автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Развитие основ контроля магнитных потерь в электротехнической стали в условиях неоднородных магнитных полей и индукций

НЛУ^Л&ССШЭДО^ТкЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ИНТРОСКОПИИ * ^^ На правах рукописи

Брановицкий Иван Иванович

УДК 620.179.14

РАЗВИТОЕ ОСНОВ КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ ПОТЕРЬ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ В УСЛОВИЯХ НЕОДНОРОДНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ И ИНДУКЦИЙ.

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Автореферат

Диссертации на соисхание ученой степени • доктора технических наук

Москва -1995

Работа выполнена з Институте прикладной физики Академии наук

Беларуси

Официальные оппоненты:- доктор технических наук,

член-корреспондент АЭН России Мужицкий В. Ф.

- доктор технических наук, профессор

Покровский А. Д.

- доктор технических наук, академик Метрологической Академии России

Корзунин Г.С.

Ведущее предприятие: Институт прецизионных сплавов ЦНИИЧерМет

Защита состоится " _1_1995г. в часов

на заседании специализированного совета Д 109.01.01 при Научно-исследовательском институте интроскопии по адресу: 119048, Москва, Г-48, ул.Усачева, 35.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке НИИИН

Автореферат разослан " ю* 03 _1995г.

Учёный секретарь совета д. т. н., профессор

В. Н. Филинов

0Б1ЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Качество изделий электромашиностроения, в том числе их удельная мощность (мощность, отнесенная к единице массы изделия) и к.п.д. определяются в значительной степени качеством магнитопроводов, т.е. уровнем их магнитных характеристик. Магнитные характеристики магнитопроводов зависят в свою очередь как от магнитных свойств исходного материала (например, от свойств электротехнической стали), так и от степени воздействия на этот материал технологии изготовления того или иного магнитопровода. Следовательно, задача обеспечения высокого технического уровня магнитопроводов решается: а) путем Создания высококачественных магнитомягких материалов; б) максимально полным использованием свойств этих материалов в изделиях. И в том, и в другом случае обязательной составляющей в комплексе мер, направленных на решение указанной задачи, является обеспечение достоверного контроля магнитных свойств (в т. числе магнитных потерь), позволяющего поддерживать требуемые режимы технологии и, таким образом, гарантировать качество изделий (электротехнической стали и изготавливаемых из нее магнитопроводов). Вместе с тем современный уровень разработки и использования в промышленности методов и средств контроля магнитных потерь не полностью отвечает требованиям практики, что связано с необходимостью углубления представлений о процессах намагничивания и перемагничивания, физике магнитных потерь в материалах и магнитопроводах.

Актуальность диссертационной работы определяется необходимостью обобщения и дальнейшего развития научных основ контроля магнитных потерь, позволяющих более полно учитывать влияние на. величину магнитных потерь особенностей магнитных процессов в электротехнической стали, обусловленных характером ее кристаллической и магнитной структуры, пространственно-временного распределения магнитных полей и индукций, внутренних упругих напряжений.

Работа выполнялась в соответствии с Постановлением ГКНТ СССР N 300 ■ от 2 июня 1980 г. (per.N 80064588), постановлениями Президиума АН БССР N 193 от 23 декабря 1982 г. (per.N 0015279), N139 от 24 декабря 1987 г. . (per.N 01.8.80014988). N 3 от 21 января 1993 г., заданием 06.14 межотраслевой республиканской

комплексной научно-технической программы по машиностроению на 1992-1994 гг., и по хоздоговорным темам.

Цельи настоящей работы является развитие и обобщение проблемы контроля магнитных потерь на основе теоретического анализа процессов намагничивания и перемагничивания в электротехнической стали с учетом ее кристаллической и магнитной структуры, упруго напряженного состояния материала и пространственно-временного распределения в кем магнитного поля и индукции, и их влияния на величину к погрешность контроля магнитных потерь, а также разработка новых подходов, значительно упрощающих процесс измерения магнитных потерь.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие основные задачи:

■- проведено теоретическое, обобщение и анализ влияния распределения магнитной индукции в ферромагнетике на величину потерь энергии на перемагничивание и погрешность их контроля;

- развита физическая модель Н.С.Акулова для расчета магнитострикционного изменения формы монокристалла с ОЦК структурой, содержащего упругие напряжения растяжения (сжатия), на основе которой проведен теоретический анализ процессов намагничивания в упруго напряженном ферромагнитном материале с указанной структурой в квазистатическом магнитном поле, и уточнен расчет его магнитных характеристик;

- предложена модель смещения 180° доменных границ, на основе которой проведен теоретический анализ процессов перемагничивания в пластине текстурованной электротехнической стали, расчет вихретоковых потерь в функции параметров ее 180° доменной структуры и режимов перемагничивания. анализ зависимости их величины и погрешности контроля от величины внутренних упругих напряжений в данной пластине;

- разработаны и' обобщены новые подходы' к проблеме измерения магнитных потерь, позволяющие с достаточной для практических целей точностью судить о магнитных потерях в материале при синусоидальной форме индукции по результатам их измерения при произвольной форме индукции в данном материале;

- разработаны методы и приборы для контроля магнитных характеристик сталей и магнитопроводов.

Достоверность результатов. Достоверность основных

теоретических результатов, полученных в работе и соответствие предложенных в ней расчетных моделей и подходов реальным магнитным процессам в электротехнической стали подтверждается проведенными экспериментальными исследованиями и обработкой результатов исследований, опубликованных другими авторами.

Достоверность экспериментальных результатов, полученных в данной работе подтверждается тем. что все эксперименты проведены на аппаратуре, прошедшей необходимую аттестацию, результатами метрологической аттестации и внедрением на промышленных предприятиях созданных приборов для контроля магнитных потерь и индукции в электротехнической стали и магнитопроводах.

Научная новизна заключается в обобщении теории намагничивания и перемагничивания иагнитомягких материалов типа электротехническая сталь во взаимосвязи с параметрами и особенностями поведения в магнитном поле ее доменной структуры, характером упруго напряженного состояния материала и пространственно-временного распределения в нем магнитного поля и индукции, определившей новые подходы к решению проблемы контроля магнитных потерь. В этой связи:

- Проведено теоретическое обобщение и анализ влияния распределения магнитной индукции в ферромагнетике на величину потерь энергии на перемагничивание. Показано, что неоднородное распределение индукции всегда приводит к увеличению потерь энергии на перемагничивание, которое необходимо учитывать при их измерении; получены аналитические выражения, дающие-зависимость величины и погрешности контроля магнитных потерь от функции распределения магнитной индукции в ферромагнитном материале.

- Развита физическая модель Н.С.Акулова для расчета магнитострикции насыщения в ферромагнетике с ОЦК структурой для случая, когда к нему приложены сперва упругие напряжения растяжения (сжатия), а затем магнитное поле; на основе этого рассчитаны объемы магнитных фаз в данном ферромагнетике и получены выражения для начальной магнитной восприимчивости упруго растянутого (сжатого) или изогнутого ферромагнетика указанного типа, в т.числе пластины или ленты электротехнической стали. Получено удовлетворительное совпадение с результатами экспериментальных исследований.

- Предложена модель смещения 180° доменных границ, на основе

которой проведен теоретический анализ процессов перемагничивания в пластине текстурованной электротехнической стали, позволивший получить соотношение, описывающее связь между изменением индукции в пластине и характером изменения в ней магнитного поля.

- Рассчитано поле вихревых токов в пластине текстурованной электротехнической стали, как сложение поля макровихревых токов, индуцированных'общим изменением магнитного потока в поперечном сечении пластины в соответствии с частотой намагничивающего поля, и поля микровихревых токов, обусловленных непосредственно смешением 180° доменной границы. Найдено выражение, описывающее форму изгибающейся в процессе движения 180° доменной границы и определяемую 1 неоднородным распределением магнитного поля в Ферромагнетике.

• - Получено выражение для однородного намагничивающего поля, при котором в пластине со 180° доменной структурой индукция изменяется во времени по синусоидальному закону; для данного режима перемагничивания рассчитаны вихретоковые потери в функции параметров 180° доменной структуры, . проведен анализ зависимости их величины и погрешности контроля от величины упругих напряжений в пластине с данными параметрами 180° доменной структуры и при данной частоте перемагничивания; получено удовлетворительное совпадение с результатами экспериментальных исследований.

- Проанализированы и обобщены новые подходы к проблеме измерения магнитных потерь, основанные на найденном и исследованном способе, по которому о магнитных потерях в электротехнической стали при синусоидальной форме магнитной индукции можно судить с достаточной для практических целей точностью по результатам их измерения при произвольной форме магнитной индукции в данном материале.

