Электронная импульсная установка для намагничивания и размагничивания постоянных магнитов
Приводится схема установки для намагничивания и размагничивания постоянных магнитов различной формы. Принцип ее действия основан на создании мощного магнитного поля вокруг вторичной обмотки выходного трансформатора при протекании через нее мощного импульса тока (около 15 000 А).
Схема импульсной установки для намагничивания и размагничивания постоянных магнитов приведена на рис. 1. На клеммы 1, 2 подается переменный ток любой частоты напряжением 220 в или постоянный ток напряжением 300 в. Через ограничительное сопротивление R1 и диоды Д1 и Д2 заряжается конденсатор С1. Одновременно через сопротивление R4 заряжается конденсатор С2.
Сопротивления R 2 и R 3, шунтирующие диоды Д1 и Д2, позволяют уравнять напряжение, приложенное к этим диодам в обратном направлении, в результате чего при указанных в схеме напряжениях диоды не выходят из строя.
Ограничительное сопротивление R 1 служит для уменьшения тока заряда конденсатора С1 до значения максимального выпрямленного тока диодов Д1 и Д2 и предотвращает выход из строя этих диодов.
Конденсатор С1 подключается через первичную об мотку трансформатора Тр1 к импульсной лампе ИФК-120. Таким образом все напряжение, до которого заряжен конденсатор С1 оказывается приложенным к к импульсной лампе.
Ток разряда конденсатора проходит через импульсную лампу только в том случае, если к ее электроду зажигания (полоска металлической мастики) подводится высоковольтный импульс напряжения. Этот импульс, подаваемый на поджигающий электрод, снимается со вторичной обмотки импульсного трансформатора ИТ. Таким образом, при замыкании кнопки Кн1 конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку импульсного трансформатора ИТ. Высоковольтный импульс, снимаемый со вторичной обмотки импульсного трансформатора, ионизирует газ внутри импульсной лампы, и через первичную обмотку трансформатора Тр1 проходит мощный импульс тока силой около 1 000 А. Вторичная обмотка трансформатора Тр1 выполнена из медной шины. Своеобразный трансформатор тока позволяет, получить во вторичной обмотке кратковременный импульс тока очень большой силы. Благодаря очень малому сопротивлению вторичной обмотки в ней проходит импульс тока силой около 15 000 А и вокруг вторичной обмотки образуется мощное магнитное поле.
Во вторичной обмотке при прохождении импульса возникает колебательный процесс и, помимо импульса положительной полярности, получается импульс отрицательной полярности, вызывающий небольшое размагничивание магнита. Импульс обратного тока составляет около 10% амплитуды намагничивающего импульса. Чтобы избежать частичного размагничивания, часть первичной обмотки трансформатора Тр1 шунтируется полупроводниковыми диодами Д3 и Д4 (Д-304). Эти диоды позволяют пропустить импульс тока порядка 100 А при длительности импульса 500 мкс. Длительность и амплитуда размагничивающего импульса несколько больше и поэтому для шунтирования ставится два диода, соединенных параллельно.
В качестве шунтирующих диодов можно использовать триоды П-4. В этом случае выпрямляющим переходом служит участок коллектор — база или эмиттер — база. Для изготовления импульсной установки необходимо собрать схему выпрямителя и намотать трансформатор Тр1. Можно эти два узла объединить вместе.
Участок схемы, обведенный пунктиром, представляет собой обычную лампу-вспышку, используемую в фотографии. Первичная обмотка трансформатора Тр1 включается в разрыв цепи питания импульсной 
лампы ИФК- 120, а выпрямитель включается вместо батареи.
Трансформатор Tp1 собран на сердечнике Ш-19, набор 31 мм. Первичная обмотка содержит 30 витков провода ПЭЛ 0,95. Отвод для подключения диодов сделан от середины обмотки. В случае использования диодов Д-305 отвод первичной обмотки трансформатора делается от 10-го витка. Вторичная обмотка имеет один виток, выполненный из медной шины 4X5 мм. Длина витка вторичной обмотки должна быть не больше 26 см.
