CN107843860A - 一种磁芯矩形比的测试方法及系统 - Google Patents

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王永飞
申旭斌
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Abstract

一种磁芯矩形比的测试系统，包括稳压交流电源、二极管、标准电阻与励磁线圈串联成闭合电路形成的励磁端，测量线圈和毫伏表串联成闭合电路形成的测量端，励磁线圈和测量线圈分别绕制被测磁芯样品的两端。优点是，1)测试过程中，激励信号(ΔBrs)与检测信号(ΔU)之间结果线性度高、重复性高，测试结果数据准确。2)基于本发明提供的测试方法，测试时间短，效率高，利于高矩形比非晶纳米晶合金磁芯制造产业化的实现。

Description

一种磁芯矩形比的测试方法及系统
技术领域
本发明涉及磁芯矩形比的测量技术领域，具体为一种磁芯矩形比的测试方法及系统。
背景技术
非晶纳米晶合金软磁材料是一种新型功能材料。由于该材料具有短程有序、长程无序的结构特征，且组织内无晶粒、晶界存在，使其具有优异的磁、机械和耐蚀性能。自上个世纪六七十年代以来，非晶纳米晶合金产业得到了快速的发展，已成为了电力电子工业领域变压器、互感器及开关电源等中低频大功率磁性元件(磁芯)的首选材料。
高矩形比非晶纳米晶合金磁芯具有高的初始磁导率，能在当电流接近为零时具有非常大的电感量。利用磁芯这一特性，可实现信号控制、放大等功能，进而应用于饱和电抗器、磁调制器和磁性开关。此外，利用磁芯的矩形磁滞回线特征，可实现开关电源输出调节及多路输出，进而应用于变频器、尖峰抑制器、漏电保护器等电子元件中。
为促使高矩形比非晶纳米晶合金磁芯具备稳定的工作性能，德国VAC公司要求牌号为6025的软磁材料(应用于尖峰抑制器)的矩形比＞95％；漏保用磁芯(产品型号为T60006-E4019-W539)的要求为在1kHz，2A/cm测试工况下，饱和磁感应强度值Bs与剩磁值Br之间差值ΔBrs≤50mT；日本日立公司要求牌号为2714(应用于尖峰抑制器)的软磁材料的矩形比＞84％。
目前，为准确测量非晶纳米晶合金磁芯的矩形比，多采用软磁材料基本磁滞回线测量装置(专利公告号：CN205507054U及CN105891747A)来对软磁材料的静态(直流)或动态(交流)磁滞回线进行测量，以获得该材料的Br值和Bs值。该装置多是基于磁场扫描法对样品进行磁性能测试。其中，感应电压是通过积分运算获得相应的磁感应强度响应函数B(t)，B(t)与励磁磁场强度H(t)的关系函数，从而绘制磁滞回线。然而，由于样品在磁化过程中涡流对磁化的作用，测量到的磁滞回线受到磁化频率和磁场波形(谐波)的影响，测试周期较长，一般需5-10分钟，难以满足高矩形比非晶纳米晶合金软磁材料的产业化的需求。
发明内容
为解决现有软磁材料矩形比检测方法测试周期长，难以满足产业化需求的技术问题，本发明提供了一种基于伏安特性原理的非晶纳米晶合金软磁材料矩形比快速测量系统。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种磁芯矩形比的测试方法，具体步骤如下：
1S.以被测磁芯样品为中心环形绕制两组线圈，分别为励磁线圈和测量线圈。
2S.对于励磁线圈，接入频率范围为20～100kHz的正向半波励磁电源；对于测量线圈，接入毫伏表以定量分析被测磁芯的矩形比。
3S.在一定频率的正向半弦波励磁电流下，被测磁芯样品的磁化曲线一直沿第一象限内Br值与Bs值之间往复循环运动；对于线圈横截面面积S、频率f及线圈匝数N等参数为定值的工况，被测磁芯样品的ΔBrs与感应电压值ΔU成如式1所示的线性关系：
ΔU＝4.44·f·N·ΔBrs·S (1)。
作为上述方案的改进，所述的所述的两组线圈匝数范围均为1～15匝。
一种磁芯矩形比的测试系统，包括稳压交流电源、二极管、标准电阻与励磁线圈串联成闭合电路形成的励磁端，测量线圈和毫伏表串联成闭合电路形成的测量端，励磁线圈和测量线圈分别绕制被测磁芯样品的两端。
作为上述方案的改进，所述的二极管采用SMB型DO-214贴片整流二极管。
作为上述方案的改进，所述的标准电阻采用金属膜电阻，其功率为0.25W，阻值1Ω，精度达0.1％。
作为上述方案的改进，所述的毫伏表测试频率范围为20Hz～100kHz。
本发明具有以下有益效果：
1)测试过程中，激励信号(ΔBrs)与检测信号(ΔU)之间结果线性度高、重复性高，测试结果数据准确。
2)基于本发明提供的测试方法，测试时间短，效率高，利于高矩形比非晶纳米晶合金磁芯制造产业化的实现。
附图说明
图1为实施例2的测试系统的结构原理图。
图2为钴基非晶纳米晶合金环形磁芯样品的ΔBrs(@1kHz，80A/m)与其感应电压值ΔU对应关系图。
