Магнитный экран

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61)Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 1210,81 (21) 3345368/18-21 1311 М. Кй.зс присоединением заявки Но -Ъ(23) Приоритет -О 12 В 17/02 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) МАГНИТНЫЙ ЭКРАН 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 зашиты 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, расположенньии в плоскости, перпендикулярной осн соответствующих размагничивающих обмоток, и усилителями сигналов датчиков, соединенными с выводами размагничивающих обмоток( 21.Известный магнитный экран обладает недостаточньи экранирующим эф" фектам в условиях воздействия сильных магнитных полей, создаваемых, например, токами короткого замыкания в мощных низковольтных автономныМэлектроэнергетических системах, Этообусловлено тем, что в ростом напряженности внешних магнитных полейзащита от них требует пропорционального увеличения мощности усилителейсигналов датчиков для создания соответствующего компенсирующего магнитного потока. Однако создание усилителей, мощность которых обеспечивала бы получение больших магнитныхпотоков (мощность усилителя должнабыть для этого более 150-200 Вт),практически невозможно в условияхограничений, накладываемых на габариты устройств в автономных энергосистемах,Цель изобретения - повышение эфФективностц экранирования магнитногоэкрана.Цель достигается тем, что в маг"нитный экран, содержащий полый корпус с размещенными на его поверхности и размагничивающими обмотками,плоскости витков которых ортогональ-ны, и датчиков пространственныхсоставляющих магнитного потока расположенных в плоскости, перпендикулярной оси соответствующей размагничивающей обмотки и источник питания, 995126Выходы 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 12, 13 и 14, 15 импульсных трансформаторов 10 и 11 соединены с цепями управления четырех тиристоров 16, 17, 18 и 19, Вторичные обмотки каж 60 введены и нуль-индикаторов, п импульсных трансформаторов с первичнойи двумя вторичными обмотками каждый,и пар тиристоров, делитель напряжения и и конденсаторов, при этомвыходы датчиков пространственныхсоставляющих магнитного потока сое,динены с входами соответствующихнуль-индикаторов, выходы которыхсоединены с выводами первичных обмоток соответствующих импульсных транс- оФорматоров, начало первых вторичныхобмоток которых соединено с отрицательной шиной источника питания,первым входом делителя напряжения икатодами первых тиристоров каждойпары, а конец соединен с управляющими электродами этих тиристоров, аноды которых соединены с первым выводом соответствующей размагничивающейобмотки, концом второй вторичнойобмотки соответствующего импульсного 20трансформатора и катодом второго тиристора данной пары, управляющийэлектрод которого соединен с началомвторой вторичной обмотки импульсного трансформатора, аноды вторых тиристоров каждой пары соединены сположительной шиной источника питания и вторым входом делителя напряжения, а выход делителя напряжениясоединен с вторыми выводами размагничивающих обмоток, параллельно которым включены конденсаторы.На фиг,1 изображен магнитный экран для случая п=2, при котором по"давляются две взаимно перпендикулярных составляющих магнитного поляпомехи, общий вид; на фиг.2 - электрическая схема соединений элементовмагнитного экрана; на фиг,3 иллюстрируются процессы, протекающие вмагнитном экране (изменение во времени магнитных индукций поля помехи (В ), компенсирующего поля,создаваемого размагничивающей обмоткой (Вко), и результирующего поля(ВРВ) . 45Магнитный экран содержит полыйкорпус 1, выполненный в виде параллелепипеда (внутреннее его пространство и является областью, защищаемойот магнитного поля), на поверхностикоторого расположены датчики 2 и 3пространственных составляющих магнитного потока (например, датчикиХолла) и соответствующие размагничивающие обмотки 4 и 5,55 дого импульсного трансформаторавключены встречно.Делитель 20 напряжения образованрезисторами 21 и 22, причем еговходы соединены с шинами плюс 23 иминус 24 источника питания,;а выходсоединен с размагничивающими обмотками 4 и 5.Конденсаторы 25 и 26 включеныпараллельно размагничивающим обмоткам 4 и 5.Устройство работает следующимобразом,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 сигналпоступает на вход нуль-индикатора б,который, срабатывая, создает во вторичных обмотках 12 и 13 импульсноготрансформатора 10 импульсы противоположной полярности (поскольку обмотки 12 и 13 включены встречно). В результате в цепях управления тиристоров 16 и 17 появляется соответственно положительный (отпирающий) иотрицательный (запирающий) импульсы,так что тиристор 16 открывается ипо цепи: выход делителя 20 - размагничивающая обмотка 4 - тиристор 16вход делителя 20, начинает протекатьток, Обмотка 4 включена таким.образом, что нарастающий в ней ток создает магнитный поток, действующийнавстречу магнитному потоку помехи.