Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда

Приведены результаты экспериментальных исследований распределения магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда Отделения магнетизма Института электродинамики НАН Украины. Даны рекомендации по повышению точности измерений постоянного магнитного поля на стенде....

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2005
Main Authors:	Лупиков, В.С., Крюкова, Н.В., Машнев, А.Е., Петров, С.В., Пелевин, Д.Е., Шубцов, В.Е.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2005
Series:	Електротехніка і електромеханіка
Subjects:	Теоретична електротехніка
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142604
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда / В.С. Лупиков, Н.В. Крюкова, А.Е. Машнев, С.В. Петров, Д.Е. Пелевин, В.Е. Шубцов // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 4. — С. 51-53. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-142604
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1426042025-02-23T18:11:08Z Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда Improvement of a magnetic field homogeneity in the working volume of a magnetic measuring stand Лупиков, В.С. Крюкова, Н.В. Машнев, А.Е. Петров, С.В. Пелевин, Д.Е. Шубцов, В.Е. Теоретична електротехніка Приведены результаты экспериментальных исследований распределения магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда Отделения магнетизма Института электродинамики НАН Украины. Даны рекомендации по повышению точности измерений постоянного магнитного поля на стенде. Приведено результати експериментальних досліджень розподілу магнітного поля в робочій області магнітовимірювального стенду Відділення магнетизму Інституту електродинаміки НАН України. Дані рекомендації щодо підвищення точності вимірювань постійного магнітного поля на стенді. Experimental researches of magnetic field distributing in the working volume of a magnetic measuring stand of the Magnetism Department of Electrodynamics Institute of National Academy of Science of Ukraine are resulted. Recommendations on increasing of measuring exactness on the stand are given for the permanent external magnetic field. 2005 Article Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда / В.С. Лупиков, Н.В. Крюкова, А.Е. Машнев, С.В. Петров, Д.Е. Пелевин, В.Е. Шубцов // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 4. — С. 51-53. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142604 621.317.42 ru Електротехніка і електромеханіка application/pdf Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Теоретична електротехніка Теоретична електротехніка
spellingShingle	Теоретична електротехніка Теоретична електротехніка Лупиков, В.С. Крюкова, Н.В. Машнев, А.Е. Петров, С.В. Пелевин, Д.Е. Шубцов, В.Е. Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда Електротехніка і електромеханіка
description	Приведены результаты экспериментальных исследований распределения магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда Отделения магнетизма Института электродинамики НАН Украины. Даны рекомендации по повышению точности измерений постоянного магнитного поля на стенде.
format	Article
author	Лупиков, В.С. Крюкова, Н.В. Машнев, А.Е. Петров, С.В. Пелевин, Д.Е. Шубцов, В.Е.
author_facet	Лупиков, В.С. Крюкова, Н.В. Машнев, А.Е. Петров, С.В. Пелевин, Д.Е. Шубцов, В.Е.
author_sort	Лупиков, В.С.