Импульсный трансформатор наматывают на каркасе диаметром 7 мм и длиной 20 мм. Первичная обмотка имеет 30 витков провода ПЭЛ 0,69, вторичная обмотка— 2 000 витков провода ПЭШО 0,06. Каркас можно выполнить из картона или эбонита. Для намагничивания плоских магнитов необходимо подключить питание к импульсной установке и наложить виток (вторичную обмотку Тр1) на магнит, соблюдая полярность, и замкнуть магнит магнитопроводом. После этого следует нажать на кнопку Кн1 и произвести вспышку импульсной лампы. Импульс тока, проходящий по обмотке II трансформатора Тр2 создаст мощное магнитное поле, которое и намагнитит магнит. С помощью описываемой установки можно производить и размагничивание плоских магнитов. Для этого снимают магнитопровод и поворачивают магнитна 180° относительно его положения при намагничивании. Удаляют виток от магнита на 2—3 см и нажимают на кнопку Кн1. При недостаточном размагничивании следует приблизить виток к магниту и снова нажать на кнопку Кн1. Степень размагничивания можно определить по силе притягивания железных предметов.
В случае намагничивания подковообразных магнитов следует расцепить виток (вторичную обмотку) и продеть его в середину подковообразного магнита. К полоскам магнита подсоединить магнитный шунт и на жать на кнопку Кн1.
Размагничивание подковообразных магнитов производится следующим образом: параллельно небольшому участку вторичной обмотки подключают электрический шунт, надевают на последний магнит (изменив полярность полюсов магнита относительно витка) и нажатием кнопки Кн1 производят размагничивание.
Если размагничивание недостаточно, то надо повторить операцию, увеличив длину шунтирующего участка.
При намагничивании и размагничивании магнитов различной формы желательно иметь универсальный магнитный шунт (магнитопровод). Чертеж универсального магнитного шунта приведен на рис. 2.
Электронная импульсная установка для намагничивания и размагничивания постоянных магнитов
Приводится схема установки для намагничивания и размагничивания постоянных магнитов различной формы. Принцип ее действия основан на создании мощного магнитного поля вокруг вторичной обмотки выходного трансформатора при протекании через нее мощного импульса тока (около 15 000 А).
Схема импульсной установки для намагничивания и размагничивания постоянных магнитов приведена на рис. 1. На клеммы 1, 2 подается переменный ток любой частоты напряжением 220 в или постоянный ток напряжением 300 в. Через ограничительное сопротивление R1 и диоды Д1 и Д2 заряжается конденсатор С1. Одновременно через сопротивление R4 заряжается конденсатор С2.
Сопротивления R 2 и R 3, шунтирующие диоды Д1 и Д2, позволяют уравнять напряжение, приложенное к этим диодам в обратном направлении, в результате чего при указанных в схеме напряжениях диоды не выходят из строя.
Ограничительное сопротивление R 1 служит для уменьшения тока заряда конденсатора С1 до значения максимального выпрямленного тока диодов Д1 и Д2 и предотвращает выход из строя этих диодов.
Конденсатор С1 подключается через первичную об мотку трансформатора Тр1 к импульсной лампе ИФК-120. Таким образом все напряжение, до которого заряжен конденсатор С1 оказывается приложенным к к импульсной лампе.
Ток разряда конденсатора проходит через импульсную лампу только в том случае, если к ее электроду зажигания (полоска металлической мастики) подводится высоковольтный импульс напряжения. Этот импульс, подаваемый на поджигающий электрод, снимается со вторичной обмотки импульсного трансформатора ИТ. Таким образом, при замыкании кнопки Кн1 конденсатор С1 разряжается через первичную обмотку импульсного трансформатора ИТ. Высоковольтный импульс, снимаемый со вторичной обмотки импульсного трансформатора, ионизирует газ внутри импульсной лампы, и через первичную обмотку трансформатора Тр1 проходит мощный импульс тока силой около 1 000 А. Вторичная обмотка трансформатора Тр1 выполнена из медной шины. Своеобразный трансформатор тока позволяет, получить во вторичной обмотке кратковременный импульс тока очень большой силы. Благодаря очень малому сопротивлению вторичной обмотки в ней проходит импульс тока силой около 15 000 А и вокруг вторичной обмотки образуется мощное магнитное поле.