- Проведен анализ влияния физико-технологических факторов, обусловленных порезкой . витых магнитопроводов на их магнитные потери, позволивший рассчитать величину дополнительных потерь на вихревые токи в разрезанных магнитопроводах, вызванных замыканием витков ленты на их торцах, идентифицировать деформированный при порезке приповерхностный слой материала, предложить способ контроля дополнительных магнитных потерь и термообработки торцев в разрезанных магнитопроводах, существенно уменьшающий в них магнитные потери.

Практическое значение работы. Разработана методика анализа зависимости величины магнитных потерь от характера распределения магнитной индукции в ферромагнетике, позволяющая учесть влияние этого фактора на магнитные потери при разработке конструкций магнитопроводов электрических малин, выборе материала по магнитным, геометрическим и другим параметрам для изготовления магнитопроводов с учетом режима их работы.

Установленный характер зависимости магнитной восприимчивости ферромагнитного материала от упругих напряжений растяжения (сжатия) и изгиба, описываемый простыми соотношениями, создает возможности для более реалистичной оценки влияния остаточных напряжений на магнитные характеристики электротехнической стали или магнитопроводов (в т.числе витых) и, соответственно, для последующей корректировки технологий.

Проведенный анализ зависимости величины и погрешности контроля магнитных потерь от характера распределения магнитной индукции и величины механических напряжений в ферромагнетике с учетом параметров его (в данном случае текстурованной электротехнической стали) 180° доменной структуры и частоты перемагничивания принципиально позволяет - учесть влияние этих факторов при отработке технологии изготовления стали и магнитопроводов, в том числе при контроле магнитных потерь в них.

Проведенные исследования влияния механической порезки на величину потерь в витых магнитопроводах позволили получить как обобщенную количественную информацию о степени такого влияния, так и раскрыли роль ряда . физико-технологических факторов, обусловленных порезкой на увеличение потерь энергии в магнитопроводах. Это дало возможность, учитывая дифференциацию вклада указанных факторов предложить способ контроля качества порезки через измерение вихретоковых потерь в слое замыкания, и способ уменьшения магнитных потерь в витых магнитопроводах путем ускоренного отжига тонкого деформированного слоя. Полученные результаты в качественном отношении могут быть обобщены и на магнитопроводы других типов, которые изготавливаются из тех или иных позиций или элементов, также получаемых путем механической обработки (резка, штамповка и т. д.) электротехнической стали.

Разработанная методика инвариантного измерения магнитных потерь в электротехнической стали позволяет значительно упростить

средства контроля магнитных потерь, исключив из их структурной схемы блоки формирования синусоидальной формы индукции, являющиеся одними из наиболее технически сложных составных частей этой схемы.

Разработанные приборы для контроля магнитных потерь и индукции типа Измеритель Магнитных Потерь и Индукции ИМПИ (ИМПИ-1, ИМПИ-2, ИМПИ-3). осуществляя поэтапный технологический контроль качества магнитопроводов и их элементов создают условия для поддержания реяимов технологии, обеспечивающих изготовление магнитопроводов. в частности для электродвигателей с гарантированными магнитными характеристиками.

Реализация в промышленности. Приборы ИМПИ-1.2,3 для технологического контроля магнитных характеристик статоров асинхронных электродвигателей и их элементов, а также входного контроля электротехнической стали внедрены ча Лунинецком (Брестская область) заводе "Полесьеэлектромаш" и Брестском машиностроительном производственном объединении. Прибор ИМЛИ-1 для входного контроля текстурованной и изотропной электротехнической стали внедрен на Солецком (Новгородская область) заводе "Эллипс". Златоустовском машиностроительном заводе, Николаевском трансформаторном заводе. Вильнюсском заводе "Эльфа". Прибор ИМЛИ-3 внедрен на предприятии п/я Г-4128, г.Москва. для контроля качества пакетов статоров микроэлектродвигателей.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложения. Полный объем работы составляет 275 страниц, она содержит 67 рисунков, список литературы из 302 наименований.

Материалы диссертации опубликованы в 49 печатных работах, в том числе 6 авторских свидетельствах.

Основные положения работы доложены и обсуждены на Международной конференции по магнетизму 1СМ-94, г.Варшава, Польша, 1994 г., VI и IX Всесоюзных совещаниях по физике и металловедению электротехнических сталей и. сплавов (г. Аша. 1981 г.. г.Минск. 1991 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы физики и металловедения электротехнических сталей и сплавов (г. Аша, 1981 г.), IX, XI, XII. XIII Всесоюзных научно-технических конференциях "Неразруиающие физические методы

и средства контроля" (г.Минск, 1981 г.. г: Москва, 1987 г., г.Свердловск, 1990 г., г.Санкт-Петербург, 1993 г.), Международной конференции "Дефектоскопия-89", г.Пловдив Болгария, 1989 г., IX Уральской региональной научно-технической конференции "Современные магнитные, электромагнитные и акустические методы и приборы неразруиаюцего контроля". г.Свердловск, 1988 г.. Латвийских конференциях "Нераэрупащий контроль-88", "Неразрушающий контроль-90", г.Рига и других, конференциях и семинарах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Влияние физико-технологических факторов на однородность

• процессов намагничивания. величину и погрешность контроля магнитных потерь в электротехнических сталях

Обзор литературы проведен по следующим направлениям: 1) необходимость учета влияния физико-технологических факторов, приводящих к магнитной неоднородности электротехнической стали на величину и погрешность контроля магнитных Потерь; 2) анализ влиянйя неоднородного распределения магнитной индукции в электротехнической'стали на величину магнитных потерь; 3) анализ влияния упругих напряжений и 180° доменной структуры на величину магнитных потерь в текстурованной ¡электротехнической стали;

4) анализ влияния формы изменения магнитной индукций во времени в контролируемом материале, на величину магнитных потерь в нем;

5) анализ влияния технологических операций на магнитные свойства материала и магнитопроводов и актуальность разработки .методов и средств технологического контроля магнитных потерь и индукции.

Показано, что магнитные процессы в реальных ферромагнетиках неоднородны, что обусловлено как • временными факторами (например, скин-эффект), так и пространственными особенностями среды (например, дефекты структуры). Признано, что неоднородный характер процессов перемагничивашя приводит к увеличению потерь энергии на перемагничивание, т.е. к так называемым дополнительным или аномальным магнитным потерям. Показано, что при измерении магнитных потерь весьма важно иметь возможность оценить вклад в их величину тех или иных факторов, приводящих к 'дополнительным

потерям. Например, учет влияния на величину магнитных потерь остаточных механических напряжений в электротехнической стали помогает выбрать направление для корректировки и поддераания режимов ее технологии; учет влияния на величину потерь механических напряжений, обусловленных в материале натягом полосы электротехнической стали позволяет уменьшить погрешность выходного контроля магнитных потерь.При этом, учет влияния того или иного фактора на величину и погреаность контроля магнитных потерь возможен лишь при знании характера их функциональной зависимости от данного фактора. .

Проанализировано влияние неоднородного распределения магнитной индукции в объеме ферромагнетика на величину магнитных потерь. Показано,что, например, • в листах текстурованной электротехнической стали меазеренная магнитная неоднородность приводит к увеличению удельных магнитных потерь за счет "перегрузки" зёрен с относительно более высокой магнитной проницаемостью и, соответственно, более высокой плотностью магнитного потока. В го ке время исследования в данном направлении носят недостаточно систематический характер, они не обобщены теоретически, что затрудняет развитие работ по учёту влияния такого фактора, как неоднородность распределения магнитной индукции в объёме ферромагнетика на погрешность контроля магнитных потерь. .

Одним из факторов, весьма существенно влияющим на уровень магнитных свойств контролируемого материала и степень их однородности являютсяупоминавшиеся выше механические напряжения. Известны фундаментальные теоретические работы Н.С.Акулова, С. В. Вонсовского, Е. И.Кондорского, Ф.М.Дунаева. Р. Беккера, М, Керстена и др. по исследованию влияния внутренних упругих напряжений на магнитную" проницаемость (в т.числе начальную). Однако, при использовании в практических расчетах результаты этих исследований зачастую требуют дальнейшего развития. Достаточно подробно изучено влияние упругих напряжений на магнитные потери, в том числе и через их влияние на 180° доменную структуру материала, что особенно важно, т. к. анализ показывает, что указанная доменная структура является, в свою очередь, одним из факторов магнитной неоднородности материала (около ее смещающейся границы магнитная проницаемость велика, а внутри доменов - близка

к единице), наиболее сильно и непосредственно влияющих' на величину магнитных потерь. В то ае время, исследования влияния механических напряжений на магнитные потери носят в основном экспериментальный характер. Это, на нан взгляд, затрудняет разработку обобщенных методов анализа, позволяющих при измерениях магнитных потерь учесть зависимость их величины и погрепности контроля от упругих напряжений, благодаря влиянию последних на параметры и особенности поведения в переменном магнитном поле 180° доменной структуры материала.

