CN105929347A - 一种快速的磁性材料磁特性测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速的磁性材料磁特性测量方法，提供一个被测闭磁路磁芯，被测磁芯分别绕设有激磁绕组和检测绕组，激磁绕组与电容和电阻串联形成闭合回路；激磁绕组上通有直流电流，电容上施加直流电压，被测闭磁路磁芯、电容和电阻满足衰减振荡的电路条件，通过测量激磁绕组的电流变化过程和检测绕组的电压变化过程得到磁芯在直流电流下的直流磁场强度对应的直流磁通密度、一簇不同磁通密度下的交流磁滞回线以及不同磁通密度下的磁芯损耗。本发明所提出的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，具有测量周期短，容易获得深度饱和时的磁性特性曲线的优点。

Description

一种快速的磁性材料磁特性测量方法

技术领域

本发明涉及磁性材料的磁化特性曲线的测量，特别是一种快速的磁性材料磁特性测量方法。

背景技术

精确的磁特性测量是磁性材料研究与发展的重要衡量手段。目前常用的低频交流测量法和冲击测量法均采用反复多次测量然后进行描点的方式来获得磁性材料的磁化特性曲线。上述方法具有测试周期长、且难以测量深度饱和时的磁化特性曲线的缺点，具体如下：

(1)如图1所示，为低频交流测量原理示意图，以低频交流源作为其电压源。

当开关S闭合后，由于电压源为交流电压源，所以在线圈中会持续产生稳定的感应电动势，开关断开后，感应电动势会逐渐减小直至为0。一旦励磁电流发生变化时，磁感应强度也会随之发生变化，此时线圈中会产生感应电动势，即如公式(1)所示。

$u_2\left(t\right)=-N_2\frac{d\mathrm{\φ}}{dt}=-N_2\frac{dB\·dS}{dt}=-N_{2}S\frac{dB}{dt}---\left(1\right)$

由公式(1)可以推到出公式(2)从而计算出磁感应强度B。

$B\left(t\right)=\underset{o}{\overset{t}{\∫}}\frac{u_2\left(t^{\′}\right)}{N_2\·S}{\mathrm{dt}}^{\′}---\left(2\right)$

通过电流i(t),根据公式(3)计算出磁场强度H。

$H\left(t\right)=\frac{N_1\·i\left(t\right)}{L}---\left(3\right)$

通过绘制B与H关系图可以得到如图2所示的磁滞回线。

(2)如图3所示，为冲击测量法的基本原理图，以直流电压源作为其电压源。

当开关S断开瞬间，由于励磁电流i(t)发生了突然的变化，使得磁感应强度B也随着发生了变化，从而在线圈中产生了感应电动势。测量出电压u(t)和电流i(t)然后可以由公式(2)和公式(3)计算出B与H，从而描绘不同的B-H点来绘制磁化曲线如图4所示。

在低频测量法中，由于一次测量只能得到一条闭合的磁滞回线，所以为了获得准确的磁性材料的磁化曲线，就必须进行多次的测量这样就造成测量操作繁琐复杂并且测量时间长。而且由于测量时需要长时间通电流，容易引起磁性材料发热严重从而导致不能正常工作，所以低频交流测量法也无法进行深度饱和测量。

在冲击测量法中，虽然单次测量时间短，但是为了得到完整的磁化曲线，仍需要多次的测量，造成测量时间长。而且由于采用直流电压源的原因使得每次测量结束后磁性材料内部有剩磁的存在，并没有达到退磁的效果，会影响到后期的测量结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速的磁性材料磁特性测量方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种快速的磁性材料磁特性测量方法，提供一个被测闭磁路磁芯，所述被测闭磁路磁芯分别绕设有激磁绕组和检测绕组；所述激磁绕组与一电容以及一电阻串联形成闭合回路；在所述激磁绕组上通直流电流，在所述电容上施加直流电压，在所述被测闭磁路磁芯、所述电容和所述电阻满足衰减振荡的电路条件下，通过测量所述激磁绕组的电流变化过程和所述检测绕组的电压变化过程，得到所述被测闭磁路磁芯在所述直流电流下的直流磁场强度对应的直流磁通密度、一簇不同磁通密度下的交流磁滞回线以及不同磁通密度下的磁芯损耗。

在本发明一实施例中，所述闭合回路的电路工作过程分为2个阶段：

1)闭合开关后，经第一预设时间后，所述闭合回路达到稳定，并记所述电容电压u_c(t)为U_C0，所述激磁绕组电流i(t)为I_L0；

2)断开开关后，所述闭合回路产生LC并联谐振，所述检测绕组电压为u₂(t)，所述激磁绕组电流为i(t)；经第二预设时间后，所述闭合回路达到稳定，所述电容电压u_c(t)衰减为0，所述激磁绕组电流i(t)衰减为0。