Во вторичной обмотке при прохождении импульса возникает колебательный процесс и, помимо импульса положительной полярности, получается импульс отрицательной полярности, вызывающий небольшое размагничивание магнита. Импульс обратного тока составляет около 10% амплитуды намагничивающего импульса. Чтобы избежать частичного размагничивания, часть первичной обмотки трансформатора Тр1 шунтируется полупроводниковыми диодами Д3 и Д4 (Д-304). Эти диоды позволяют пропустить импульс тока порядка 100 А при длительности импульса 500 мкс. Длительность и амплитуда размагничивающего импульса несколько больше и поэтому для шунтирования ставится два диода, соединенных параллельно.
В качестве шунтирующих диодов можно использовать триоды П-4. В этом случае выпрямляющим переходом служит участок коллектор — база или эмиттер — база. Для изготовления импульсной установки необходимо собрать схему выпрямителя и намотать трансформатор Тр1. Можно эти два узла объединить вместе.
Участок схемы, обведенный пунктиром, представляет собой обычную лампу-вспышку, используемую в фотографии. Первичная обмотка трансформатора Тр1 включается в разрыв цепи питания импульсной лампы ИФК- 120, а выпрямитель включается вместо батареи.
Трансформатор Tp1 собран на сердечнике Ш-19, набор 31 мм. Первичная обмотка содержит 30 витков провода ПЭЛ 0,95. Отвод для подключения диодов сделан от середины обмотки. В случае использования диодов Д-305 отвод первичной обмотки трансформатора делается от 10-го витка. Вторичная обмотка имеет один виток, выполненный из медной шины 4X5 мм. Длина витка вторичной обмотки должна быть не больше 26 см.
Импульсный трансформатор наматывают на каркасе диаметром 7 мм и длиной 20 мм. Первичная обмотка имеет 30 витков провода ПЭЛ 0,69, вторичная обмотка— 2 000 витков провода ПЭШО 0,06. Каркас можно выполнить из картона или эбонита. Для намагничивания плоских магнитов необходимо подключить питание к импульсной установке и наложить виток (вторичную обмотку Тр1) на магнит, соблюдая полярность, и замкнуть магнит магнитопроводом. После этого следует нажать на кнопку Кн1 и произвести вспышку импульсной лампы. Импульс тока, проходящий по обмотке II трансформатора Тр2 создаст мощное магнитное поле, которое и намагнитит магнит. С помощью описываемой установки можно производить и размагничивание плоских магнитов. Для этого снимают магнитопровод и поворачивают магнитна 180° относительно его положения при намагничивании. Удаляют виток от магнита на 2—3 см и нажимают на кнопку Кн1. При недостаточном размагничивании следует приблизить виток к магниту и снова нажать на кнопку Кн1. Степень размагничивания можно определить по силе притягивания железных предметов.
В случае намагничивания подковообразных магнитов следует расцепить виток (вторичную обмотку) и продеть его в середину подковообразного магнита. К полоскам магнита подсоединить магнитный шунт и на жать на кнопку Кн1.
Размагничивание подковообразных магнитов производится следующим образом: параллельно небольшому участку вторичной обмотки подключают электрический шунт, надевают на последний магнит (изменив полярность полюсов магнита относительно витка) и нажатием кнопки Кн1 производят размагничивание.
Если размагничивание недостаточно, то надо повторить операцию, увеличив длину шунтирующего участка.
При намагничивании и размагничивании магнитов различной формы желательно иметь универсальный магнитный шунт (магнитопровод). Чертеж универсального магнитного шунта приведен на рис. 2.
Важнейшим вопросом эффективного использования магнитнотвердых материалов является высокое качество намагничивания систем с постоянными магнитами.
Обычно магниты (кроме магнитов из феррита бария) намагничиваются после сборки системы, так как при этом после магнитной стабилизации значение индукции в зазоре оказывается больше, чем при намагничивании без системы, с последующей сборкой и магнитной стабилизацией (рис. 57). На рисунке OA — линия коэффициента размагничивания, характеризующая магнитную систему после сборки; ОС — линия коэффициента размагничивания для магнита без арматуры; В и Ва — индукции в зазоре, получаемые после магнитной стабилизации соответственно для системы, намагниченной до и после сборки.