Известно, что величина магнитных потерь зависит от формы изменения во времени магнитной индукции в материале. . Поэтому их контроль осуществляют при строго фиксированной, а именно, синусоидальной форме индукции. В • то не время показано, что обеспечение синусоидальной магнитной индукции является одной из наиболее технически сложно реализуемых составляющих процесса измерения магнитных потерь. Тем более, если условия испытания не являются стабильными, как это имеет место, например, при непрерывном • выходном ■ контроле движущейся полосы электротехнической стали. Поэтому с практической точки зрения весьма важно найти возможность осуществления контроля магнитных потерь при менее кестких требованиях к форме магнитной индукции и, соответственно, к системе намагничивания контролируемого изделия.

Показано, что технологические операции, включая механическую обработку, значительно ухудшают магнитные свойства электротехнической ■ стали и изготавливаемых из нее магнитопроводов. Это обусловливает необходимость изучения механизма такого влияния с целью его уменьшения, а также разработки методов и средств технологического контроля магнитных потерь и индукции в данной стали и магнитопроводах на разных стадиях их изготовления

2. Неоднородное распределение магнитного потока в ферро- . магнетике и его влияние на величину и погрешность контроля магнитных потерь

Неоднородность магнитной . индукции в ферромагнетике монет быть обусловлена рядом причин, например, неоднородным характером

магнитных свойств материала, геометрическими особенностями испытуемого образца или изделия и т.д. В данном разделе проведены исследования внутри- и мекзереиной магнитной неоднородности в текстурованной электротехнической стали, приводящей к • рассеянию магнитного потока - и обусловливающей его неоднородное распределение в материале. Показано, что если в ферромагнетике имеет место неоднородное распределение плотности магнитного потока, т.е. индукции материала, то это всегда приводит к увеличению потерь энергии на перемагничивание. ' ■

Если обозначить через Р0 и В,„0 удельные магнитные потери и амплитуду магнитной индукции в ферромагнитном материале при равномерном распределении в нем плотности магнитного потока, а через Pj , В^! - соответственно удельные магнитные потери и амплитуду индукции в некотором объеме Vt, в пределах которого плотность потока можно рассматривать равномерной при неравномерном ее распределении по объему, ферромагнетика V в целом, то проблема характеризуется неравенством, которое будет иметь место:

\ Р„'Рср, (1)

п

где Pop-i/v £ Pt V) - удельные магнитные потери, средние в объеме

V. Здесь п - число разбиений объема V на составляющие V, с индукцией Вд,. В работе проведен анализ величины У = Рс р/Р0, характеризующей собой соотношение магнитных потерь в объеме материала V при неоднородном и однородном распределении в нем плотности магнитного потока, при условии, что В^р = Вд0, где

BUp-iUvv.J/v.

Л

Используя известное выражение Маренина-Штейнметца Р = ti Вт, определяющее зависимость удельнеых магнитных потерь от амплитуды магнитной индукции, найдено:

г = (V0^1 ¡BfdV)/^ dv/f" (2)

о ■ о

Проведенный в работе анализ показал, что 1С > 1. При контроле магнитных потерь, например, ваттметровым. или другими известными методами измеряется, обычно, величина полных магнитных потерь.

включая и ту их часть, природа которых связана с неоднородностью магнитных процессов в материале, т.е. включая и дополнительные потери. При этом, как сказано вьше. весьма ваяно иметь возможность оценить вклад в величину измеряемых магнитных потерь тех или иных факторов, приводящих к неоднородности процессов перемагничивания. Зто в полной мере относится и к учету влияния такого фактора, как неоднородное распределение в материале магнитной индукции. Например, неучет неоднородного распределения намагничивающего поля, имеющего место в радиальном направлении при испытаниях на кольцевых образцах приводит к погрешности контроля величины магнитных потерь в материале этих образцов. Погрешность контроля связана в данном случае с тем, что испытуемый материал должен аттестоваться по величине магнитных потерь в условиях однородных намагничивающих полей, когда режимы испытания непосредственно не обусловливают неоднородное распределение индукции в образце, влияющее на. величину магнитных потерь. Соответственно, измеряемая величина магнитных потерь при испытаниях на кольцевых образцах будет отличаться от той, которая была бы в этом материале при однородном распределении индукции и которую стремятся определить путем измерений. Разница в величине магнитных потерь в том и другом случаях и определяет погрешность их контроля, обусловленную рассматриваемым фактором. Ее можно избежать или,по крайней мере, уменьшить,если, во-первых, -знать характер распределения магнитной индукции в образце и, во-вторых, знать зависимость величины магнитных потерь от характера распределения магнитной индукции. Методологически подобным образом обстоит дело и с влиянием на погрешность контроля магнитных потерь других факторов, обусловливающих неоднородность магнитных процессов в ферромагнетиках. Таким образом, в соответствии со сказанным. выше погрешность контроля магнитных потерь, обусловленная неоднородным распределением магнитной индукции будет равна:

5 = [(Рер - Ро)/Ро]*100% - U - 1МООХ. (3)

Расчет величины и погрешности контроля магнитных потерь,обусловленных неоднородным характером магнитной индукции требует в каждом конкретном случае знаний о функции распределения

В„, , в рассматриваемой объеме ферромагнетика. Для неоднородного распределения плотности магнитного потока по длине I пластины электротехнической стали, описываемого. например, степенной Функцией выражение для % получено в виде:

1 +(82/[(е + 1Г(2е + ШЖМГ/В,,-)8

(4)

Здесь В,,, - среднее значение индукции по длине пластины Ь; к, р - коэффициенты, характеризующие степень неоднородности распределения магнитной индукции В^, по оси X, которая направлена вдоль пластики (при К « О, В,, « Вя0). На рис.1 представлены графики зависимости У = и б = 6(р) при Ви = 1.0 Тл для ряда значений В„0.

1,1 1,08 1,06 1,04 1,02 1,00

10

3 '11/

~м ~А4/ /У / 1 /

4_____ / / X У 1

2 / /// / у/1 г// /| X % ( / / 1/ 1

//УУ/1 1 лХ/ 1 » а^ЁЗ™ .л_____1_____

0,5

1,0]}

Рис.1 Зависимость величины и погрешности контроля магнитных потерь в пластине электротехнической стали от коэффициента р , характеризующего степень неоднородности распределения магнитной индукции по длине этой пластины, при Вт-1,0 Тл: 1-Вто-0.2 Тл, 2-В^О.З Тл.З-В^О.4 Тл. 4-^0=0,5^, 5-Вто=0,6 Тл.

Из сопоставления графиков видно, что при одинаковых значениях р с увеличением В^ величина ¡С и, соответственно, обусловленная ею погрешность б уменьшаются_ т.к. при сохранении постоянным среднего значения индукции В^, рост В^ приводит к уменьшению неоднородности распределения индукции Вд по длине пластины,.

В работе рассчитана величина и погрешность контроля магнитных потерь при периодическом характере распределения величины магнитной индукции по длине пластины. и монотонном, описываемом степенной функцией, характере её распределения по длине и толщине пакета таких пластин (магнитопровода).

Влияние неоднородного распределения магнитной индукции по толщине пластины электротехнической стали, вызванного скин-эффектом, на величину 4 описывается следующим выражением:

(М/(1)зМ2МЛЗ)+2(М/<1)г

у = -,—--(5)

^ (М/с1)

где М - полутолщина пластины, й - толщина скин-слоя. На рис. 2-3 представлены графики зависимости * от частоты перемагничивания для пластин различной толщины изотропной и текстурованной электротехнической стали соответственно.

Т

1,1и:

Т 1,10

1,08

1,06

1,04

1,02

1,00

0 200 400

Рис. 2.Зависимость. дополнительных магнитных потерь в пластине изотропной 'электротехнической стали, обусловленных неоднородным распределением магнитной индукции по её толщине, благодаря скин-эффекту, от частоты перемагничивания, при В„,=1,0 Тл и толщине пластины: 1-0,65мм, 2-0, 5мм, • 3-0, 35мм, 4-0. 28мм.