在本发明一实施例中，所述直流磁通密度和所述直流磁场强度通过如下方式获得：

$B\left(t\right)=\underset{o}{\overset{t}{\∫}}\frac{u_2\left(t^{\′}\right)}{N_2\·S}{\mathrm{dt}}^{\′};$

其中，B为磁通密度,u₂(t')为所述检测绕组的电压,N₂为所述检测绕组的匝数,S为所述被测闭磁路磁芯截面积；

$H\left(t\right)=\frac{N_1\·i\left(t\right)}{L};$

其中，H为磁场强度，N₁为激磁绕组的匝数，i(t)为激磁绕组的电流，L为所述被测闭磁路磁芯的平均长度。

在本发明一实施例中，通过对所述激磁绕组感量、所述电容及所述电阻进行预设，并满足如下关系，以达到满足衰减振荡的电路条件：

(CR₁)²-4CL＜0；

其中，C为电容,R1为电阻,L为激磁绕组感量。

在本发明一实施例中，所述激磁绕组感量及所述电容满足如下关系，f为所述被测闭磁路磁芯对应的测试频率：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L\·C}}$

其中，C为电容,L为激磁绕组感量。

在本发明一实施例中，通过完整的一次并联谐振获得一簇衰减的磁滞回线，通过连接衰减的磁滞回线的各个顶点获得磁性材料的B-H磁化特性曲线。

在本发明一实施例中，通过调节所述电容、所述激磁绕组感量以及所述电阻中的一种或多种元件的大小，以调整所述闭合回路的振荡频率。

在本发明一实施例中，，所述激磁绕组的第一输入端分别与所述电容的一端以及一开关的一端相连；所述激磁绕组的第二输入端经所述电阻分别连接至所述电容的另一端以及一限流电阻的一端；所述开关的另一端经一直流电压源连接至所述限流电阻的另一端。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，具有测量周期短，容易获得深度饱和时的磁性特性曲线的优点，能够实现磁性材料磁化曲线的快速和精确的测量。

附图说明

图1为低频交流测量原理示意图。

图2为通过低频交流测量获取的磁滞回线示意图。

图3为冲击测量法的基本原理图。

图4为通过冲击测量法获取的磁化曲线示意图。

图5为本发明中通过LC并联振荡电路测量的基本原理图。

图6为本发明中依据所得B(t)和H(t)描点后获取的B-H曲线图。

图7为本发明一实施例中将获取的一簇衰减的磁滞回线的磁滞回线的各个顶点连接后获得的磁性材料的B-H磁化特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种快速的磁性材料磁特性测量方法，如图5所示，提供一个被测闭磁路磁芯，被测闭磁路磁芯分别绕设有激磁绕组和检测绕组；激磁绕组与一电容以及一电阻串联形成闭合回路；在激磁绕组上通预设的直流电流，在电容上施加预设直流电压，在被测闭磁路磁芯、电容和电阻满足衰减振荡的电路条件下，通过测量激磁绕组的电流变化过程和检测绕组的电压变化过程，得到被测闭磁路磁芯在直流电流下的直流磁场强度对应的直流磁通密度、一簇不同磁通密度下的交流磁滞回线以及不同磁通密度下的磁芯损耗。

进一步的，在本实施例中，如图5所示，根激磁绕组的第一输入端分别与电容的一端以及一开关的一端相连；激磁绕组的第二输入端经电阻分别连接至电容的另一端以及一限流电阻的一端；开关的另一端经一直流电压源连接至限流电阻的另一端。该电路主要运用了LC并联形成的振荡电路来产生电压u(t)和电流i(t)。该处的电压u是指检测绕组上的电压，也即下述的u₂，电流i为激磁绕组的电流。

进一步的，在本实施例中，闭合回路的电路工作过程分为2个阶段：

1)闭合开关后，经第一预设时间后，闭合回路达到稳定，并记电容电压u_c(t)为U_C0，激磁绕组电流i(t)为I_L0；

2)断开开关后，闭合回路产生LC并联谐振，检测绕组电压为u₂(t)，激磁绕组电流为i(t)；经第二预设时间后，闭合回路达到稳定，电容电压u_c(t)衰减为0，激磁绕组电流i(t)衰减为0。

进一步的，在本实施例中，为了使得电路产生振荡，激磁绕组感量、电容及电阻必需满足关系式如公式(4)所示，同时确定被测闭磁路磁芯对应的测试频率如公式(5)所示

(CR₁)²-4CL＜0；(4)

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L\·C}};---\left(5\right)$

C为电容,R1为电阻,L为激磁绕组感量。

进一步的，再求得磁感应强度B(t)，再运用安培环路定理计算出相应的磁场强度H(t)，即：

$B\left(t\right)=\underset{o}{\overset{t}{\∫}}\frac{u_2\left(t^{\′}\right)}{N_2\·S}{\mathrm{dt}}^{\′};$

