CN1928581B - 一种硅钢磁性能在线检测方法、线圈及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅钢磁性能在线检测方法、线圈及系统，在线检测线圈从内到外由骨架、测量线圈和励磁线圈组成；线圈之间通过绝缘层隔离，骨架中留有与硅钢生产线横向尺寸匹配的空腔，整个线圈设置于硅钢生产线上，并使生产线上传输的硅钢穿过骨架空腔。应用本发明，使得能够对硅钢磁性能进行在线实时检测，在大幅提高硅钢磁性能检测的效率的同时，因不需要专门制作检测样品，解决了长期困扰人们的样品浪费问题，降低了检测成本。并且实时在线检测快速直观地反映了生产线上硅钢的磁性能，便于实时监控硅钢质量。

Description

一种硅钢磁性能在线检测方法、线圈及系统

技术领域

本发明涉及硅钢磁性能检测领域，特别是指一种硅钢磁性能在线检测方法、线圈及系统。

背景技术

硅钢片的磁特性数据是设计电机、电器等设备的重要依据，并在很大程度上决定了该设备的性能。硅钢片的磁特性主要有磁感应强度、铁损等参数，通常利用爱泼斯坦方圈或磁导计作为励磁机构进行测量。

在这样的检测方法中，需要把生产线上面轧制的硅钢剪切成试样，然后装入相应的在线检测装置中进行检测，因此有几方面的缺陷，一是需要在生产线上抽样，通常是在硅钢的头部和尾部两个部位进行剪切抽样，这就意味着测量结果不是对于整包或整卷的硅钢进行的检测，无法完全代表整包或整卷的产品的性能；二是需要对样品进行剪切，特别是利用爱泼斯坦方圈进行检测时，对样品的剪切次数较多，在剪切过程中试样因为产生应力会影响测量的准确性；三是抽样后的试样检测后将成为废料，浪费了硅钢，造成检测成本较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种硅钢磁性能在线检测方法、线圈及系统，实现在生产线上对硅钢的磁性能进行不间断的实时检测，提高检测效率。

一种硅钢磁性能在线检测线圈，该线圈从内到外由骨架、测量线圈和励磁线圈组成；线圈之间通过绝缘层隔离，骨架中留有与硅钢生产线横向尺寸匹配的空腔，整个线圈设置于硅钢生产线上，并使生产线上传输的硅钢穿过骨架空腔；所述测量线圈包括：磁感应测量线圈和磁场测量线圈；其中，所述磁感应测量线圈用于测量磁感应及铁损，位于骨架的最里层；两个所述磁场测量线圈，位于所述磁感应测量线圈的外层，分别对称贴在已经绕制好的骨架两侧的中央位置；各线圈之间通过绝缘层隔离。

上述的线圈中，所述磁感应线圈的匝数远小于励磁线圈，并在励磁线圈产生的励磁场的均匀区内。

上述的线圈中，所述磁场测量线圈是完全相同的两个线圈；对称地安放在已经绕制好磁感应测量线圈的骨架上下两侧的中央位置；且两个磁场测量线圈串联连接。

上述的线圈中，所述骨架空腔的宽度与硅钢生产线的宽度匹配，空腔的高度与生产线上硅钢及生产线的厚度匹配。

上述的线圈中，该线圈位于所述硅钢生产线纵向长度的中间位置附近。

上述的线圈中，采用空气磁通补偿互感的次级和磁感应测量线圈串联反接，互感的初级与励磁线圈串联。

一种硅钢磁性能在线检测系统，包括：计算机，A/D转换卡，励磁电源以及上述的硅钢磁性能在线检测线圈；其中，该线圈从内到外由骨架、测量线圈和励磁线圈组成；线圈之间通过绝缘层隔离，骨架中留有与硅钢生产线横向尺寸匹配的空腔，整个线圈设置于硅钢生产线上，并使生产线上传输的硅钢穿过骨架空腔；所述测量线圈包括：磁感应测量线圈和磁场测量线圈；其中，所述磁感应测量线圈用于测量磁感应及铁损，位于骨架的最里层；两个所述磁场测量线圈，位于所述磁感应测量线圈的外层，分别对称贴在已经绕制好的骨架两侧的中央位置；各线圈之间通过绝缘层隔离。

一种硅钢磁性能在线检测方法，在硅钢生产线上设置上述的硅钢磁性能在线检测线圈，其中，该线圈从内到外由骨架、测量线圈和励磁线圈组成；线圈之间通过绝缘层隔离，骨架中留有与硅钢生产线横向尺寸匹配的空腔，整个线圈设置于硅钢生产线上，并使生产线上传输的硅钢穿过骨架空腔；所述测量线圈包括：磁感应测量线圈和磁场测量线圈；其中，所述磁感应测量线圈用于测量磁感应及铁损，位于骨架的最里层；两个所述磁场测量线圈，位于所述磁感应测量线圈的外层，分别对称贴在已经绕制好的骨架两侧的中央位置；各线圈之间通过绝缘层隔离。

