CN112213670A - 一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置及基于该装置的测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置及基于该装置的测试方法，涉及试验设备领域。本发明是为了解决现有对电器电磁系统中软磁材料的评价方法无法直接快速的进行评价的问题。本发明通过静态实验评价电器电磁系统零件如动铁、轭铁的软磁材料磁化性能，同时各软磁材料的零组件均可按需灵活更换，提高实验评价的效率，进而提出了一种以线圈电流和气隙为可变实验条件参数，以电磁力为测试参数的评价方法，该方法可直接快速的评价软磁材料的磁化性能，有利于电磁系统所用软磁材料的优选以及软磁材料工作参数的优化。
Description
技术领域
本发明属于试验设备领域，尤其涉及软磁材料试验设备。
背景技术
电磁系统作为继电器、电磁铁、接触器等电磁电器中的感测部分，直接决定了电器的灵敏度和功耗等关键技术指标。电磁系统主要由动铁、静铁、轭铁、线圈和气隙构成。而动铁、静铁和轭铁通常选用软磁材料制成。软磁材料的磁化性能将直接决定电磁系统输出电磁吸力以及做机械功的能力。评价电器软磁材料的磁化性能将直接有利于电磁系统所用软磁材料的优选和评价。
目前评价电器电磁系统软磁材料的方法主要集中在两方面。一方面是对软磁材料在原材料状态时进行初始测试分析。另一方面是对装配完成的电磁系统进行电磁力特性测试。但是上述两种方法均不便于直接快速评价软磁材料的磁化性能。
发明内容
本发明是为了解决现有对电器电磁系统中软磁材料的评价方法无法直接快速的进行评价的问题，现提供一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置及基于该装置的测试方法。
一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，包括压力传感器、上档块和第一滑台，上档块为条形板、且固定在第一滑台的滑动端上，第一滑台能够带动上档块沿竖直方向移动，上档块下表面用于与被测电磁系统中的动试件固定连接，动试件的下端能够穿过该通孔并与被测电磁系统中的静试件相对，压力传感器用于采集被测电磁系统中静试件所受到的电磁力。
上述测试装置还包括第二滑台和下挡块，下挡块为条形板且开有通孔，下挡块固定在第二滑台的滑动端上，第二滑台能够带动下挡块沿竖直方向移动，第一滑台和第二滑台均通过微分测头驱动滑动端移动。
上述被测电磁系统包括两个轭部试件、静试件、线圈试件和动试件，两个轭部试件均为U形框架结构，两个轭部试件镜像设置且开口相对连接、构成矩形框架结构，该矩形框架结构上下表面均开有通孔，线圈试件位于矩形框架结构内部，静试件位于线圈试件内部，所述矩形框架结构位于下挡块下方，动试件的下端穿过矩形框架结构上表面的通孔伸入线圈试件内部、并与静试件顶端相对，静试件的下端穿过矩形框架结构下表面的通孔、并与两个轭部试件下方的连接块相连。
基于上述一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤1-1、调节第二滑台、使得下挡块向下移动直至与被测电磁系统中轭部试件(5)的上表面紧密接触，
步骤1-2、调节第一滑台、使得上档块移动至动试件的下端与被测电磁系统中静试件的顶端距离为δi，将δi作为当前气隙，i＝0,1,2,...,N，N为正整数，
步骤1-3、向被测电磁系统通入恒定电流I0，利用压力传感器采集当前静试件所受到的电磁力Fi，之后停止向被测电磁系统通电，
步骤1-4、调整第一滑台变换δi，重复步骤1-2至步骤1-3，直至获得N+1组相互对应的气隙和电磁力，并将N+1组相互对应的气隙和电磁力描绘成一条曲线。
进一步的，更换不同软磁材料的电磁系统，重复步骤1-1至步骤1-4，获得不同软磁材料电磁系统的电磁力曲线，相同气隙下、电磁力最大的软磁材料磁化性能最优。
基于上述一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置的测试方法，包括以下步骤：
步骤2-1、调节第二滑台、使得下挡块向下移动直至与被测电磁系统中轭部试件的上表面紧密接触，
步骤2-2、调节第一滑台、使得上档块向下移动直至动试件的下端与被测电磁系统中静试件的顶端相接触，
