структурой (площадь лоперечного сечения кристаллов составляет 50-100 мм, т. е. значительно больше, чем поверхность датчика Холла).

На рис. 14-11 дано распределение кристаллов, а та-к-же распределение напряженности поля этих кристаллов. Необходимо заметить, что значения напряженности поля отдельных кристаллов значительно отличаются (в пределах 0,1-7,5 э).

Кроме тото, Асмус и Бол исследовали распределение проницаемости в текстурованной электротехнической листовой стали в зависимости от направления прокатки, а также указали, что применение датчиков Холла для измерения напряженности магнитного поля при снятии кривой намагничивания незамкнутой магнитной цепи в виде, например, полосового железа дает результаты более точные, чем применение других существующих методов.

14-2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Исследование магнитных свойств постоянных магнитов заключается прежде всего в измерении коэрцитивной силы и снятии кривой намагничивания. Важную проблему представляет также текущий контроль магнитов в производственных условиях.

Измерения коэрцитивной силы (по индукции или по намагничиванию) выполняются чаще всего с помощью ярма Поймана или - значительно быстрей - с помощью коэрцитиметра Поймана с вращающейся катушкой в качестве датчика исчезновения намагниченности. Однако

Рис. 14-12. Упрощенная схема коэрцитиметра на датчиках Холла.

f/i - источник постоянного напряжения (100 в. 15 а) для питания размагничивающей катушки; i?i-i?3 - резисторы для регулирования тока катушки; К - размагничивающая катушка с постоянной *=51,6 э/а; Я ~ исследуемый образец-постоянный магинт; X - датчкк Х&лла типа CHI; G - показывающий гальванометр; R,, Rs - шунты; - источник постоянного напряжения (6-8 в, 20 ма) для питания датчика Холла; тА - миллиамперметр магнитоэлектрический, 0-30 ма, класс 0,5.

Наличие вращающейся катушки является со всех точек зрения неблагоприятным, так как приведение во вращение катушки с помощью двигателя требует конструкции, исключающей вибрацию катушки. С целью получения на выходе постоянного тока необходимо применять вращающуюся катушку с коллектором, что при нулевых измерениях является источником дополнительных помех (например, влияние термо-э. д. с).

Вышеуказанных недостатков не имеет коэрцитиметр (рис. 14-12), в котором вращающаяся катушка заменена датчиком Холла [Л. 475]. Принцип действия коэрцитиметра следующий: намагниченный образец Р размагничивается в катушке К до исчезновения составляющей намагниченности, перпендикулярной к поверхности датчика Холла. В момент исчезновения намагниченности гальванометр G покажет исчезновение напряжения Холла, а в это время по амперметру Л отсчитывается значение тока размагничивания /р. Произведение этого значения на постоянную катушки дает значение коэрцитивной силы по намагниченности.

Использование датчика Холла в коэрцитиметре дает возможность получения большой точности измерения (ограниченной чувствительностью датчика Холла и гальванометра, а также точностью амперметра). Достигается это потому, что:

1) датчик Холла работает как нулевой элемент;

2) перед каждым измерением напряжение в выходной цепи датчика Холла можно легко установить на нуль;

3) длительность измерения - порядка нескольких секунд, а следовательно, условия измерения (например, температура) практически не изменяются.

Коэрцитиметр, описанный в [Л. 475], имеет диапазон измерений 100-800 э и точность ±2%. Дальнейшая

Рис. 14-13. Коэрцитиметр с сердечником и с двумя датчиками Холла. / - электроизгнит; 2 - исследуемый магнит; 3, 4 - датчики Холла; 5, 6 - измерительные приборы; 7 - блок пнтання; 8 - электромагннтныа катушки.

Рис. 14-14. Дифференциальный пермеаметр для контроля постоянных магнитов.

/ - магнитопровод; 2, 3 - иамагии-чивающие катушки; 4-датчик Холла; 5-образцовый магнит; 6 - исследуемый магнит.

работа над сойершенствованием КоэрцйтИМеТра ДоЛЖМа дать возможность расширить диапазон измерений до 10-2000 э и увеличить точность до ±1%. Точность ко-эрцитиметров с врашающейся катушкой или с магнитным датчиком (пермаллоевый зонд) лучших заграничных конструкций составляет ±)(1-2)%.

Непокрытый [Л. 753] описывает принцип действия и конструкцию коэрцитиметра с двумя датчиками Хол-"

ла (рис. 14-13). Между полюсами электромагнита / с большим воздушным зазором помешается исследуемый магнит 2 так, чтобы у края одной из его торцевых поверхностей (равноудаленных от поверхности полюсов) находился один датчик Холла 3, являющийся (вместе с прибором 5) датчиком исчезновения намагниченности, а в нейтральной зоне - другой датчик Холла 4, являющийся (вместе с прибором 6) датчиком напряженности поля. Магнит намагничивается и размагничивается в электромагните. В .момент полного размагничивания магнита, т. е. .когда датчик исчезновения намагниченности показывает отсутствие напряжения Холла, датчик напряженности поля покажет значение коэрцитивной силы. Преимуществом такого коэрцитиметра является, между .прочим, возможность простого получения сильных магнитных полей. Всесторонний анализ точности этого коэрцитиметра дан в [Л. 765].

Благодаря тому, что время измерения коэрцитивной силы одного магнита с помощью коэрцитиметра, описанного Непокрытым, составляет до 30-40 сек, этот коэр-цитиметр используется для измерения и контроля коэрцитивной силы при серийном выпуске постоянных магнитов.