1,08 1,06 1,04 1,02 1,00

О 200 400

| , Ги

Рис.3. Зависимость дополнитель-'ных магнитных потерь в пластине текстурованной электротехнической стали, обусловленных неоднородным распределением магнитной индукции по её толщине, благодаря скин-эффекту, от частоты перемагничивания, при ^=1,0 Тл и толщине пластины: 1-0,5 мм. 2-0,35 мм. 3-0,30 мм; 4-0,27 мм.

3.Влияние упругих напряжений на магнитные свойства ферромагнетиков с ОЦК структурой в квазистатических магнитных полях

Н.С.Акулов получил выражение для ыагнитострикции насыщения монокристалла с ОЦК структурой в функции направления намагничивания по отноиению к его тетрагональным осям. Используя это, он,в дальнейшем нашел зависимость магнитной восприимчивости ферромагнетика от упругих растягивающих напряжений. В настоящем разделе развивается исследования в данном направлении для практически важного случая, когда к рассматриваемому ферромагнетику приложены сперва упругие напряжения, а затем магнитное поле, т.е. в том числе н для ферромагнетика с внутренними (остаточными) упругими напряжениями. В этом случае необходим учет влияния напряжений на магнитострикцип насыщения материала и соответствующее развитие и уточнение расчета других, связанных с ней магнитных характеристик' ферромагнетика. Результаты указанных исследований использованы при анализе влияния упругих напряжений на величину и погрешность контроля магнитных потерь.

Для расчета магнитострикции насыщения, как и при исследовании других характеристик в квазистатических магнитных полях, использована методика Н. С. Акулова и рассмотрен в соответствии с ней переход монокристалла с ОЦК структурой из парамагнитного состояния при температуре выше точки Кюри в состояние магнитного насыщения при температуре ниже точки Кюри, с учетом "промежуточного", ферромагнитного ненамагниченного состояния. При этом, в отличие от Н. С.Акулоба, который рассматривал монокристалл при переходе из парамагнитного состояния не нагруженным механически, в данной работе сделано предположение, что он предварительно упруга растягивался, а затем охлаждался в магнитном поле ниже точки Кюри и намагничивался до насыщения. Полученное' в результате выражение, описывающее магнитострикцию насыщения у предварительно упруго растянутого монокристалла имеет вид:

Xе» = а^Ла^ (в1-б1/Е)4в1(81-б;/Е)(1 + (Зв(г-1)а1зеиб/ 0ВГ )] + + а21Е,Б,Б) [2е1гг{й1б'1^б1)/Е1. (6)

где магнитострнкцисшные константы =ЗХ100/2, а2=ЗХ1И/2; х100 и Х1И - магнитострикции насыщения. соответственно, вдоль направлений [100] и [111] кристалла; S,.j - косинусы углов, определяющие направление вектора намагничивания относительно ребер кубической решетки монокристалла (направляющие косинусы направления намагниченности); ,3 — направляющие косинусы направления измерения; ¿¡.j- направляющие косинусы упругих напряжений б; зе0 - начальная восприимчивость материала. При 6=0 выражение (6) превращается в классическое выражение для магнитострикции насыщения Н. С.Анулова.

С учетом полученного выражения для магнитострикции насыщения (6) рассчитана магнитострикция упруго напряженного монокристалла в магнитных полях, при которых магнитное состояние этого кристалла характеризуется наличием доменных структур (магнитных фаз) различной ориентации, а намагничивание кристалла осуществляется путем инверсии (смещения) доменных границ. В основе расчета лежит суммирование магнитострикция всех магнитных фаз с учетом относительного объема кристалла, занимаемого каждой магнитной фазой (фазового объема nk). Объемы магнитных фаз nk в упруго деформированном ферромагнетике рассчитаны в функции напряжений и магнитного поля на основе энергетической статистики Акулова-Кондорского.

Для нахождения начальной магнитной восприимчивости Xg у упруго деформированного ферромагнетика с ОЦК структурой, в соответствии с- методикой Н.С. Акулова рассмотрено равенство, определяющее его магнитоупругув энергию:

3 J

SHndJ - jHdJ = 6Х, (7)

о v о

где Н0 и Н - напряженности магнитного поля, необходимые для того, чтобы намагнитить образец до намагниченности I, соответственно, когда он не нагружен, и когда в нем имеет место растягивающее (сжимающее) напряжение б, совпадающее по направлению с полем Н; Х- магнитострикция ферромагнетика. Расчеты проведены для ферромагнетика, характеризующегося наличием двух магнитных антипараллельных фаз пг и Pi]. К таким ферромагнетикам можно отнести (если пренебречь относительно небольшими, объемами, занятыми замыкающей и 90° доменной структурой) ленту текстурованной электротехнической стали. Указанный материал имеет

в основном лишь две магнитные фазы, направление вектора намагниченности которых близко к направлению прокатки, т. е. к направлению [100]. Для практически наиболее важного случая, когда направления упругих напряжений и магнитного поля, а также направление измерения магнитных свойств материала совпадают с направлением прокатки. выражение для начальной магнитной восприимчивости получена в следующем виде:

я0(1 + кб

к2 б2/2).

(8)

Здесь начальная магнитная восприимчивость материала в

X 2450

1750

.1050 , 350

//

т

у

X

XV \

£

<8£-> 1750

1050

350

О 16 32 48 е, Ша

Рис. 4. Зависимость начальной магнитной восприимчивости ферромагнетика с ОЦК структурой от упругих напряжений растяжения 6 : 1-расчетная зависимость, полученная из выражения (8); 2,3 -экспериментальные кривые, построенные, соответственно, путем обработки известных экспериментальных данных, и полученных в настоящей работе на ленте текс-турованной электротехнической стали.

0,5 0,9 1,3 1,7 2,1 Б, м

Рис.5. Зависимость начальной магнитной восприимчивости ленты текстурованной электротехнической стали от радиуса изгиба й: 1 -расчетная зависимость, полученная из выражения (9); 2 - кривая, построенная по экспериментальным данным, получмным в настоящей работе на ленте текстурованной электротех-ничекой стали.

отсутствие напряжений; к=3ае0 Х100 Мо/(В3г). где мо=4*10"7 Гн/м -магнитная постоянная. На рис.4 представлены графики зависимости начальной магнитной восприимчивости от упругих растягивающих напряжений, полученные расчетным .(линия 1) и экспериментальным (линия 2 и 3) путем.Линия 1 построена из выражения (8); линия 2 -на основе обработки экспериментальных данных, приведенных С.В.Вонсовским; линия 3 - по экспериментальным данным, полученным в настоящей работе на образцах текстурованной электротехнической стали 3404. Как следует из кривых, приведенных на рис.4, полученная расчетным путем зависимость начальной магнитной восприимчивости от упругих растягивающих напряжений имеет удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными вплоть до механических напряжений порядка 40 МПа. Расхождение кривых при больших напряжениях можно объяснить, по-видимому, возрастающим влиянием неинверсионного механизма перестройки доменной структуры.

Из выражения (8), .характеризующего влияние на начальную магнитную восприимчивость упругих напряжений растяжения и сжатия (учитывая знак б), получена зависимость средней по толщине изогнутой ленты начальной магнитной восприимчивости от радиуса изгиба Л :

<*йи> - «о И - К2Е2Ь2 V ( 24И* ) 1. (9)

где Е - модуль Юнга; Ь - толщина ленты. Указанная зависимость, описываемая выражением (9), и полученная в работе экспериментальным путем, представлена на рис.5, соответственно, кривыми 1 и 2. Из данного •рисунка также можно судить об удовлетворительном совпадении "расчетных и экспериментальных результатов.