В момент достижения компенсирующимпотоком в обмотке величины магнитного потока помехи меняется полярность сигнала на выходе датчика 2,реагирующего на результирующий магнитный поток, При переходе его отположительного к отрицательному значению изменяется полярность напряжения на выходе нуль-индикатора 6 и,следовательно, полярности импульсовна выходе вторичных обмоток 12 и 13трансформатора 10, При этом запи"рается 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 сменанаправления тока в размагничивающейобмотке 4. Этот ток создает магнитный поток, который, действуя навстречу потоку помехи, вновь достигаетего величины, что снова приводит ксмене знака результирующего магнитного потока, а значит, и знака полярности импульсов вторичных обмоток12 и 13 импульсного трансформатора10. Затем описанный процесс повторяется, Таким образом, происходитфслежение 1 компенсирующего магнит-.ного потока за магнитным потокомполя помехи и стремление к его компенсации в каждый момент времени:при нарастании магнитного потока поля помехи нарастает встречно емунаправленный магнитный поток, создаваемый размагничивающей обмоткой,Благодаря этому внутри пслого корпуса 1 индукция результирующего магнитного потока непрерывно поддерживаетсяна 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 отмагнитных полей помех, Причем компенсирующий магнитный поток имеетпилообразный характер (фиг,3), аего среднее значение совпадает с кривой изменения во времени магнитногопотока поля помехи. Таким образом,результирующее значение магнитнойиндукции вокруг корпуса 1 имеет видпилообразной кривой, колеблющейсявокруг нулевого значения индукции.Пилообразный характер компенсирующегомагнитного потока обусловлен инерционностью элементов устройства,главньм образом, тиристоров и обмотки. Однако его частота на 2-3 порядка превышает максимально возможныечастоты внешних магнитных полей ипрактически не ограничивает степенькомпенсации поля помехи, так каквремя переключения тиристоров измеряется единицами микросекунд (часто-.ты порядка сотен кГц - единиц МГц),а частотный диапазон индукции поляпомех от токов коротких замыканийлежит в пределах 50-100 Гц, Повышениестепени компенсации внешних магнитных полей достигается фильтрациейвысокочастотной составляющей результирующего магнитного потока конденсаторами 25 и 26.Вторая симметричная часть схемы(датчик 3, нуль-индикатор 7, импульсный трансформатор 11, размагничивающая обмотка 5, тиристоры 18 и 19)работает аналогично описанной выае,части при возникновении магнитногопотока поля помехи, действующего внаправлении, перпендикулярном плоскости датчика 3, В общем случаефункционируют обе части устройстванезависимо друг от друга, компенси. руя каждая свою составляющую магнитного потока помехи,Предлагаемое устройство в отличиеот известного обладает повышеннойэффективностью экранирования, поскольку в нем обеспечивается исключение проникновения в область, защищаемую экраном, теоретически скольугодно больших магнитных полей безкаких-либо ограничений с точки эрения воэможности технической реализации отдельных блоков устройства. Это становится возможным благодаря обес. печению 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 полянаиболее эффективно при .оэффициентеделения делителя напряжения, равномдвум,Поскольку в предлагаемом магнитном экране отсутствуют усилителиобратной связи, он отличается повышенной надежностью и малыми габаритами. В то же время верхний пределкомпенсируемого поля помехи лракти 1 чески неограничен.Использование предлагаемого маг нитного экрана особенно эфФективно.при защите различных объектов, подверженных воздействию сильных магнитных полей, например создаваемых токами короткого замыкания порядка 25 150-200 кА в мощных низковольтныхавтономных электроэнергетическихсистемах, например судовых.формула изобретенияМагнитный экран, содержащий полыйкорпус 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, 40 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения эффективности экранирования, в него введены и нуль- индикаторов, д импульсных трансформаторов с первичной и двумя вторичф 5 ньми обмотками каждыМ, р 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 60 первым выводом соответствующей раэ-магничивающей обмотки, концом вторичной обмотки соответствующего им" пульсного трансформатора и катодом второго тиристора данной пары, уп равляющий электрод которого соединен995126 оставитель,С, Шумехред М.КостикРедактор М о Подпитета СССРткрытийнаб., д. 4/5 Тираж 598 ВНИИПИ Государствен по делам иэобрет 035, Москва, Ж, Ракаэ 654/36 о го к ий и ушска П Патентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4. с началом второй вторичной обмотк:импульсного трансформатора, анодывторых тиристоров каждой пары соединены с положительной шиной источникапитания и вторым входом делителянапряжения, а выход делителя напряжения соединен с вторыми выводамиразмагничивающих обмоток, параллельно которым включены соответствующиеконденсаторы,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Афанасьев Ю,В.; Кадинская Л.Г.Применение ферромагнитного экранадля испытаний высокочастотных магнитометров. Сб. Геофизическая аппаратура, вып. 44, Недрами, Л 1970,с. 138-140.2. Авторское свидетельство СССРР бд 9 д 45, кл, 0 12 В 17/02,25.02,79. ишская КорректорВ, Прохнен