Для контроля магнитных характеристик постоянных магнитов предназначен также запатентованный Пекке-ром (Л. 648] прибор на датчике Холла, работающий как дифференциальный пермеаметр; схема его представлена на рис. 14-14. Пермеаметр действует на основе сравнения характеристик эталонного 5 и исследуемого 6

магнитов в магнитной цепи / с намагничивающими катушками 2 и 5 и датчиком Холла 4, служащим для измерения разности магнитных индукций эталонного и исследуемого магнитов. Такого рода контрольные устройства могут иметь различные конструктивные решения.

Сравнивая метод, основанный на использовании датчика Холла, с другими методами исследования магнитных свойств, нужно отметить, что применение датчиков Холла дает возможность нолуч-ить - при такой же или лучшей точности - более простую и дешевую инструкцию устройства, наиболее удобную в эксплуатации и позволяющую непосредственно измерять исследуемые характеристики.

Глава пятнадцатая

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Достоинства датчиков Холла прояв.ились при использовании их для исследования электрических машин и особенно при динамических исследованиях, а также в эксплуатационных условиях.

Малые размеры, непосредственная и линейная зави-"* симость напряжения Холла от магнитной индукции, точное воспроизведение процессов, широкий диапазон частоты передаваемых сигналов -все эти, а также и другие свойства датчиков Холла позволили расширить и упорядочить исследовательские работы в области электрических машин постоянного и переменного тока мощностью от нескольких ватт до сотен киловатт. -Для исследования электрических машин используются обычно пленочные датчики Холла, которые отличаются маленькой толщиной (0,05-0,1 мм), а также кристаллические датчики Холла, толщина которых, вообще говоря, больше (0,3-0,5 мм), но площадь поверхности может быть достаточно мала (2-4 мм).

При динамических исследованиях необходимо считаться со значительным ростом температуры части машин, с которыми соприкасается датчик Холла; поэтому необходимо подбирать датчики Холла с малыми температурными коэффициентами выходного напряжения и активного сопротивления, а также использовать компенсационные схемы. h 233

в связи с тем что в электрических машинах появляется переменное магнитное поле, нельзя использовать для датчиков Холла металлические корпуса ввиду возможности их налрева вихревьши токами.

Датчики Холла .могут быть прикреплены как к ро-то.ру машины, так и к статору, а также могут быть помещены в зазор и вообще не соприкасаться с деталями машины. В случае закрепления на подвижной части необходимо использовать четыре скользящих контакта (два для цепи управляющего тока и два для снятия выходного напряжения); при этом нужно учитывать возможность появления паразитной термо-э. д. с.

Датчики Холла должны быть отградуированы и скомпенсированы до размещения их в зазоре магнитной цепи машин. Это условие является обязательным, так как в зазоре всегда существует устойчивое магнитное Поле, возникающее из-за остаточной намагниченности магнитных материалов.

Область исследований, которые можно провести, используя датчики Холла, является достаточно широкой и охватывает измерение, исследование распределения и регистрацию магнитных полей во времени и пространстве при разных условиях работы машин, гармонический анализ полей, исследование и регулирование моментов, исследование процессов коммутации, измерение потерь в меди, исследование скольжения асинхронных машин и т. п. Применению датчиков Холла для исследования электрических .машин посвящено уже около 30 публикаций. Имеющиеся достижения в этой области обобщил Нюрнберг Л. 360].

15-1. ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Датчики Холла могут служить для исследования различных магнитных полей в электрических машинах, т. е. для:

а) измерения и регистрации на осциллографе магнитной индукци! в зазоре вдоль длины машины и в магнитопроводах машин различных типов при разных условиях работы;

б) измерения и регистрации индукции рассеяния, а также исследования ее пространственного распределения.

Примером дополнительного Потока рассеяния является магнитный поток, проходящий через крылья вентилятора и нажимную плиту. Он ослабляет рабочий магнитный поток, а также приводит к потерям энергии и местному нагреву вихревыми токами в металлических частях машин.

Проблема заключается в измерении действительного значения индукции рассеяния, проникающей в крылья вентилятора, с целью возможного ее уменьшения. Между тем толщина крыльев вентилятора составляет 1-2 мм, а поток сосредоточен на поверхности порядка 5 мм. Следовательно, применение измерительной катушки было бы очень трудным и дало бы маленькую точность измерения, в то время как датчик Холла с размерами 1X2 мм, помещенный па крыльях вентилятора, выполняет задачу безупречно.

15-2. ГАРМОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Известно, что переменное магнитное поле электрических машин из-за нелинейной характеристики магнитных материалов, а также взаимного воздействия нескольких различных полей отклоняется от синусоидального. При этом для конструктора важно знать степень искажения кривых или содержание высших гармоник.

Датчик Холла позволяет быстро определять амплитуды отдельных гармоник. Для этого датчик Холла, помещенный в поле исследуемой машины, необходимо питать переменным током с регулируемой частотой. На выходе датчика Холла подключен магнитоэлектрический милливольтметр. Частоту управляющего тока датчика Холла изменяют в соответствии со значением частоты отдельных гармоник, начиная с основной. В случае равенства частот отградуированный прибор покажет значение амплитуды соответствующей гармоники.

Цеснак {Л. 685] изложил теоретические основы, методику измерений, а также некоторые результаты исследований гармоник в синхронной .машине с помощью датчика Холла. Этот метод может служить для исследования па моделях полей, создаваемых полюсами разной формы, для исследования влияния насыщения магнитной цепи машины и т. п.