Намагничивание до сборки связано также и с трудностями технологического характера, возникающими при сборке устройства с намагниченным магнитом (необходимость иметь немагнитный инструмент. возможность засорения ферромагнитной пылью и т. п.).
Исследования показали, что для понятного состояния при лучения предельных магнитных характе-
Намагничивании до и пИСТИК напряженность намагничивающе – после сборки г г, г п ґ
Го поля должна быть в 5—7 раз больше
Коэрцитивной силы. Эти данные относятся к тому случаю, когда весь объем магнита пронизывается полем указанной величины, что имеет место, например, при намагничивании магнита с плоскопараллельными полюсами, зажатого между полюсами электромагнита постоянного тока. В большинстве случаев из-за влияния потоков рассеивания, магнитного сопротивления воздушных промежутков, вихревых токов (при намагничивании переменным полем) значение намагничивающего поля должно быть больше указанного и соответствовать 3000—10 000 э.
Для создания полей такой величины в объеме, достаточном для помещения в зазор магнитной системы, требуются значительные намагничивающие ампервитки. При одновитковом намагничивании, которое применяется в ряде случаев, для этого необходимо иметь токи в десятки тысяч ампер.
Применяется намагничивание в установках, питаемых постоянным током, переменным, при одновременном действии постоянного и переменного токов, а также импульсное.
Рис. 57. Изменение маг-
Намагничивание постоянным током производится в электро
магнитах [47]. Такие электромагниты получаются громоздкими и для них требуются мощные источники питания.
Например, пермеаметр сильных полей установки типа У-541, создающий поле, равное 4000 э в зазоре 50 мм, имеет массу, равную 250 кг, а электромагнит, созданный для намагничивания постоянных магнитов, при поле в 40 000 э и зазоре 12 мм потребляет мощность, равную 28 кет.
На переменном токе требуемое значение тока в результате применения трансформаторов получить относительно просто. Однако в этом случае возникают другие трудности: нельзя гарантировать высокое качество намагничивания, так как в зависимости от того, при каком мгновенном значении тока произойдет выключение, магнит может оказаться намагниченным хуже, лучіпе и даже совсем не намагниченным. Для устранения этого недостатка надо или обеспечить выключение тока при достижении им максимального значения, или иметь большой запас по намагничивающему току, что уменьшает вероятность плохого намагничивания.
Следует также иметь в виду влияние вихревых токов, действие которых приводит к тому, что в результате затухания электромагнитной волны при ее проникновении в глубь металла внутренний объем магнита может оказаться ненамагни – ченным.
Связь между минимальной продолжительностью импульса Т, при которой весь объем магнита промагничивается, размерами магнита и его физическими свойствами может быть представлена следующей эмпирической формулой:
Рис. 58. Схематическое устройство ударного трансформатора
Где К — удельная проводимость материала магнита (для желе- зоникельалюминиевых сплавов К= 1,7-104 ом
1) В — индукция в магните, гс Н — напряженность намагничивающего поля, э D — эффективный диаметр магнита, см.
Практическое осуществление метод намагничивания переменным током нашел в ударном трансформаторе (рис. 58).
Трансформатор состоит из первичной обмотки W с большим числом витков и вторичной обмотки ®2 = 1 в виде короткозамк – нутой толстой медной шины. При размыкании ключом К цепи первичной обмотки во вторичной возникает импульс тока в несколько десятков тысяч ампер, который и используется для намагничивания магнита.
Б. М. Яновский предложил производить намагничивание по идеальной кривой, для получения которой магнит помещают в постоянное поле и одновременно воздействуют на него переменным полем с убывающей до нуля амплитудой. При этом значение постоянного тока, необходимое для намагничивания до насыщения, может быть взято приблизительно в три раза меньше, чем при отсутствии переменного поля.
Для намагничивания широкое применение находят схемы, в которых используется явление заряда и разряда мощной батареи конденсаторов. Для исключения колебаний в таких схемах применяют различные выпрямляющие устройства, позволяющие пропускать ток в одном направлении, т. е. производить импульсное намагничивание.