4. Вихретоковые потери в текстурованной электротехнической стали и анализ зависимости их величины и погрешности контроля от упругих напряжений

Упругие напряжения, как известно, и как показано выше, являются одним из фундаментальных факторов, наиболее существенно влияющих на магнитные свойства, в том числе на магнитные потери в ферромагнитных материалах. Поэтому учет их влияния, в силу его

значимости очень важен при измерении магнитных потерь. Сложность решения этого вопроса обусловлена тем, что характер влияния упругих напряжений на магнитные потери (и на другие магнитные характеристики) зависит от многих условий, связанных какс самими напряжениями (их величиной, распределением, знаком), так и со свойствами материала (наличие текстуры, вид доменной структуры и т.д.). Это, на наи взгляд, является основной причиной того, что исследования влияния упругих напряжений на магнитные потери носят, в основном, экспериментальный характер. В то же время необходимы теоретические исследования, которые позволили бы найти и обобщить функциональную зависимость магнитных потерь от упругих напряжений в реальном материале, т.е. с учетом характера его магнитной структуры. Например, анализ влияния упругих напряжений на вихретоковые потери должен быть проведен с учетом их влияния на параметры и особенности поведения в переменном магнитном поле 180° доменной структуры материала, которые в значительной степени определяют величину этих потерь. Для решения указанной задачи в данном разделе теоретически рассмотрены процессы перемагничивания в тонкой пластине текстурованной электротехнической стали толщиной h, у которой поверхность близка или совпадает с плоскостью (110) кристаллов, длинная ось - с направлением [001], а магнитная структура состоит из 180° сквозных по толщине доменов шириной L. На основе учета известной зависимости между величиной магнитной индукции в пластине и смещения её 180° доменных границ, а также анализа особенностей смещения, характеризующих зависимость между скоростью изменения магнитного поля в ферромагнетике и скоростью и направлением смещения доменной границы, и найденной их связи с начальной магнитной проницаемостью материала д„ ач, получено выражение, связывающее изменение индукции пластины с характером изменения в ней магнитного поля:

dB(x, t) Щач dH(x.t)

- =--. (10)

dt costf dt

Здесь й - угол между общим направлением смещения изгибающейся 180° доменной границы и нормалью к ней в данной точке; Н(х, t)=H0(t) + HBX(x, t) - магнитное поле в ферромагнетике, где

H0(t) - однородное внешнее намагничивающее поле. Нвт(х. t) -магнитное поле вихревых токов, найденное как суша магнитных полей макровихревых токов, индуцируемых общим интегральным изменением индукции в сечении пластины, и микровихревых токов, индуцируемых локальным изменением индукции непосредственно смещающейся доменной границей. С учетом найденного магнитного поля вихревых токов Нвт(х, t), из (10) получено то однородное внешнее намагничивающее поле H0(t), при помещении в которое в рассматриваемой пластине текстурованной электротехнической стали создается индукция, изменяющаяся во времени по синусоидальному закону. Выражение для вихретоковых потерь. найденных как дисспативная составляющая динамического цикла перемагничивания данной пластины, описываемая вихретоковым гистерезисом, получено в следующем виде:

1

" " i+ (^я^рм^^и+кб-к^/г) х (И)

1(Шб)'1/г

X 1+ -

.. / L2 (^Вшотк^^^яотвмо21^^ 2 ,-.,2-2/0*2

4h /1+ —5-5-д иа„(i+кб-к б /2 .

h (1+тб)р . >

где PKJI»(nfB„,h)2/6pMp . классические вихретоковые потери, получаемые в результате расчета при условии однородной проницаемости и однородного распределения индукции в пластине; f - частота перемагничивания; р - удельное электросопротивление материала пластины; рм - плотность материала пластины; Втотн " среднее по сечению пластины амплитудное значение относительной (B„/Bs) индукции; ш=2,9-10"8 >,Р/н. Зависимость потерь от упругих напряжений б , описываемая соотношением (11), получена в частности благодаря учету найденной в данной работе зависимости от напряжений начальной магнитной восприимчивости (выражение (8)). В работе проведено сравнение экспериментальных исследований и полученной в (11) зависимости вихретоковых потерь от частоты перемагничивания f. ширины 180° доменной структуры L, величины упругих напряжений растяжения б . На рис. 6 и рис. 7 представлены графики экспериментальных и рассчитанных

зависимостей вихретоковых потерь, соответственно, от частоты перемагничивания и величины упругих растягивающих напряжений.

Рис. 6. Зависимость величины вихретоковых потерь в текстурован-ной электротехнической стали за цикл от частоты перемагничивания при В„= 0.5 Тл (1). 0.8 Тл (2) и 1.0 Тл (3): — - рассчитано из выражения (11);—*— -экспериментальная зависимость.

30 40 б",МПа

Рис, 7. Зависимость вихретоковых потерь от величины упругих растягивающих напряжений в пластине текстурованной электротехнической стали толщиной -«0.35 ш при Вд- 1.5 Тл, I = «50 Гц и различной средней ширине Ь доменной структуры:--

рассчитано из выражения (11): ---получено в эксперименте.

При этом, на рис.6 приведены расчетные зависимости, полученные из (11), и экспериментальные, взятые из литературных источников, при разных амплитудных значениях индукции В„. На рис. 7 приведена зависимость вихретоковых потерь от величины упругих напряжений, рассчитанная из (11) при ,0; 1,43; 2,0 и полученная для пластины текстурованной электротехнической стали толщиной 11 = 0.35 мм экспериментальным путем при Ь/Ь=1,43. Приведенные на рис. 6 и , рис. 7 графики свидетельствуют об удовлетворительном согласии расчетных зависимостей с результатами экспериментальных исследований. Выражение (11),' таким образом, описывает функциональную зависимость, потерь энергии на перемагничивание (их

вихретоковой составляющей) в текстурованной электротехнической стали от упругих напряжений с. учетом режимов леремагничивания и параметров (ширины) ее 180° доменной структуры, что создает научные предпосылки для развития и дальнейшего решения проблемы измерения магнитных потерь в данном материале при наличии в нём упругих напряжений, в том числе, при оценке влияния на величину измеряемых магнитных потерь остаточных механических напряжений, а также при учете влияния натяга полосы электротехнической стали на погрешность непрерывного выходного контроля в ней магнитных потерь.

5. Измерение магнитных потерь в электротехнических сталях при несинусоидальной форме магнитной индукции

Для обеспечения достоверного контроля магнитных потерь, необходимо, наряду с учетом влияния таких факторов, как, например, упругие напряжения, обеспечение соответствующих условий испытания. нарушение которых также приводит к погрешности контроля магнитных потерь. Важнейшим из этих условий, наряду с требованием однородности намагничивающего ' поля, является синусоидальность магнитной индукции в материале при его намагничивании переменным магнитным полем. В то же время, . обеспечение синусоидальности магнитной индукции представляет собой достаточно сложную техническую задачу, накладывающую на систему намагничивания жесткие условия, выполнение которых в течение всего времени испытаний в ряде случаев, например, при непрерывном контроле движущейся полосы электротехнической стали, зачастую не гарантировано. Отклонение же от синусоидальности магнитного потока приводит при существующей методике измерения магнитных потерь к погрешности их контроля. В соответствии с требованиями ГОСТа, как известно, магнитные потери измеряют при задаваемом амплитудном значении индукции. Требования ее синусоидальности обусловлено именно наличием в этом случае выраженной зависимости величины магнитных, потерь от формы индукции в материале. На рис.9 и рис. 10 представлены полученные в работе экспериментальные зависимости величины магнитных потерь от амплитудных значений индукции для текстурованных и изотропных сталей соответственно.

и

п?6

1,0 1,5 2,0

Вт. ^

Рис. 8 Зависимость . магнитных потерь . от амплитудных значений индукции для текстурованной электротехнической стали при различных режимах намагничивания: 1 - режим синусоидального магнитного поля; 8 - режим, синусоидальной индукции; 2-7 - промежуточные режимы.

О 0,5 1,0 1,5 2,0

Рис.9 Зависимость магнитных потерь от амплитудных значений индукции для изотропной электротехнической стали при различных режимах намагничивания: 1 - режим синусоидального магнитного поля; 8 - режим синусоидальной индукции; 2-7 - промежуточные режимы.

В обоих случаях кривая 1 соответствует переыагничиванию в режиме синусоидального магнитного поля, кривая 8 - в режиме синусоидальной магнитной индукции. Кривые между ними соответствуют промежуточным режимам, причем нумерация возрастает при переходе от режима синусоидального магнитного поля к режиму синусоидальной магнитной индукции. Видно, что при заданном амплитудном значении индукции величина магнитных потерь при разных режимах перемагничивания будет различной, т.е. существует неоднозначность, которая и вызывает погрешность контроля магнитных потерь, если не придерживаться требуемого ГОСТом

условия синусоидальности магнитной индукции.