步骤2-3、向被测电磁系统通入电流值递增的电流Ij，j＝1，2，...，M，M为正整数，利用压力传感器采集电流Ij下静试件所受到的电磁力Fj，之后停止向被测电磁系统通电，
步骤2-4、将N组相互对应的电流和电磁力描绘成一条曲线。
步骤2-5、当电磁力Fj不变、曲线开始变直时，将直线的起始点对应的电流Ik作为被测电磁系统软磁材料的最佳工作电流，将I1～Ik作为被测电磁系统软磁材料的最佳工作电流范围。
进一步的，更换不同软磁材料的电磁系统，重复步骤2-1至步骤2-4，获得不同软磁材料电磁系统的电磁力曲线，相同电流下、电磁力最大的软磁材料磁化性能最优。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过静态实验评价电器电磁系统零件如动铁、轭铁的软磁材料磁化性能，同时各软磁材料的零组件均可按需灵活更换，提高实验评价的效率，进而提出了一种以线圈电流和气隙为可变实验条件参数，以电磁力为测试参数的评价方法，该方法可直接快速的评价软磁材料的磁化性能，有利于电磁系统所用软磁材料的优选以及软磁材料工作参数的优化。
附图说明
图1是本发明所述一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，以检测电磁铁材料为例进行说明，被测电磁铁系统包括两个轭铁试件、静铁试件、线圈试件和动铁试件，两个轭部试件均为U形框架结构，两个轭部试件镜像设置且开口相对连接、构成矩形框架结构，即完整的电磁铁的轭铁。该矩形框架结构上下表面均开有通孔，线圈试件位于矩形框架结构内部，静试件位于线圈试件内部。
所述检测装置包括：基座1、垫块2、压力传感器3、上档块9、两个滑台、下挡块11和两个支架12。两个滑台均通过微分测头驱动滑动端移动，上档块9和下挡块11均为条形板、且分别固定在两个滑台的滑动端上，两个滑台能够分别带动上档块9和下挡块11沿竖直方向移动。动铁试件与上档块9下表面可拆卸连接，本实施方式中采用螺纹连接。所述矩形框架结构位于下挡块11下方。下挡块11上开有通孔，动铁试件能够依次穿过该通孔和矩形框架顶部的通孔、最终伸入线圈试件7内部、并与静铁试件顶端相对。静铁试件的下端穿过矩形框架结构下表面的通孔、并与两个轭部试件5下方的连接块4相连。压力传感器3位于连接块4下方、用于采集被测电磁系统中静铁试件所受到的电磁力。垫块2用于支撑压力传感器3。两个支架12分别用于支撑两个滑台。垫块2和两个支架12均固定在基座1上。压力传感器3为应变片式压力传感器。
具体实施方式二：本实施方式是基于具体实施方式一所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置的测试方法，本实施方式包括以下步骤：
步骤1-1、调节第二滑台10-2、使得下挡块11向下移动直至与被测电磁系统中轭部试件5的上表面紧密接触，
步骤1-2、调节第一滑台10-1、使得上档块9移动至动试件8的下端与被测电磁系统中静试件6的顶端距离为δi，将δi作为当前气隙，i＝0,1,2,...,N，N为正整数，
步骤1-3、向被测电磁系统通入恒定电流I0，利用压力传感器3采集当前静试件6所受到的电磁力Fi，之后停止向被测电磁系统通电，
步骤1-4、调整第一滑台10-1变换δi，重复步骤1-2至步骤1-3，直至获得N+1组相互对应的气隙和电磁力，并将N+1组相互对应的气隙和电磁力描绘成一条曲线。
进一步的，在上述基础上，更换不同软磁材料的电磁系统，重复步骤1-1至步骤1-4，获得不同软磁材料电磁系统的电磁力曲线，相同气隙下、电磁力最大的软磁材料磁化性能最优。
进一步的，
气隙δi+1根据下式获得：
δi+1＝|Xi+1-Xi|
其中，δ0＝0，X0为第一滑台10-1时微分测头的初始读数，Xi+1为第i+1次调整第一滑台10-1时微分测头的读数。
上述气隙δi的范围可以设置在[δ0,nδm]范围内，0＜n＜1，n可根据实际情况选择，δm为最大气隙值，当静试件6和动试件8之间的距离超出δm，则二者之间电磁力为0。给线圈试件通以恒定不变的电流I0，通过压力传感器3测得对应气隙δi下的静态电磁力Fi，获得一种软磁材料在电器电磁系统设定线圈电流下的静态电磁吸力曲线，将其与电器的反力曲线匹配，与反力曲线匹配较好的气隙范围，即是软磁材料在电器电磁系统中的最佳气隙范围。
本实施方式中，压力传感器3测得的力包括动铁试件、连接块4、两个轭部试件5和线圈试件7的重力以及动铁试件所受电磁力，要想获得准确的电磁力，仅需将当前测得的受力值与上一次的受力值做差，之后获得的差值即为电磁铁的电磁力。