title	Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда
title_short	Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда
title_full	Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда
title_fullStr	Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда
title_full_unstemmed	Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда
title_sort	улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2005
topic_facet	Теоретична електротехніка
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/142604
citation_txt	Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда / В.С. Лупиков, Н.В. Крюкова, А.Е. Машнев, С.В. Петров, Д.Е. Пелевин, В.Е. Шубцов // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 4. — С. 51-53. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT lupikovvs ulučšenieodnorodnostimagnitnogopolâvrabočejoblastimagnitoizmeritelʹnogostenda AT krûkovanv ulučšenieodnorodnostimagnitnogopolâvrabočejoblastimagnitoizmeritelʹnogostenda AT mašnevae ulučšenieodnorodnostimagnitnogopolâvrabočejoblastimagnitoizmeritelʹnogostenda AT petrovsv ulučšenieodnorodnostimagnitnogopolâvrabočejoblastimagnitoizmeritelʹnogostenda AT pelevinde ulučšenieodnorodnostimagnitnogopolâvrabočejoblastimagnitoizmeritelʹnogostenda AT šubcovve ulučšenieodnorodnostimagnitnogopolâvrabočejoblastimagnitoizmeritelʹnogostenda AT lupikovvs improvementofamagneticfieldhomogeneityintheworkingvolumeofamagneticmeasuringstand AT krûkovanv improvementofamagneticfieldhomogeneityintheworkingvolumeofamagneticmeasuringstand AT mašnevae improvementofamagneticfieldhomogeneityintheworkingvolumeofamagneticmeasuringstand AT petrovsv improvementofamagneticfieldhomogeneityintheworkingvolumeofamagneticmeasuringstand AT pelevinde improvementofamagneticfieldhomogeneityintheworkingvolumeofamagneticmeasuringstand AT šubcovve improvementofamagneticfieldhomogeneityintheworkingvolumeofamagneticmeasuringstand
first_indexed	2025-11-24T06:28:31Z
last_indexed	2025-11-24T06:28:31Z
_version_	1849652109766557696
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 51 УДК 621.317.42 УЛУЧШЕНИЕ ОДНОРОДНОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАБОЧЕЙ ОБЛАСТИ МАГНИТОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО СТЕНДА Лупиков В.С., д.т.н., Крюкова Н.В. Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт" кафедры "Электрические аппараты" и "Общая электротехника" 61002, Украина, Харьков, ул. Фрунзе, 21 тел. 707-68-64 Машнев А.Е., к.т.н., Петров С.В., Пелевин Д.Е., Шубцов В.Е. Отделение магнетизма Института электродинамики НАН Украины, 61106, Украина, Харьков, ул. Индустриальная, 19 тел. 99-21-62 Приведено результати експериментальних досліджень розподілу магнітного поля в робочій області магнітовимірювального стенду Відділення магнетизму Інституту електродинаміки НАН України. Дані рекомендації щодо підвищення точності вимірювань постійного магнітного поля на стенді. Приведены результаты экспериментальных исследований распределения магнитного поля в рабочей области магни- тоизмерительного стенда Отделения магнетизма Института электродинамики НАН Украины. Даны рекомендации по повышению точности измерений постоянного магнитного поля на стенде. ВВЕДЕНИЕ Современные магнитные системы начальной ста- билизации космического аппарата (КА) получили широкое применение благодаря тому, что не требуют расхода топлива. При выводе КА на околоземную орбиту после отделения от носителя начальная стаби- лизация осуществляется благодаря силовому магнит- ному взаимодействию элементов системы стабилиза- ции с магнитным полем Земли (МПЗ). Исполнитель- ными элементами этих систем стабилизации являются электромагниты и ферромагнитные стержни [1]. Тех- нология изготовления электромагнитов системы ста- билизации включает корректировку либо настройку их параметров по данным измерений магнитного поля КА. Эти ответственные операции измерения могут быть выполнены только на специализированных стендах. Для высокоточной настройки электромагни- тов систем стабилизации на этих стендах требуется выполнение двух условий. Первое, необходимо обес- печить высокую точность компенсации магнитных помех – составляющих постоянного магнитного поля от посторонних источников в рабочей области стенда. Второе, стенд должен позволять воспроизведение всех возможных картин распределения магнитного поля Земли в его рабочей области. В настоящее время на территории Украины существует единственный стенд Отделения магнетизма Института электродина- мики НАН Украины (г. Харьков), который в опреде- ленной степени отвечает этим условиям. Ограничения возможностей стенда связаны с тем, что этот стенд проектировался для нужд Морского флота, а не для решения