其中，B为磁通密度,u₂(t')为检测绕组的电压,N₂为检测绕组的匝数,S为被测闭磁路磁芯截面积；

$H\left(t\right)=\frac{N_1\·i\left(t\right)}{L};$

其中，H为磁场强度，N₁为激磁绕组的匝数，i(t)为激磁绕组的电流，L为被测闭磁路磁芯的平均长度。

进一步的，依据所得B(t)和H(t)，描点并画出B-H曲线如图6所示。

在本实施例中，通过完整的一次并联谐振获得一簇衰减的磁滞回线，通过连接衰减的磁滞回线的各个顶点获得磁性材料的B-H磁化特性曲线。把衰减的磁滞回线的各个顶点描绘出来，并且连线即为待测磁性材料的磁化曲线如图7所示。

进一步的，在本实施例中，通过调节电容、激磁绕组感量以及电阻中的一种或多种元件的大小，以调整闭合回路的振荡频率。如：单独调节电容的大小，单独调节实测磁芯的激磁绕组感量大小，单独调节电阻的大小；或调节电容和实测磁芯的激磁绕组感量大小，调节并联电容和电阻的大小，调节实测磁芯的激磁绕组感量和电阻的大小；或调节电容、实测磁芯的激磁绕组感量和电阻的大小，以实现振荡频率的调节。

在本实施例中，由于电压与电流是振荡衰减的，并且衰减时间快。所以在测量时，由于衰减时间快，通电时间短，不会造成磁性材料发热严重，容易获得深度饱和时的磁化特性曲线，而且整体测量周期短。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，提供一个被测闭磁路磁芯，所述被测闭磁路磁芯分别绕设有激磁绕组和检测绕组；所述激磁绕组与一电容以及一电阻串联形成闭合回路；在所述激磁绕组上通直流电流，在所述电容上施加直流电压，在所述被测闭磁路磁芯、所述电容和所述电阻满足衰减振荡的电路条件下，通过测量所述激磁绕组的电流变化过程和所述检测绕组的电压变化过程，得到所述被测闭磁路磁芯在所述直流电流下的直流磁场强度对应的直流磁通密度、一簇不同磁通密度下的交流磁滞回线以及不同磁通密度下的磁芯损耗。

2.根据权利要求1所述的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，所述闭合回路的电路工作过程分为2个阶段：

1)闭合开关后，经第一预设时间后，所述闭合回路达到稳定，并记所述电容电压u_c(t)为U_C0，所述激磁绕组电流i(t)为I_L0；

2)断开开关后，所述闭合回路产生LC并联谐振，所述检测绕组电压为u₂(t)，所述激磁绕组电流为i(t)；经第二预设时间后，所述闭合回路达到稳定，所述电容电压u_c(t)衰减为0，所述激磁绕组电流i(t)衰减为0。

3.根据权利要求1所述的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，所述直流磁通密度和所述直流磁场强度通过如下方式获得：

$B\left(t\right)=\underset{o}{\overset{t}{\∫}}\frac{u_2\left(t^{\′}\right)}{N_2\·S}{\mathrm{dt}}^{\′};$

其中，B为磁通密度,u₂(t')为所述检测绕组的电压,N₂为所述检测绕组的匝数,S为所述被测闭磁路磁芯截面积；

$H\left(t\right)=\frac{N_1\·i\left(t\right)}{L};$

其中，H为磁场强度，N₁为激磁绕组的匝数，i(t)为激磁绕组的电流，L为所述被测闭磁路磁芯的平均长度。

4.根据权利要求1所述的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，通过对所述激磁绕组感量、所述电容及所述电阻进行预设，并满足如下关系，以达到满足衰减振荡的电路条件：

(CR₁)²-4CL＜0；

其中，C为电容,R1为电阻,L为激磁绕组感量。

5.根据权利要求1所述的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，所述激磁绕组感量及所述电容满足如下关系，f为所述被测闭磁路磁芯对应的测试频率：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L\·C}}$

其中，C为电容,L为激磁绕组感量。

6.根据权利要求1所述的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，通过完整的一次并联谐振获得一簇衰减的磁滞回线，通过连接衰减的磁滞回线的各个顶点获得磁性材料的B-H磁化特性曲线。

7.根据权利要求1所述的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，通过调节所述电容、所述激磁绕组感量以及所述电阻中的一种或多种元件的大小，以调整所述闭合回路的振荡频率。

8.根据权利要求1所述的一种快速的磁性材料磁特性测量方法，其特征在于，所述激磁绕组的第一输入端分别与所述电容的一端以及一开关的一端相连；所述激磁绕组的第二输入端经所述电阻分别连接至所述电容的另一端以及一限流电阻的一端；所述开关的另一端经一直流电压源连接至所述限流电阻的另一端。