具体实施方式三：本实施方式是基于具体实施方式一所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置的测试方法，本实施方式包括以下步骤：
步骤2-1、调节第二滑台10-2、使得下挡块11向下移动直至与被测电磁系统中轭部试件5的上表面紧密接触，
步骤2-2、调节第一滑台10-1、使得上档块9向下移动直至动试件8的下端与被测电磁系统中静试件6的顶端相接触，
步骤2-3、向被测电磁系统通入电流值递增的电流Ij，j＝1,2,...,M，M为正整数，利用压力传感器3采集电流Ij下静试件6所受到的电磁力Fj，之后停止向被测电磁系统通电，
步骤2-4、将N组相互对应的电流和电磁力描绘成一条曲线。
步骤2-5、当电磁力Fj不变、曲线开始变直时，将直线的起始点对应的电流Ik作为被测电磁系统软磁材料的最佳工作电流，将I1～Ik作为被测电磁系统软磁材料的最佳工作电流范围。
进一步的，在上述基础上更换不同软磁材料的电磁系统，重复步骤2-1至步骤2-4，获得不同软磁材料电磁系统的电磁力曲线，相同电流下、电磁力最大的软磁材料磁化性能最优。
本实施方式中，压力传感器3测得的力包括动铁试件、连接块4、两个轭部试件5和线圈试件7的重力以及动铁试件所受电磁力，要想获得准确的电磁力，仅需将当前测得的受力值与自身重力做差，之后获得的差值即为当前电磁铁的电磁力。
本实施方式中，当线圈电流足够大时，电磁力达到一个确定的饱和值，认为该点为软磁材料的饱和点C，继续增大线圈电流，饱和值保持不变。电磁力随线圈电流变化的曲线则由线性关系转为非线性关系，且电磁力实测值约是用线性关系曲线计算得出的电磁力值的90％时，认为该点为软磁材料的最佳工作点B，从坐标原点到B点的范围称为软磁材料的最佳工作范围。上述具体实施方式二和三中，均获得了电磁力的曲线，根据电磁力的曲线即可评价电磁系统软磁材料的磁化性能。
本发明通过静态实验评价电器电磁系统零件如动铁、轭铁的软磁材料磁化性能，用可灵活拆卸更换的电磁系统软磁材料相关试件，最大限度满足实验评价的效率需求，进而提出了一种以线圈电流和气隙为可变实验条件参数，以电磁力为测试参数的评价方法，该方法可直接快速的评价软磁材料的磁化性能，有利于电磁系统所用软磁材料的优选以及软磁材料工作参数的优化。
Claims (13)
1.一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，其特征在于，包括压力传感器(3)、上档块(9)和第一滑台(10-1)，
上档块(9)为条形板、且固定在第一滑台(10-1)的滑动端上，第一滑台(10-1)能够带动上档块(9)沿竖直方向移动，上档块(9)下表面用于与被测电磁系统中的动试件(8)固定连接，动试件(8)的下端与被测电磁系统中的静试件(6)顶端相对，压力传感器(3)用于采集被测电磁系统中静试件(6)所受到的电磁力。
2.根据权利要求1所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，其特征在于，还包括第二滑台(10-2)和下挡块(11)，下挡块(11)为条形板且开有通孔，动试件(8)能够穿过该通孔，下挡块(11)固定在第二滑台(10-2)的滑动端上，第二滑台(10-2)能够带动下挡块(11)沿竖直方向移动，第一滑台(10-1)和第二滑台(10-2)均通过微分测头驱动滑动端移动。
3.根据权利要求2所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，其特征在于，被测电磁系统包括两个轭部试件(5)、静试件(6)、线圈试件(7)和动试件(8)，
两个轭部试件(5)均为U形框架结构，两个轭部试件(5)镜像设置且开口相对连接、构成矩形框架结构，该矩形框架结构上下表面均开有通孔，线圈试件(7)位于矩形框架结构内部，静试件(6)位于线圈试件(7)内部，所述矩形框架结构位于下挡块(11)下方，
动试件(8)的下端穿过矩形框架结构上表面的通孔伸入线圈试件(7)内部、并与静试件(6)顶端相对，静试件(6)的下端穿过矩形框架结构下表面的通孔、并与两个轭部试件(5)下方的连接块(4)相连。
4.根据权利要求2或3所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，其特征在于，还包括垫块(2)用于支撑压力传感器(3)。
