивающей обмотке устройства i; Rф1, Rф2 – магнитные сопротивления ферромагнитных элементов магнитной системы; Rв(lв) – магнитное сопротивление воздушного зазора длиной lв=[lвmax;lвmin].

В общем случае, магнитное сопротивление любого участка магнитной цепи Rуч определяется выражением [4]:

schaych2.tif, (2)

где lуч – длина средней линии участка, м; µуч – относительная магнитная проницаемость участка; µ0 – магнитная постоянная; Sуч – площадь поперечного сечения участка, м2.

Для воздушного зазора (µуч=1) выражение (2) примет вид:

schaych3.tif. (3)

Заменим в выражении (1) магнитный поток Ф выражением [2]:

schaych4.tif,

где ψ(i) – мгновенное значение потокосцепления с намагничивающей обмоткой w.

Получим:

schaych5.tif. (4)

Конченой точкой движения якоря электромагнита является некоторое состояние, при котором Rв(lв)=Rвуст(lвmin). Рассмотрим случай, при котором, вследствие влияния внешних факторов, немагнитный, воздушный зазор увеличился. Данный случай возможен, например, при попадании немагнитного мусора, препятствующего нормальному для данного устройства замыканию магнитной системы, в воздушный зазор. В этом случае длина lвmin увеличится: schaych6.tif. Исходя из (3), получим:

schaych7.tif.

Следовательно, учитывая (4):

schaych8.tif.

На базе данного вывода, предложен метод технической диагностики нарушения геометрии магнитной системы в электромагнитных устройствах на базе их вебер-амперных характеристик, заключающийся в следующем:

Производится измерение вебер-амперной характеристики ψгj(ij) годного электромагнитного устройства и сохраняется в памяти для последующего сравнения (j=1,2..m, где m – число точек на вебер-амперной характеристике).

Производится измерение вебер-амперной характеристики ψдj(ij) диагностируемого электромагнитного устройства.

В случае, если значение ψг(imax) > ψд(imax), делается вывод о нарушении геометрии магнитной системы в устройстве в виде увеличения немагнитного зазора, выдается рекомендация о разборке устройства с целью дополнительного осмотра и ремонта.

Данный метод опробован на результатах измерений прибора [5]. Результаты экспериментальных исследований подтвердили правильность теоретических выводов.

Статья подготовлена по результатам работ, полученным в ходе выполнения гранта № СП-748.2012.1. Статья подготовлена по результатам работ, полученным в СНИЛ “ИИС” ЮРГПУ(НПИ). Статья подготовлена с использованием оборудования ЦКП «Диагностика и энергоэффективное электрооборудование» ЮРГПУ(НПИ).


Библиографическая ссылка

Шайхутдинов Д.В., Январёв С.Г., Широков К.М., Ахмедов Ш.В. МЕТОД ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ ИХ ВЕБЕР-АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 8-1. – С. 84-85;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=5806 (дата обращения: 15.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074