从上面所述可以看出，本发明所提供的硅钢磁性能在线检测线圈克服了传统方圈和磁导计检测方式中，必须在磁路密闭的环境下才能进行硅钢性能检测的技术偏见，省去了磁轭一类的结构，节省成本的同时解决了原有磁性能检测设备无法进行在线检测的技术障碍。通过本发明的硅钢磁性能在线检测方法、线圈和系统，实现了在线实时地检测硅钢的磁性能，解决了长期困扰人们的现有测量技术中，测量结果无法代表整包或者是整卷产品性能，对试样剪切影响测量准确性且浪费产品的问题，并且实时在线检测快速直观地反映了生产线上硅钢的磁性能，便于实时监控硅钢质量。在社会经济效益方面，因为不再需要剪切硅钢进行检测，节省了原材料；同时因为在生产线上面实现实时检测，可以实时反映硅钢生产质量；利用计算机采样并分析数据，节省了人力资源，提高了检测速度，是硅钢磁性能检测质的飞跃。

附图说明

图1A是测量线圈轴向剖面示意图，1B是横向剖面示意图；

图2是硅钢磁性能在线检测系统示意图；

图3A是绕制骨架的轴向剖面示意图，3B是绕制骨架的横向剖面示意图；

图4是测量磁感应及铁损线圈的轴向剖面示意图；

图5是测量磁场线圈的轴向剖面示意图；

图6是绕制的励磁线圈的轴向剖面示意图；

图7是磁感应性能测量电路示意图。

具体实施方式

本发明为实现对硅钢片的在线检测，直接在硅钢生产线上设置在线检测线圈，使生产出来的硅钢材料在切割前在生产线上直接通过在线检测线圈空腔，通过在线检测线圈上的电流、电压变化，实现硅钢磁性能的实时在线检测，而不需要剪切样品。

本发明在线检测线圈的结构如图1所示，图1A是在线检测线圈轴向剖面示意图，图1B是在线检测线圈中心处的横向剖面示意图。从里到外由骨架101、测量线圈102/103、励磁线圈104三部分组成；其中，测量线圈又包括：磁感应测量线圈102和磁场测量线圈103，图2是硅钢磁性能在线检测系统示意图，包括：计算机，A/D转换卡，励磁电源以及在线检测线圈；励磁电源将励磁电流输入在线检测线圈的励磁线圈，在线检测线圈的测量线圈输出的电压信号经过A/D转换卡转换为数字信号后输入计算机，由计算机对采集的信号进行分析。图2中的Mc表示的是空气磁通补偿线圈，本发明中，当被测硅钢放置在线圈中时，磁感应测量线圈中有大量的空气磁通通过，因此在测量过程中必须将此部分抵消，采用空气磁通补偿互感的次级线圈和磁感应测量线圈串联反接，互感的初级与励磁线圈串联。其方法是，空载加电流不超过5A，调整互感次级的匝数使磁感应强度测量线圈中感应的电压(包括互感次级感应电压)等于或小于互感次级感应电压0.1％。

下面对整个在线检测线圈的各个组成部分详细描述。

骨架的形状如图3所示，图3A是骨架的轴向剖面示意图，图3B是骨架中心处的横向剖面示意图，整个骨架成扁形的线轴结构。参见图3B所示，骨架的横截面的宽度远大于高度，中间为空腔，空腔的宽度与生产线的宽度匹配，高度与硅钢的高度匹配，尽可能减少空气磁通的影响。参见图3A所示，骨架的轴向两端设有突出的挡板，其高度要保证略高于将要缠绕的励磁线圈和测量线圈的总高度，以不使线圈脱离骨架，同时有助于浇铸环氧树脂的工序；骨架中部一圈设置凹槽，用于缠绕磁感应测量线圈102。

为避免骨架对磁路产生影响，不应采用金属或铁磁材料制作骨架，而是采用坚固耐用，因环境变化而产生的形变小的材料，在本发明中选用环氧树脂板粘接而成；或者采用其它能够达到上述要求的非铁磁材料制作。骨架厚度约10mm，且骨架的表面平滑，厚度均匀。

测量磁感应及铁损的磁感应测量线圈102，如图4所示是其绕制完成后的轴向剖面图：在骨架中间部位的板上开出一个宽L1，深D1的凹槽，凹槽的深度不超过骨架厚度的一半。用直径D的漆包线绕凹槽N1匝，所有漆包线均匀紧密地分布在一层上，绕制完成后用环氧树脂浇铸，使其填满挖的槽，与环氧树脂板的表面持平。

