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:

, (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]:

, (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:

. (3)

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

,

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

Получим:

. (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: . Исходя из (3), получим:

.

Следовательно, учитывая (4):

.

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).