5.根据权利要求4所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，其特征在于，还包括两个支架(12)，两个支架(12)分别用于支撑两个滑台(10)。
6.根据权利要求5所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，其特征在于，还包括基座(1)，垫块(2)和两个支架(12)均固定在基座(1)上。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置，其特征在于，压力传感器(3)为应变片式压力传感器。
8.基于权利要求2所述一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1-1、调节第二滑台(10-2)、使得下挡块(11)向下移动直至与被测电磁系统中轭部试件(5)的上表面紧密接触，
步骤1-2、调节第一滑台(10-1)、使得上档块(9)移动至动试件(8)的下端与被测电磁系统中静试件(6)的顶端距离为δi，将δi作为当前气隙，i＝0,1,2,...,N，N为正整数，
步骤1-3、向被测电磁系统通入恒定电流I0，利用压力传感器(3)采集当前静试件(6)所受到的电磁力Fi，之后停止向被测电磁系统通电，
步骤1-4、调整第一滑台(10-1)变换δi，重复步骤1-2至步骤1-3，直至获得N+1组相互对应的气隙和电磁力，并将N+1组相互对应的气隙和电磁力描绘成一条曲线。
9.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，
更换不同软磁材料的电磁系统，重复步骤1-1至步骤1-4，获得不同软磁材料电磁系统的电磁力曲线，
相同气隙下、电磁力最大的软磁材料磁化性能最优。
10.根据权利要求8所述的测试方法，其特征在于，气隙δi+1根据下式获得：
δi+1＝|Xi+1-Xi|
其中，δ0＝0，X0为第一滑台(10-1)时微分测头的初始读数，Xi+1为第i+1次调整第一滑台(10-1)时微分测头的读数。
11.基于权利要求2所述一种电磁系统软磁材料磁化性能的测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤2-1、调节第二滑台(10-2)、使得下挡块(11)向下移动直至与被测电磁系统中轭部试件(5)的上表面紧密接触，
步骤2-2、调节第一滑台(10-1)、使得上档块(9)向下移动直至动试件(8)的下端与被测电磁系统中静试件(6)的顶端相接触，
步骤2-3、向被测电磁系统通入电流值递增的电流Ij，j＝1,2,...,M，M为正整数，利用压力传感器(3)采集电流Ij下静试件(6)所受到的电磁力Fj，之后停止向被测电磁系统通电，
步骤2-4、将N组相互对应的电流和电磁力描绘成一条曲线。
12.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，在步骤2-4之后，还包括：
步骤2-5、当电磁力Fj不变、曲线开始变直时，将直线的起始点对应的电流Ik作为被测电磁系统软磁材料的最佳工作电流，将I1～Ik作为被测电磁系统软磁材料的最佳工作电流范围。
13.根据权利要求11所述的测试方法，其特征在于，
更换不同软磁材料的电磁系统，重复步骤2-1至步骤2-4，获得不同软磁材料电磁系统的电磁力曲线，
相同电流下、电磁力最大的软磁材料磁化性能最优。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ren Wanbin Inventor after: Zhang Yinnan Inventor after: Yang Chunen Inventor after: Wang Chaobo Inventor before: Ren Wanbin Inventor before: Yang Chunen Inventor before: Zhang Yinnan Inventor before: Wang Chaobo |
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| GR01 | Patent grant | ||
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