CN103149544B - 基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法，属于电磁测量技术领域。技术方案是：采用三种尺寸的爱泼斯坦（Epstein）方圈模型进行同一组被测电工钢片样品的总损耗测量；根据二级加权平均法，分别对两组爱泼斯坦方圈进行有效磁路长度的求解计算，最终得到不同磁密下对应的不同的磁路长度；同时，利用二级加权平均法实现比总损耗的计算。本发明的有益效果是：除被测电工钢片样品外，其它构件制作材料均为非铁磁材料，排除了试件之外铁磁材料对测量结果的影响；本发明可用于各种牌号电工钢片比总损耗测量，用于爱泼斯坦（Epstein）方圈有效磁路长度、变压器、电机类产品的损耗分析。

Description

基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法，属于电磁测量技术领域。

背景技术

电工钢片比总损耗测量的技术难点在于被测样品采用双搭接结构构成磁路，搭接部分磁路不均匀，因而等效磁路长度难于确定。虽然现行标准规定的25cm爱泼斯坦方圈能够测量样件的比总损耗，但由于其磁路长度规定为定值0.94m，使得被测样品比总损耗不完全等同于样品均匀区域的比总损耗，有一定的误差，不能准确地得到被测样品的均匀比总损耗。

发明内容

本发明目的是提供一种基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法，采用二级加权平均法，将两组方圈计算得到的有效磁路长度做二级加权处理，得到不同磁密下对应的不同的磁路长度；同时，可以根据测量结果更准确地计算出被测样品均匀比总损耗，解决背景技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法，采用三种尺寸的爱泼斯坦（Epstein）方圈模型进行同一组被测电工钢片样品的总损耗测量；根据二级加权平均法，分别对两组爱泼斯坦方圈进行有效磁路长度的求解计算，最终得到不同磁密下对应的不同的磁路长度；同时，利用二级加权平均法实现比总损耗的计算，比背景技术用的单爱泼斯坦方圈和双爱泼斯坦方圈的比总损耗测量更为准确。

所述的三种尺寸的爱泼斯坦方圈，长度分别为25cm、20cm及17.5cm三种尺寸的爱泼斯坦方圈。

更具体的测量方法：

被测电工钢片样品长度为L，在四个空心线圈内搭接组成测试结构，角部用砝码压紧，分别在三种尺寸的爱泼斯坦（Epstein）方圈上进行同一组样品的总损耗测量，三个爱泼斯坦方圈长度尺寸分别为25cm、20cm及17.5cm；

假设长度尺寸分别为25cm和17.5cm的两个方圈总损耗的差值只与爱泼斯坦方圈铁轭长度差有关，产生损耗差值的铁轭区域为爱泼斯坦方圈铁轭中段区域，假设这一区域的磁通密度分布和损耗分布是均匀的，每个被测电工钢片样品的有效测量区域长度差用                                                表示；因此，两个长度尺寸分别为25cm和17.5cm爱泼斯坦方圈的损耗差可以表示为

                                                                 (1)

式中，P _no ——25cm方圈的总损耗，W

P _sm ——17.5cm方圈的总损耗，W

P _nc ——25cm方圈转角处的损耗，W

P _nl ——25cm方圈铁轭处的损耗，W

P _sc ——17.5cm方圈转角处的损耗，W

P _sl ——17.5cm方圈铁轭处的损耗，W

根据假设条件，得P _nc ＝P _sc ，则式(1)可以改写为

                                                                            (2)

与(2)式损耗差值对应的被测电工钢片样品有效质量为

                                                                                    (3)

式(3)中m _t 为被测电工钢片样品的总质量，则25cm方圈的均匀区单位质量损耗P _loss 可以表示为

                                                                             (4)

与被测电工钢片样品均匀区相关的有效磁路长度为

                                      

为确定具有搭接结构的铁心的有效磁路长度，采用加权平均法，将基于铁心不同区域的比总损耗所确定的有效磁路长度做加权处理，具体方法如下：

令铁心加权处理的有效磁路长度为l _e ,

                                                                           (5)

其中，l _m1 由25cm方圈均匀区单位质量损耗P _loss1确定，l _m2 由17.5cm方圈的单位质量损耗P _loss2确定，为l _m1的权因子，为l _m2的权因子， 

                                                                               (6)

                                                                                 (7)

令

                                                                                  (8)

                                                                                         (9)

                                                                                (10)

                                                                                 (11)

则(5)可改写为

                                                                (12)

基于两种组合用双方圈法计算得到有效磁路长度，采用二级加权平均法，将两组方圈计算得到的有效磁路长度做二级加权处理，具体方法如下：

将25cm和17.5cm的两个方圈总损耗做差，得到；将25cm和20cm的两个方圈总损耗做差，得到；

                                                                         (13)

                                                         (14)

式中，l _e12—— 二级加权后的有效磁路长度

  l _e1—— (25-17.5cm)组合得到的有效磁路长度

  l _e2——（25-20cm）组合得到的有效磁路长度

同理，可以通过公式：

                                                               (15)

得出均匀区比总损耗。

由于所取的样片中段的长度不同，导致中段平均损耗也会有差异，得到的均匀区比总损耗应更接近材料的比总损耗，更准确。

本发明的有益效果是：除被测电工钢片样品外，其它构件制作材料均为非铁磁材料，排除了试件之外铁磁材料对测量结果的影响；本发明可用于各种牌号电工钢片比总损耗测量，用于爱泼斯坦（Epstein）方圈有效磁路长度、变压器、电机类产品的损耗分析。