具体实施方式
实施例1
一种磁芯矩形比的测试方法，具体步骤如下：
1S.以被测磁芯样品为中心环形绕制两组线圈，两组线圈匝数范围均为1～15匝，分别为励磁线圈和测量线圈；
2S.对于励磁线圈，接入频率范围为20～100kHz的正向半波励磁电源；对于测量线圈，接入毫伏表以定量分析被测磁芯的矩形比；
3S.在一定频率的正向半弦波励磁电流下，被测磁芯样品的磁化曲线一直沿第一象限内Br值与Bs值之间往复循环运动；对于线圈横截面面积S、频率f及线圈匝数N等参数为定值的工况，被测磁芯样品的ΔBrs与感应电压值ΔU成如式1所示的线性关系：
ΔU＝4.44·f·N·ΔBrs·S (1)。
实施例2
如图1所示，一种磁芯矩形比的测试系统，包括稳压交流电源1、二极管2、标准电阻3与励磁线圈4串联成闭合电路形成的励磁端，测量线圈5和毫伏表6串联成闭合电路形成的测量端，励磁线圈4和测量线圈5分别绕制被测磁芯样品7的两端。所述的二极管2采用SMB型DO-214贴片整流二极管2。所述的标准电阻3采用金属膜电阻，其功率为0.25W，阻值1Ω，精度达0.1％。所述的毫伏表6测试频率范围为20Hz～100kHz。
实施例3
被测磁芯样品的材料为钴基非晶纳米晶合金，样品(圆环)规格为：19mm(外径)×15mm(内径)×5mm(高度)，样品测试条件为：ΔBrs＜50mT(@1kHz，80A/m)。
对于稳压交流电源1，优先选用日本菊水(KIKUSUI)电源，型号AC POWER SUPPLYPCR500L，其主要参数：交流最大输出电压300V，最大功率500VA，输出频率范为1～1kHz；直流最大输出电压424V，最大功率250VA；对于二极管2，优先选用肖特基整流二极管MBRS140(1A/40V，SMB型DO-214贴片)；对于标准电阻3，优先选用金属膜电阻，其功率为0.25W，阻值1Ω，精度可达0.1％；对于毫伏表6，优先选用ABO毫伏表，型号为AVX-310B，测试频率范围为20Hz～100kHz，测量精度可达10E-6v；对于励磁和次级线圈，其绕组匝数均为1，即N1＝N2＝1。
对于频率为1kHz，磁场强度H为80A/m，将稳压电源调至1kHz，输出电压值调至2.4v。鉴于励磁回路的电阻值为1Ω，对应的回路电流值为2.4A。该电流值由式2获得。
式中，为样品平均直径，m；N1为励磁线圈的匝数；I为励磁线圈的电流，A。
图2给出了钴基非晶纳米晶合金环形磁芯样品的ΔBrs(@1kHz，80A/m)与其感应电压值ΔU对应关系图。其中，钴基非晶纳米晶合金环形磁芯样品矩形比是通过MATS-2010SD型静态直流测试仪获得。由图可知，钴基非晶纳米晶合金环形磁芯样品的ΔBrs与其感应电压值ΔU基本成线性对应关系，斜率值为25.9。该斜率值与理论值(25.6，其值可根据式1获得)基本相符。由此可知，本发明提供的一种基于伏安特性原理的非晶纳米晶合金软磁材料矩形比快速测量系统能线性地、准确地反应磁芯样品的饱和磁感应强度值Bs与剩磁值Br之间差值ΔBrs，为高矩形比非晶纳米晶合金磁芯大规模生产提供了可能。
上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种磁芯矩形比的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
1S.以被测磁芯样品为中心环形绕制两组线圈，分别为励磁线圈和测量线圈；
2S.对于励磁线圈，接入频率范围为20～100kHz的正向半波励磁电源；对于测量线圈，接入毫伏表以定量分析被测磁芯的矩形比；
3S.在一定频率的正向半弦波励磁电流下，被测磁芯样品的磁化曲线一直沿第一象限内Br值与Bs值之间往复循环运动；对于线圈横截面面积S、频率f及线圈匝数N等参数为定值的工况，被测磁芯样品的ΔBrs与感应电压值ΔU成如式1所示的线性关系：
ΔU＝4.44·f·N·ΔBrs·S (1)。
2.根据权利要求1所述的一种磁芯矩形比的测试方法，其特征在于，所述的所述的两组线圈匝数范围均为1～15匝。
3.一种包含权利要求1或2的磁芯矩形比的测试方法的测试系统，其特征在于，包括稳压交流电源、二极管、标准电阻与励磁线圈串联成闭合电路形成的励磁端，测量线圈和毫伏表串联成闭合电路形成的测量端，励磁线圈和测量线圈分别绕制被测磁芯样品的两端。
4.根据权利要求3所述的磁芯矩形比测试系统，其特征在于，所述的二极管采用SMB型DO‐214贴片整流二极管。
5.根据权利要求3所述的磁芯矩形比测试系统，其特征在于，所述的标准电阻采用金属膜电阻，其功率为0.25W，阻值1Ω，精度达0.1％。
6.根据权利要求3所述的磁芯矩形比测试系统，其特征在于，所述的毫伏表测试频率范围为20Hz～100kHz。
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