задач экспериментального характера, свя- занных с созданием эффективных систем стабилиза- ции КА. Используемая на стенде технология позволя- ет в принципе проводить измерение параметров КА при включенном состоянии его бортовых электриче- ских цепей. Однако при этом необходима достаточно высокая точность компенсации сигналов магнитных помех от внешних источников магнитного поля. Цель работы − экспериментальное определение параметров магнитного поля в рабочей области стен- да Отделения магнетизма Института электродинами- ки НАН Украины и разработка рекомендаций по по- вышению точности измерений постоянного магнит- ного поля. ОПИСАНИЕ СТЕНДА Для создания регулируемого однородного маг- нитного поля в рабочей области стенд оснащен сис- темой колец (обмоток) Гельмгольца. Обмотки колец расположены в трех ортогональных плоскостях. Диа- пазон изменения значений любой из трех компонент магнитной индукции составляет (–60, +60) мкТл [2] и охватывает все возможные величины магнитного по- ля Земли при различных вариантах ориентации КА. Требуемая степень однородности магнитного поля в рабочей области стенда составляет 1 %. Расположенные на стенде кольца Гельмгольца − квадратные, многовитковые обмотки, питаемые по- стоянным током от статического преобразователя типа ТМА 3-20 со специальной системой управления, которая обеспечивает низкий уровень пульсаций вы- ходного тока преобразователя [2] при измерениях. Рабочая область стенда представляет собой сфе- рический объем диаметром 2 м в центре обмоток,. Перед испытаниями КА устанавливается на подвиж- ной платформе, выполненной из немагнитного мате- риала. На рис. 1 приведена схема расположения одной секции обмоток 1, ориентированных вдоль одной из координатных осей, две остальные секции не показа- ны. Ось х стенда направлена на север, y − на восток, z − вертикально. После компенсации помех внутри ра- бочей области стенда 2 космический аппарат 3 дос- тавляется платформой 4 в центр области. Общий вид стенда с установленным на платфор- ме КА на стенде приведен на рис. 2. 52 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 2 1 3 4 x y z Рис. 1. Схема стенда для проведения магнитных измерений Рис. 2. Стенд Отделения магнетизма Института электроди- намики НАН Украины для измерений магнитного поля Основными источниками магнитных помех на стенде являются ферромагнитная труба, предназна- ченная для подачи воды в гидротормоз, и небольшие крепежные элементы, расположенные по северной стороне стенда на расстоянии 0,5 м от вертикальных участков секций обмоток, ориентированных вдоль координатных осей х и y стенда. Эта труба является источником трех видов магнитных полей помех: оста- точное поле, вызванное остаточной намагниченно- стью, приобретенной в процессе изготовления (свар- ки) трубы; индуцированное поле, наводимое в трубе под воздействием магнитного поля Земли (МПЗ); по- ле токов, возникающее в трубе под действием маг- нитного поля рассеяния токов обмоток. Вертикальная Вz и горизонтальная Вх компоненты индукции МПЗ в рабочей области стенда распределены равномерно и составляют соответственно 45 и 23 мкТл. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Намагниченные ферромагнитные элементы соз- дают магнитные помехи в рабочей области стенда, заключающиеся в нарушая однородность магнитного поля, т.е. появляется градиент магнитной индукции. Количественная оценка магнитной помехи на стенде проводилась экспериментально, при отсутствии ис- точников поля в рабочей области стенда. Измерения проводились измерительной систе- мой, содержащей магнитометр Förster (Германия) и два одинаковых датчика. При проведении измерений оба датчика располагались на высоте 1,5 м от пола, что соответствует положению по вертикали центра рабочей области. Первый датчик помещался в центре рабочей области и при измерениях не менял положе- ния и ориентации. Положение второго датчика меня- лось в пределах центральной горизонтальной плоско- сти рабочей области. Точки его расположения меня- лись по осям x (–3 м, 3 м) и y (–2,5 м, 2,5 м). Датчик ориентировался осью чувствительности противопо- ложно первому датчику. Для каждого фиксированно- го расположения измерялась разность сигналов дат- чиков. При такой схеме эксперимента сигналы МПЗ компенсировались в измерительной системе. Для уменьшения погрешности, обусловленной невозможностью обеспечить строго параллельное расположение датчиков при многократной установке их в достаточно удаленных точках рабочей области, проводились измерения компонент индукции только в направлении основного поля секций обмоток: по оси x – Вх, по оси y – Вy. На рис. 3 приведены результаты измерений компонент Вх и Вy в точках центральной горизонтальной плоскости рабочей области. а б Рис. 3. Измеренное распределение компонент индукции Bх (а) и Вy (б) На рис. 4 показаны графические зависимости этих компонент в точках оси x. Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №4 53 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 X, см B x, н Тл а 0 50 100 150 200 250 300 350 400 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300 X, см B y, н Тл б Рис. 3. Распределение компонент индукции Вх (а) и Вy (б) по оси x рабочей области Анализ распределений показывает, что вдоль оси y существует явно выраженная асимметрия распреде- ления поля, что сказывается на точности измерений. Кроме того, в рабочей области распределение маг- нитного поля характеризуется значительным градиен- том. Особенно большой градиент поля наблюдается у составляющей индукции по оси x. Как показали ис- следования, причиной является индуцированная на- магниченность отдельных стен стенда, сложенных из красного ("магнитного") кирпича, которые оказывают такое же влияние и на распределение составляющей индукции и по оси z стенда. РЕКОМЕНДАЦИИ Для повышения точности измерений постоянно- го магнитного поля на стенде Отделения магнетизма Института электродинамики НАН Украины предло- жены следующие рекомендации. 1. Уменьшение влияния ферромагнитной трубы и крепежных элементов из ферромагнитных материа- лов возможно двумя путями. Первый путь – заменить ферромагнитную трубу на немагнитную, изготовленную из алюминия, латуни или немагнитной стали. Второй путь, более сложный в техническом от- ношении, но более дешевый и расширяющий функ- циональные возможности стенда – разработать и ус- тановить локальную систему компенсации магнитно- го поля ферромагнитной трубы. Такая система пред- ставляет собой одну или несколько компенсационных обмоток, намотанных на трубу и питаемых постоян- ными токами. Параметры компенсационных катушек определятся исходя из трех условий. Первое условие – равенство по величине магнитной индукции на уча- стке ферромагнитной трубы и индукции, создаваемой компенсационной обмоткой в этом же элементе тру- бы обмоткой компенсации и противоположности их направлений [3]. Второе условие – равенство посто- янных времени секций катушек Гельмгольца и обмо- ток компенсации. Выполнение этого условия обеспе- чивает синхронное и одинаковое по величине убыва- ние полей при отключении обмоток Гельмгольца. Третье условие – обеспечение заданного градиента распределения поля в рабочей области стенда при включении обмоток Гельмгольца. 2. Для снижения остаточного магнитного поля помех рекомендуется: • размагничивание ферромагнитных труб пе- ременным магнитным полем; • применение специальной системы, обеспечи- вающей коммутацию токов обмоток Гельмгольца по специальной программе для создания размагничи- вающего знакопеременного поля, убывающего по экспоненте, и реверсирования направления тока в обмотках. 3. Для уменьшения влияния собственной оста- точной намагниченности на точность магнитных из- мерений без включения колец Гельмгольца необхо- димо размагнитить ферромагнитные элементы стенда. 4. Для снижения влияния намагниченности от- дельных стен стенда рекомендуется использовать ло- кальную систему компенсации магнитного поля, об- мотки которой питаются постоянными токами. Оси этих обмоток ориентируются вдоль осей х и z стенда. компенсационную систему, оси обмоток которых. Величины токов подбираются экспериментально. ВЫВОДЫ Проведены экспериментальные исследования однородности магнитного поля в рабочем объеме магнитоизмерительного стенда Отделения магнетиз- ма Института электродинамики НАН Украины. Пред- ложены рекомендации по повышению точности изме- рений постоянного магнитного поля. Выполнение этих мероприятий позволит обеспечить точную на- стройку электромагнитов систем стабилизации кос- мических аппаратов по данным измерений на этом стенде. ЛИТЕРАТУРА [1] Афанасьев Ю.В., Студенцов Н.В., Хорев В.Н. и др. Средства измерений параметров магнитного поля. – Л.: Энергия, 1979. – 320 с. [2] Розов В., Ерисов А., Волохов С. Стенд для измерения магнитных моментов изделий // Труды Международной научн.-технич. конф. "Метрология в электронике – 97". – Харьков: ГНПО "Метрология", 1997, Том 1. – С. 167-169. [3] Розов В.Ю., Волохов С.А., Лупиков В.С., Кильдишев А.В., Ерисов А.В. Технология снижения внешних маг- нитных полей судового электрооборудования // Труды Второй международной конференции по судостроению "ISC’98". – Т. 2. – С.-Петербург: ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова. – 1998. – С. 22-27. Поступила 02.09.2005

Улучшение однородности магнитного поля в рабочей области магнитоизмерительного стенда

Institution

Similar Items