Установки с импульсным намагничиванием накапливают энергию в конденсаторе длительно, а отдают ее в процессе разряда за короткий промежуток времени. Поэтому для создания мощного импульса не требуется большого тока потребления, что позволяет использовать для питания установки обычную осветительную сеть. К достоинствам импульсных установок надо отнести также их малые габариты и относительную простоту устройства.
Одна из возможных схем импульсной намагничивающей установки приведена на рис. 59.
Рассматриваемое устройство может быть использовано не только для намагничивания магнитных систем, но также и для их размагничивания. В первом случае должен быть замкнут штепсельный разъем НУ и разомкнут штепсельный разъем РУ, во втором случае — наоборот.
Рассмотрим работу схемы в качестве намагничивающего устройства. При замыкании ключа К напряжение сети подается через трансформатор Тр в обмотку реле Р, которое срабатывает и замыкает контакт К, создавая тем самым цепь заряда конденсаторов С, и С2 (через выпрямитель В, зарядное сопротивление 7*ь контакт /Сі и штепсельный разъем НУ). Емкости конденсаторов С] и С2 равны 700 мкф.
Вольтметр V, включенный через делитель напряжения (сопротивления г2 и г3), измеряет текущее напряжение на емкостях. В зависимости от необходимой величины тока в импульсе схема позволяет при помощи сопротивления г4 устанавливать максимальное значение зарядного напряжения от 600 до 1000 в. При достижении заданного значения напряжения срабатывает реле
Рг и размыкает через контакт К.2 цепь питания реле Контакт Ki размыкается, и процесс заряда емкостей заканчивается.
Нажатием кнопки А подается питание на реле Яз, которое, замкнув контакты /Сз, создает цепь питания игнитрона И. Игнитрон зажигается, и батарея конденсаторов разряжается через намагничивающую катушку, подключенную к зажимам 1 и 2. В цепь разряда входят также сопротивления r5 = Ю-2 ом и г6. Первое сопротивление используется при включении осциллографа для наблюдения намагничивающего импульса. Второе сопротивление необходимо для исключения возможности возник-
Рис. 59. Принципиальная схема установки для импульсного намагничивания
Новения обратной полуволны и устанавливается в зависимости от индуктивности намагничивающей обмотки с магнитом.
При использовании схемы для размагничивания штепсель переставляется из гнезда НУ в гнездо РУ, а к зажимам 1, 2 и 3 подключается размагничивающее устройство. Оно представляет собой воздушный трансформатор с двумя обмотками. Начала обмоток соединяются с зажимами 1 и 3, а концы — с зажимом 2. В данном случае при включении питания заряжается только конденсатор Сг. Во время его разряда через игнитрон и первичную обмотку размагничивающего трансформатора во вторичной цепи, представляющей собой колебательный контур, состоящий из индуктивности обмотки и емкости Сь возникают затухающие колебания. Они создают переменное поле с убывающей до нуля амплитудой, которое и используется для размагничивания.
Техника намагничивания зависит от формы и размеров магнита.
Подковообразные магниты можно намагничивать, например, так, как показано на рис. 60.
Устройство для намагничивания состоит из железной плиты с малым магнитным сопротивлением, на котором располагается катушка с большим числом витков. Магниты ставят на плиту, охватывая катушку и замыкая полюса через железо. Установка позволяет осуществить одновременное намагничивание большого числа магнитов.
Рис. 60. Намагничивание подко – Рис. 61. Намагничивание рогооб – вообразных магнитов на плите разных массивных магнитов
Для намагничивания массивных магнитов рогообразной формы массой до 50—100 кг применяют метод последовательного намагничивания, заключающийся в следующем. На магниты одевают плоские катушки и полюса замыкают железными перемычками (рис. 61).
Катушки рассчитывают так, чтобы при включении тока магнит промагнитился в месте их расположения до насыщения. Включают ток, т. е. промагничивают участок под катушками. Ток выключают, катушки передвигают по магниту, включают ток, снова передвигают катушки и так до полного сближения катушек.
Приведенные примеры показывают, что каждый раз, исходя из конкретных условий задачи, надо продумывать вопрос о методе намагничивания и выборе конструкции намагничивающего устройства.