В работе была поставлена задача найти такие условия измерения магнитных потерь, а конкретнее - найти такой 'параметр индукции В] (Рзамен ее амплитудного значения Вт при синусоидальной форме магнитной индукций), при заданном значении которого величина магнитных потерь не зависела бы от формы изменения во времени магнитного потока в материале, а величина измеренных потерь соответствовала бы их значения при заданной амплитуде синусоидальной индукции, как того требует ГОСТ. В этом случае отпала бы необходимость формирования и поддержания синусоидальной формы индукции в образце, процесс измерения магнитных потерь упростился бы, а его результаты стали более надежными, т.к. они не зависели бы от возможных колебаний режима намагничивания. На рис.10 и рис.11 представлены зависимости магнитных потерь от найденного в работе параметра магнитной индукции В; » В„ + Вэф для текстурованной и изотропной электротехнической стали соответственно. Как следует из хода кривых, при задаваемых значениях В|<ВЭ величина магнитных потерь практически не зависит от режимов намагничивания. Установлено, что при амплитудных значениях индукции до 1,7.Тл и 1,5 Тл для текстурованных и изотропных сталей соответственно, погрешность измерения, обусловленная, расхождением в величине магнитных . потерь, измеренных при задаваемом амплитудном значении и синусоидальной форме индукции в одном случае, и задаваемом соответствующем значении параметра индукции В1 и несинусоидальной ее форме в другом, в рассматриваемом диапазоне изменения режимов намагничивания не превышает 0,5% для текстурованных сталей и 1,2% для изотропных. В работе предложена методика задания величины В! таким образом. Чтобы измеренные при этом магнитные потери соответствовали их величине при требуемом (по ГОСТу) амплитудном значении и синусоидальной форме магнитной индукции.

С учетом изложенных выше исследований были разработаны приборы для экспресс-контроля магнитных потерь и индукции. При этом имелось в виду, что, например, на предприятиях, потребителях электротехнических сталей. необходим оперативный контроль магнитных характеристик как материалов, так и изготавливаемых из них магнитопроводов на основных этапах технологии их изготовления. Целесообразность создания системы поэтапного

контроля диктуется, во-первых, высокой чувствительностью магнитных свойств электротехнических сталей к воздействию

8

/4

5 к . Г

ро 8 1

/ % 1

>(П.+ Вдф.ТЛ

Рис. 10. Зависимость . магнитных потерь от параметра магнитной индукции В) -Ви +ВЭ ф, для текс-турованной электротехнической стали при различных режимах намагничивания: 8 режим синусоидальной индукции; 4-режим синусоидального напряжения; 6,7 - промежуточные режимы.

0.1 2 В0 3 4

Вт+В0ф,Тл Рис.11. Зависимость магнитных потерь от параметра магнитной индукции

В|-Вщ+Вэф, . для изотропной электротехнической стали при различных реаимах намагничивания: 8 - режим синусоидальной индукции; 4-режим синусоидального напряжения; 5-7- промежуточные режимы.

технологии и, во-вторых, зависимостью магнитных свойств элементов магнитопроводов , ог степени воздействия на них предыдущего этапа технологии. При этом, поскольку речь идет о сквозном, или едином для техпроцесса показателе качества - магнитных свойствах, то происходит его "делегирование" от этапа к этапу. Для осуществления технологического контроля созданы приборы • для оперативного измерения магнитных потерь и индукций в пластинах электротехнической стали (прибор ИМГ1И-1), листах статора

(ИМПИ-2), пакетах статора и магнктопрозодах различного назначения (ИМПИ-3). На рис. 12 представлены фотографии преобразователя к прибору ИМПИ-2 и общего вида приборов.

Рис.12. Внешний вид приборов Ш1И-1.2,3. а также преобразователя к прибору для измерения магнитных потерь и индукции в листах статора асинхронных электродвигателей - ШЛИ-2.

Приборы типа ЙМПИ прошли метрологическую аттестация и внедрены на предприятиях стран СНГ для технологического контроля магнитных потерь и индукции в электротехнической стали, магнитопроводах и их элементах в процессе их изготовления.

6. Разработка методов контроля и уменьшения дополнительных магнитных потерь в разрезанных ' магнитопроводах

Уровень магнитных свойств магнитопроводов, благодаря некорректному воздействию технологии, существенно уступает аналогичным характеристикам • исходного материала электротехнической стали. Воздействие технологии на свойства материала является многофакторны«, поэтому в задачу технологического контроля входит как оценка суммарного эффекта воздействия того или иного технологического этапа на характеристики изделия, в данном случае,- на величину магнитных потерь, так и дифференциация вклада отдельных его

физико-технологических параметров.

В данном разделе приведены результаты исследований влияния, порезки витых магнитопроводов, изготавливаемых из текстуровыигой электротехнической стали на величину магнитных потерь, на основе которых предложен метод технологического контроля качества порезки, создавший, в свою очередь, условия для разработки способа уменьшения магнитных потерь в разрезанных магнитопроводах. Установлено. что на торцах разрезанных магнитопроводов образуется деформированный поверхностный слой, отличающийся по магнитным свойствам . от остальной части магнитопровода, а также возникает электрический контакт между витками ленты благодаря заусенцам, создавая так называемый "слой замыкания4', в котором при перемаг-ничивании сердечника индуцируются вихревые токи значительной величины. Для корректировки и поддержания режимов технологии важно определить вклад каждого из названных факторов в увеличение магнитных потерь'в магнитопроводах при их порезке. В работе проведен анализ вихревых токов, индуцируемых в слое замыкания, и получено выражение для" вихретоковых потерь в Функции его геометрических параметров. Это позволило предложить метод дифференцированного контроля дополнительных магнитных потерь в разрезанных магнитопроводах. в том'числе обусловленных операцией порезки в целом, а также непосредственным влиянием деформированного слоя и слоя замыкания,- и разработать на этой основе способ ускоренной термообработки торцев разрезанных магнитопроводов. позволяющий уменьшить магнитные потери в разрезанных магнитопроводах в "среднем на 20%.

ОСНОВНЬЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований и теоретического обобщения задач намагничивания и перемагничивания магнитомягких материалов . разработана теория и общие принципы создания средств неразрушающего(Контроля магнитных потерь в_ электротехнических сталях и магнитопроводах в технологическом потоке их производства, что ■ позволило создать и внедрить в народное хозяйство стран СНГ комплекс приборов для контроля магнитных материалов и изделий из них широкой номенклатуры.

1. На. основе проведенных теоретических исследований

разработана методика анализа влияния характера распределения магнитной индукции в ферромагнетике на величину потерь энергии 'на перемагничивание. Показано, что неоднородное распределение индукции всегда приводит к увеличению магнитных потерь, которое необходимо учитывать при их измерении. Получены аналитические выражения, дающие зависимость величины и погрешности контроля магнитных потерь от функции распределения магнитной индукции в ферромагнетике, что позволило учесть увеличение потерь энергии на перемагничивание и обусловленную им погреиность контроля магнитных потерь в ферромагнитной пластине при неоднородном распределении индукции по ее длине (одномерный случай), а такяе в пакете пластин (магнитопроводе) с неоднородным распределением индукции по его длине и толщине (Двухмерный случай); проанализировать увеличение потерь энергии на перемагничивание, вызванное . неоднородным распределением индукции, благодаря скин-эффекту, в пластинах текстурованной и изотропной электротехнической стали разной толщины и при различных частотах перемагничивания. В результате обобщения проведенных исследований предложена методика учета влияния распределения магнитной индукции в ферромагнетике, при знании функций ее распределения, на погрешность контроля магнитных потерь.

2. Развита физическая модель Н. С.Акулова для расчета. магнитострикции насыщения в упруго растянутом (сжатом) ферромагнетике с ОЦК структурой, на основе которой проведен теоретический анализ процессов намагничивания в упруго деформированном ферромагнетике с указанной структурой, позволивший найти объемы его - магнитных фаз (доменных структур определенной ориентации) и получить выражение для начальной магнитной восприимчивости. Справедливость результатов теоретических исследований доказана путем их сравнения с результатами экспериментальных исследований, полученными в данной работе, а также опубликованными другими авторами.

3. Предложена модель смещения. 1В0° доменных границ, на основе которой проведен теоретический анализ процессов перемагничивания в пластине текстурованной электротехнической стали, позволивший получить соотношение, устанавливающее связь между изменением магнитной . индукции в пластине и характером изменения в ней магнитного поля, которое рассматривалось как

совокупность внешнего однородного намагничивающего поля и поля вихревых токов; рассчитать магнитное поле вихревых токов, индуцированных как общим изменением магнитного потока в поперечном сечении пластины ' в соответствии с частотой перемагничивания, так и локальным его изменением около смещающихся 180° ' доменных границ; найти то однородное намагничивающее поле Н0 it), при котором в пластине текстурованной электротехнической стали со 180° доменной структурой индукция изменяется по синусоидальному закону, и которое вместе с • вщшением. для этой индукции описывает вихретоковый гистерезис в параметрической форме (параметром является время t).