附图说明

图1是本发明实验装置结构示意图；

图2是本发明25cm方圈示意图；

图3是本发明17.5cm方圈示意图；

图中：1、爱泼斯坦方圈；2、被测电工钢片样品；3、砝码。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法，采用三种尺寸的爱泼斯坦（Epstein）方圈模型进行同一组被测电工钢片样品的总损耗测量；根据二级加权平均法，分别对两组爱泼斯坦方圈进行有效磁路长度的求解计算，最终得到不同磁密下对应的不同的磁路长度；同时，利用二级加权平均法实现比总损耗的计算，比背景技术用的单爱泼斯坦方圈和双爱泼斯坦方圈的比总损耗测量更为准确。

所述的三种尺寸的爱泼斯坦方圈，长度分别为25cm、20cm及17.5cm三种尺寸的爱泼斯坦方圈。

被测电工钢片样品可以是不同型号的取向硅钢片，砝码用于压紧被测电工钢片样品。

具体的测量方法为：

①用25cm方圈测量被测电工钢片样品在指定频率下不同磁通密度对应的比总损耗；

②用20cm方圈测量被测电工钢片样品在指定频率下不同磁通密度对应的比总损耗；

③用17.5cm方圈测量被测电工钢片样品在指定频率下不同磁通密度对应的比总损耗；

④利用式(4) 计算被测试样均匀区在指定频率下不同磁通密度对应的比总损耗；

⑤利用式(5) 计算与被测样片均匀区相关的在指定频率下不同磁通密度对应的有效磁路长度；

⑥利用式(12) 计算在指定频率下不同磁通密度对应的铁心加权处理的有效磁路长度；

⑦利用式(13) 计算在指定频率下不同磁通密度对应的铁心二级加权处理的有效磁路长度；

⑧利用式(15) 计算在指定频率下不同磁通密度对应的铁心均匀区比总损耗。

Claims (1)

1.一种基于多爱泼斯坦方圈的电工钢片比总损耗测量方法，其特征在于采用三种尺寸的爱泼斯坦（Epstein）方圈模型进行同一组被测电工钢片样品的总损耗测量；根据二级加权平均法，分别对两组爱泼斯坦方圈进行有效磁路长度的求解计算，最终得到不同磁密下对应的不同的磁路长度；同时，利用二级加权平均法实现比总损耗的计算；具体的测量方法是：

被测电工钢片样品长度为L，在四个空心线圈内搭接组成测试结构，角部用砝码压紧，分别在三种尺寸的爱泼斯坦（Epstein）方圈上进行同一组样品的总损耗测量，三个爱泼斯坦方圈长度尺寸分别为25cm、20cm及17.5cm；

假设长度尺寸分别为25cm和17.5cm的两个方圈总损耗的差值只与爱泼斯坦方圈铁轭长度差有关，产生损耗差值的铁轭区域为爱泼斯坦方圈铁轭中段区域，假设这一区域的磁通密度分布和损耗分布是均匀的，每个被测电工钢片样品的有效测量区域长度差用                                                表示；因此，两个长度尺寸分别为25cm和17.5cm爱泼斯坦方圈的损耗差可以表示为：

                                                   (1)

式中，P _no ——25cm方圈的总损耗，W

P _sm ——17.5cm方圈的总损耗，W

P _nc ——25cm方圈转角处的损耗，W

P _nl ——25cm方圈铁轭处的损耗，W

P _sc ——17.5cm方圈转角处的损耗，W

P _sl ——17.5cm方圈铁轭处的损耗，W

根据假设条件，得P _nc ＝P _sc ，则式(1)可以改写为

                                                                (2)

与(2)式损耗差值对应的被测电工钢片样品有效质量为

                                                                       (3)

式(3)中m _t 为被测电工钢片样品的总质量，则25cm方圈的均匀区单位质量损耗P _loss 可以表示为

                                                               (4)

与被测电工钢片样品均匀区相关的有效磁路长度为

                  

为确定具有搭接结构的铁心的有效磁路长度，采用加权平均法，将基于铁心不同区域的比总损耗所确定的有效磁路长度做加权处理，具体方法如下：

令铁心加权处理的有效磁路长度为l _e ,

                                                          (5)

其中，l _m1 由25cm方圈均匀区单位质量损耗P _loss1确定，l _m2 由17.5cm方圈的单位质量损耗P _loss2确定，为l _m1的权因子，为l _m2的权因子， 

                                                                  (6)

                                                                   (7)

令

                                                                 (8)

                                                                         (9)

                                                               (10)

                                                               (11)

则(5)可改写为

                                            (12)

基于两种组合用双方圈法计算得到有效磁路长度，采用二级加权平均法，将两组方圈计算得到的有效磁路长度做二级加权处理，具体方法如下：

将25cm和17.5cm的两个方圈总损耗做差，得到；将25cm和20cm的两个方圈总损耗做差，得到；

                                                     (13)

                               (14)

式中，l _e12—— 二级加权后的有效磁路长度

  l _e1—— (25-17.5cm)组合得到的有效磁路长度

  l _e2——（25-20cm）组合得到的有效磁路长度

同理，可以通过公式：

                                          (15)

得出均匀区比总损耗。