4. Найдены вихретсковые потери как . диссипативная составляющая динамического цикла перемагничивания 'пластины текстурованной , электротехнической стали. характеризуемого вихретоковым гистерезисом. Получено аналитическое выражение, определяющее функциональную зависимость вихретоковых потерь от упругих напряжений, а также режимов перемагничивания (частоты), параметров 180°- доменной структуры (ширины) и электрофизических свойств материала. Полученные теоретические результаты подтверждены сравнением с экспериментальными зависимостями, как полученными в данной работе, так и опубликованными другими авторами. Результаты ■ теоретических исследований создают научные предпосылки, для разработки методов снижения погрешности контроля магнитных ' потерь в текстурованных электротехнических сталях в условиях их упруго напряженного состояния путем учета составляющей магнитных потерь, обусловленной упругими напряжениями.

Б. Предложен и исследован способ измерения магнитных потерь, по которому о магнитных потерях в электротехнической стали при синусоидальной форме магнитной индукции можно судить с достаточной для практических целей точностью по результатам их измерения при произвольной форме магнитной индукции в данном материале. Определен параметр магнитной индукции в виде В1"Вт+Вэф- ПРИ заданном значении которого величина потерь в материале практически не зависит от . формы изменения магнитной индукции во времени. Методическая погрешность способа не превышает 0,5% для текстурованной стали при амплитуде индукции до 1,7 Тл и 1,2% для изотропной стали при амплитуде индукции до 1.5

Тл. Разработанный способ позволяет значительно упростить средства контроля магнитных потерь, • исключив из их структурной схемы системы формирования синусоидальной формы индукции.

6. Экспериментально исследован характер макроскопической неоднородности процессов намагничивания в текстурованной электротехнической стали, помещенной в однородное магнитное поле путем измерения на ее поверхности ■ магнитного поля рассеяния, распределение которого идентифицировано с зеренной структурой материала. Установлено, что интенсивность магнитного рассеяния в текстурованной электротехнической стали как в пределах одного зерна, так и от зерна к зерну является величиной переменной, характеризующей степень ее внутри- и меязеренной магнитной неоднородности.

7.Проведен анализ влияния физико-технологических факторов, обусловленных порезкой витых магнитопроводов, на их магнитные потери; получено выражение для дополнительных магнитных потерь в разрезанных магнитопроводах, на основе которого предложена методика технологического контроля качества порезки витых магнитопроводов и разработан способ термообработки торцев разрезанных магнитопроводов, значительно уменьшающий в них магнитные потери.

8. С учетом результатов проведенных исследований созданы, . метрологически аттестованы и внедрены в производство приборы для контроля магнитных характеристик электротехнической стали и изготавливаемых из нее магнитопроводов — Измерители магнитных потерь и индукции ИМПИ:

- прибор ИМПИ-1, предназначенный для контроля магнитных потерь и индукции в пластинах электротехнической стали;

- прибор ИМПИ-2, предназначенный для контроля магнитных потерь и индукции в листах статора (ротора) электродвигателей;

- прибор ИМПЙ-3, предназначенный для контроля магнитных потерь и индукции в магнитопроводах различного назначения.

Приборы ИМПИ внедрены на ряде предприятий электротехнической промышленности стран СНГ для входного контроля магнитных потерь и индукции в электротехнической стали, а также для технологического контроля . этих характеристик в листах статора и пакетах статора электродвигателей.

Внедрение прибора ИМПИ-3 для контроля качества порезки витых

магнитопроводов позволило разработать способ уменьшения в них магнитных потерь в среднем на 202.

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1.Акулов Н. С.. Брановицкий И. И- 0 доменной сверхструктуре ферромагнетиков, - Доклад АН БССР, 1968, т. 12. N12. с. 1077-1080.

2.Брановицкий И. И. К вопросу об исследовании внутренних упругих напряжений I рода. - .В кн.: Исследования по Физике металлов и неразрушахщим методам контроля, Минск: Наука и техника. 1968, с. 185-192.

3. Брановицкий И. И. .Приходько Е. И. О влиянии упругих напряжений на магнитострикцив ферромагнетиков с ОЦК структурой. -ФКЩ, 1985 , т. 59, вып. 2. с. 248-252.

4.Приходько Б.М.. Брановицкий И.И. Вихретоковый гистерезис в тонкой ферромагнитной пластине со. 180-градусной доменной структурой."- Известия АН СССР. сер. физич.. 1989,. т.53, N4, с. 614-611. ' . . .' .

5.Брановицкий И.И., Давидович П.А. О возможности измерения магнитных потерь при несинусоидальной . форме магнитной, индукции.-Дефектоскопия, 1994, N3. с.21-25.

. 6.Брановицкий И.И. О влиянии кристаллической структуры на макроскопическую неоднородность магнитных свойств в листах трансформаторной стали.- В кн.: Физические методы и средства неразруаающего контроля. Минск: Наука и техника, 1976, с.190-194.

7.Брановицкий И. И.. Асгайенко П, П. Неразрушающий контроль упругих напряжений в ферромагнетиках путем измерения нормальной компоненты магнитного поля.- В кн.: Физические свойства металлов •и проблемы неразрушающего контроля. Минск: Наука и техника, 1978, с. 98-100.

8.Харитонов А.И., Брановицкая Т.А., Брановицкий И.П.. Семенчук С. Б. . Измерение остаточных упругих напряжений в зернах текстурованных листов кремнистого, железа.- В кн.: Физические свойства металлов и проблемы неразрушающего контроля. Минск: Наука и техника, 1978, с. 105-106.

9. Брановицкий И. И., Брановицкая Т. А., Семенчук С. Е., Хохлов В.П. Входной контроль электротехнической стали.- В. кн.:Новые физические методы и средства контроля промышленных изделий:

Матер. 2-ой Белорусской респ.научно-техн. конф., Минск, 1978, с. 373-377.

10.Брановицкий И.И., Брановицкая Т.А. Кристаллическая структура и интенсивность магнитного рассеяния в трансформаторной стали. В кн.: Многопараметровый неразрушающий контроль ферромагнитных материалов и изделий методом высших гармоник. Минск:Наука и техника, 1975, с. 13-14.

11.Брановицкая Т.А.. Брановицкий И.И. О влиянии включений и межкристаллических границ на образование магнитного рассеяния в листах Fe + 3%Si.- В кн.:Многопараметровый неразруаалщий контроль ферромагнитных материалов и изделий методом высших гармоник. Минск: Наука и техника, 1975, с.11-12.

12.Брановицкая Т.А., Брановицкий И. И. Об интенсивности магнитного рассеяния в листах трансформаторной стали. - В кн.: Физические методы и средства неразруиасщего контроля. Минск: Наука и техника, 1976, с. 184-189.

13. Брановицкая Т. А., Осташевский С. Н., Брановицкий И. И. Исследование магнитного рассеяния в зернах текстурованной электротехнической стали с помощью датчика Холла.- В кн.: Новые физичесние методы и средства контроля промышленных изделий: Матер. 2-ой Белорусской респ. научно-техн. конф., Минск, 1978, с.378-381.

14.Зацепин H.H., Брановицкий И.П., Матвеев В.А. Расчет площади динамической петли магнитного гистерезиса. - Известия АН БССР. сер. физ.-техн. наук. 1982. N2, с. 100-102.

15.Зацепин H.H., Брановицкий И.И., Бормосов В.А. Зависимость между удельными электромагнитными потерями и параметрами магнитного гистерезиса.- Известия АН БССР, сер.физ.-техн.наук, 1984, N4, С. 79-81.

16.Брановицкий И.И. Об удельных магнитных потерях и токе холостого хода в витых магнитопроводах.- Известия АН БССР, сер.физ.-техн.наук, 1984. N4, деп-N 570-84, с. 114.

17.Брановицкий И.И.. Давидович П.А.. Ванчук В.В.. Сырокваа A.A., Ясютин A.A. Об автомагическом измерении удельных потерь. - Известия АН БССР. сер. физ.-техн. наук, 1985, N1, с. 99-102.

18. Брановицкий И. И., Галенко П.П.. Брановицкая Т. А. О роли магнитной макроструктуры при изучении тепловых потерь в электротехнической стали.- Инженеоно-физический журнал. 1986.

т. 51. N3, с. 509-513.

19. Брановицкий И. И., Приходько Е.М.. Брановицкая Т. А.. Сороко И. И. Ускоренная термообработка разрезанных магнитопроводов. - Инженерно-физический журнал, 1986, т. 50, N3, деп. N 6792-85. с. 493.

20.Брановицкий И.И., Шкурдок П.А. О термометрическом методе измерения удельных магнитных потерь. - Инженерно-физический журнал, 1987. т. 53. N4. рег.Ы 3699-В87, с. 672.

21.Брановицкий И.И.. Давидович П.А., Приходько Е.М.. Брановицкад Т. А. Экспресс-контроль удельных магнитных потерь и индукции в листах статора (ротора) электрических машин.-Материалы Международной конф. "Дефектоскопия-89", Пловдив, 1989, т.2. с. 119-124.

. 22.Приходько Е.М. .Брановицкий И.И. Расчёт фазовых объёмов в упругодеформированных ферромагнетиках с ОЦК - структурой. - Известия АН БССР, сер. физ.-техн. наук, 1989, N1, деп. N2844-B88, с. 121.

23.Брановицкий И.И.. Приходько Е.М. Расчёт магнитной восприимчивости упругодеформированного ферромагнетика. - Известия АН БССР, сер. физ.-техн. наук, 19В9, N2, деп. N2842-B88, с. 120.

24.Брановицкий И.И.. Давидович П.А.. Брановицкая Т.А- О потерях на вихревые токи, обусловленных замыканием витков ленты на торцах разрезанных витых магнитопроводов. - Известия АН БССР, сер. физ.-техн. наук, 1989, N 1, с. 82-86.

• 25.Брановицкий И. И., Размыслович Г. И.. Долгих А.И. Влияние неоднородного распределения плотности магнитного потока на величину потерь энергии на перемагничивание. - Известия АН Беларуси, сер. физ.-техн. наук. 1994, N3, с. 27-31.

26.Брановицкий И.И., Приходько Е.М., Исследование процессов перемагничивания ферромагнетиков со 180-градусной доменной структурой с учетом магнитоупругого взаимодействия.- Отчет по НИР,- Гос. per. N POi.8. 80014988.- Раздел 2.-е. 10-43.

27.Branovitskli I.I., Prlkhod'ko Ye.M., Davidovich P.A. Magnetization prosses, qiagnetic loss physics and problems of testing oi the magnetically soft materials. ACHIEVEMENTS IN PHYSICS OF ELECTROMAGNETIC'NONDESTRUCTIVE TESTING. Proceedings of the Institute of Applied Physics' of Academy of Sciences of Belarus in collaboration with Japan Society of Applied

Electromagnetics. Edited by Prof. P.P. P'rokhorenko and Prof. K. Miya. Minsk - Tokyo, 1994. p.173 - 200.

28. Prikhod'ko Ye.И.„ Branovitskl I.I. Magnetodynamyc processes in the ferromagnet with through 180P domain structure. - In the book: International conference on magnetism 1994: Programme and abstracts. Warsaw, Poland. 22-26 August, 1994. p. 167.

29. Приходько E.M., Брановицкий И.И. Решение нелинейного уравнения изгибающейся 180-градусной ДГ. - В кн.: Девятое совещание по физике и металловед., электротехнич. сталей и сплавов, тез. докл. Минск, 1991, с. 46-47.

30.Брановицкий И.И.. Давидович П.А., Приходько E.H. Установка для комплексного магнитного контроля. - В кн.: "Современные магнитные, электромагнитные и акустические методы и приборы неразрушающего контроля", тез. докл. IX Уральской региональной научно-технической конференции., Свердловск-Челябинск, 1988, ч. 1. с. 22 - 24.

31. Брановицкий И. И., Давидович П. А., Приходько Ё. М., Таран И.И. Прибор для оперативного контроля удельных магнитных потерь в эпатейновских полосках электротехнической стали. - В кн.: XI Всес.научно-техн. конф. "Неразрушающие физические методы и средства контроля", ч. 2, М., 1987, с. 133.

32.Брановицкий И.И., Размыслович Г.И. Неоднородное, распределение плотности магнитного потока как источник дополнительных потерь в электротехнической стали. - В кн.:Девятое Всес. совещ. по физике и металловед, электротехн. сталей и сплавов, тез. докл., Минск, 1991. с. 65-66.

33.Зацепин H.H., Брановицкий И.И., Матвеев В.А.. Определение удельных потерь в электротехнической стали через параметры петли динамического гистерезиса. - В кн.: Неразруиающие физические методы и средства контроля,• тез.докл. IX Всес. научно-техн. конф., магнитные методы, Минск, 1981, с. 85-87. ' •

34.Приходько Е.М., Давидович П.А., Брановицкий И.И., Харевич А. М., Таран И. И., Пилецкий М.А. Прибор для оперативного контроля удельных магнитных потерь и индукции в пластинах статора (ротора) электрических машин.- В кн.: Неразрушающий контроль-88, тез. докл. респ. семинара. Рига. 1988, С; 43-44.

35.Давидович П.А., Брановицкий H.H. 0 связи площади и параметров петли динамического магнитного гистерезиса.- В кн.:

Неразрушащие физические методы контроля, тез. докл. XII Всес. научно-техн.конф., Свердловск. 1990, с.113-114.

36. Давидович П. А., Брановицкий И. И. 0 параметровом митоде контроля магнитных потерь. - В кн.: Неразрушающий контроль-90, тез.докл. YI респ.научно-практич. конф., Рига, 1990, с. 40-41.

37.Брановицкая Т.А.. Давидович П.А.., Брановицкий И.И. 0 влиянии механической обработки на удельные потери в ленточных магнитопроводах.- В кн.: Шестое Всес. совещание по физике и металловед', электротехнических сталей и сплавов, Ала, 1981, с. 71.

. 38.Брановицкая Т.А., Брановицкий И. И. Исследование внутренних напряжений и магнитного рассеяния в зернах электротехнической стали. - В кн.: Проблемы физики и металловед, злектротехн. сталей и сплавов, тез. докл. Всес. научно-техн. конф., Ала,. 1981, с. 53-54.

■ ЗЭ.Приходько Е. М.. Давидович П. А., Брановицкий И. И., Харевич А.М., Таран И.И., Пилецкий М.А. Прибор для оперативного контроля удельных магнитных потерь и индукции в пластинах статора (ротора) электрических иашин.- В кн.: Современные магнитные, электромагнитные и акустические методы и приборы неразрушающего контроля, тез.докл. IX Уральской региональной научно-техн. конф., Свердловск-Челябинск, 1988. ч. 1, с, 65.

40.Брановицкий И.И., Борисов Р.В., Брановицкая Т.А.. Давидович П.А., Приходько Е.М. Об организации технологического контроля в электромашиностроении. Тез.докл. YI республиканской научно-технической конф. "Неразрушающий контроль-90". Рига, 1990. с. 18-19.

41. Брановицкий И.И., Борисов Р..В., Брановицкая Т.А., Давидович П.А., Приходько Е.М. Технологический контроль в •электромашиностроении. Тез. докл. XII Всес. конф. "Неразрушающие физические методы и средства контроля", Свердловск, 1990, т.III, с. 201-202.

42.Брановицкий И.И., Размыслович Г.И. 0 необходимости учета характера распределения плотности магнитного потока в материале при,измерении магнитных потерь,-В кн. .'Неразрушающие физические методы и средства контроля, тез.докл. XIII научно-техн. конф., Санкт-Петербург, 1993, с.41-42.

43. Брановицкий И. И.. Давидович П.А. 0 возможности измерения магнитных потерь при несинусоидальной форме магнитного потока. - В

кн.: Неразрушащие физические методы и средства контроля, тез. докл. XIII научно-технич.конф., Санкт-Петербург, 1993, С. 12-13.

44. Брановицкий И. И.. Семенчук С.Е., Брановицкая Т. А. Устройство для измерения удельных потерь в электротехнической стали. Авт. свид. М676956. - Бюл. изобр.. 1979, N28.

45. Зацепин H.H., Брановицкий . И. И.. Матвеев В.А. Способ измерения электромагнитных потерь в электротехнической стали. Авт. свид.N828137.- Бюл.изобр., 1981, N17.

46. Приходько Е. М., Давидович П. А., Брановицкий И. И., Ясютин A.A. Способ определения динамической коэрцитивной силы. Авт.свид. N1742755.- Бюл.изобр., 1992, N23.

47. Приходько Е. И.. БраНовицкий И. И. и Давидович П. А. Устройство для определения потерь в пластине статора (ротора) электрических машн. Авт.свид. N1449956.- Бпл.изобр., 1989, N1.

48.Брановицкий И.И., Приходько E.H., Брановицкая Т.А., Бормосов В.А. Способ изготовления витых ленточных магнитопроводов. Авт. свид. N 1078481.- Бюл. изобр.. 1984, N9.

49.Давидович П.А., Брановицкий И.И.', Ясготин A.A. Устройство для получения синусоидальной индукции в ферромагнитных образцах. Авт. свид. N1449954,- Бюл. изобр., 1989, N1.