磁场测量线圈103在整个在线检测线圈中的位置如附图5所示，有相同的两个，在本发明中采用如下方法绕制，磁场测量线圈的骨架采用厚H1，长度宽度相等均为L2的环氧树脂板，围绕环氧树脂板用D2直径的线紧密绕制N2匝，然后线头绞合引出，同样的方法制备另一个线圈，两个线圈分别对称贴在已经绕制好的大骨架两侧的中央，磁场测量线圈放置方向其轴向与磁感应测量线圈的轴向一致，同时用配制好比例的环氧树脂进行浇铸，使得树脂固化后的骨架表面形成一个平整的平面，为下一步绕制励磁线圈做好准备。

励磁线圈104如附图6所示，励磁线圈轴向剖面图，励磁线圈每层绕N3匝，共绕5层，并将5层并联。

因为线圈整体呈扁形结构，给绕制工作带来了难度，因为每匝在不同部位受力拉紧不均匀，在棱角地方容易出现绝缘受损情况，因此在本发明中采取了如下措施：

1、采用专用夹具，将两块铝板伸入骨架空腔中，既固定骨架，又保证线圈绕制过程中骨架不变形。

2、每绕制完一层，用环氧树脂浇铸在表面，既固定了线圈，又防止发生短路，并将线圈与骨架固化在一起，防止骨架变形。

3、在每一层绕制过程中，棱角处采用绝缘薄膜包裹，防止层与层之间出现短路，特别是测量线圈与励磁线圈间。

按照国家标准的要求，硅钢磁性能的检测涉及两个方面：

A.给定频率和磁感应强度峰值条件下的铁损；

B.给定磁场峰值下的磁感应强度峰值的测量。

附图7是磁感应性能测量电路示意图。

A.在给定频率和磁感应强度峰值条件下，磁感应测量线圈的感应电压计算公式：

${\stackrel{\‾}{u}}_1=\left({\∫}_0^T\right|N_1{S}_1-\frac{\mathrm{dB}}{\mathrm{dt}}\left|\mathrm{dt}\right)/T$

式中：

-磁感应测量线圈产生的感应电压的平均值；

T-磁感应交流磁化周期；

N₁-磁感应测量线圈的匝数；

S₁-被测硅钢的横截面积。

如果在测量过程中，通过测量线圈的磁通保持正弦波形，上述公式可以简化为：

${\stackrel{\‾}{u}}_1=4f{N}_1{S}_1{B}_m;$

从而得出被测硅钢磁感应强度峰值计算公式：

$B_m=\frac{{\stackrel{\‾}{u}}_1}{{4\mathrm{fN}}_1{S}_1}$

因此只要按照测量要求给定的磁感应强度峰值计算出需要测量的磁感应测量线圈的电压平均值，就可以加载励磁电流，监测磁感应测量线圈中的电压平均值达到要求时，即可以发出采样开始信号，获取感应电压值，励磁电流值以及两者之间的相位差，并计算出铁损值。

同时，计算机采样得到的数值经过处理后可以实时显示波形，从而监控感应电压的波形，监控磁通波形是否正弦波形。

B.给定磁场峰值下的磁感应强度峰值的测量：在本发明中，将两个磁场测量线圈串联，因此其感应电压计算公式为：

${\stackrel{\‾}{u}}_2=2\left({\∫}_0^T\right|N_2{S}_2\frac{\mathrm{dH}}{\mathrm{dt}}\left|\mathrm{dt}\right)/T=8f{N}_2{S}_2{H}_m$

式中：

-磁场测量线圈感应出的电压平均值；

T-交流磁化周期；

N₂-磁场测量线圈的匝数；

S₂-磁场测量线圈的横截面积，在本发明中，因为测量磁场的线圈用很细的细线紧贴骨架绕制，因此可以近似认为就是骨架的横截面积。

由公式可以看出，通过磁场测量线圈电压平均值来推算出磁场峰值，因此，对励磁线圈加载励磁电流，计算机监控磁场测量线圈电压平均值达到给定值，即表明此时磁场峰值达到国标要求的给定磁场峰值，此时计算机就可以采样磁感应强度峰值，磁感应强度峰值的检测通过测量磁感应线圈的电压平均值获得。

在本发明中，数据的采集、处理，信号的控制全部通过计算机来实现。

从上面实施例可以看出，本发明提供的测量线圈和测量方法有效的解决了当前硅钢磁性能测量中存在的缺陷，上述仅为本发明较佳实施例，而并非用以限定本发明。

Claims (8)

1.一种硅钢磁性能在线检测线圈，其特征在于，该线圈从内到外由骨架、测量线圈和励磁线圈组成；

线圈之间通过绝缘层隔离，骨架中留有与硅钢生产线横向尺寸匹配的空腔，整个线圈设置于硅钢生产线上，并使生产线上传输的硅钢穿过骨架空腔；

所述测量线圈包括：磁感应测量线圈和磁场测量线圈；

其中，所述磁感应测量线圈用于测量磁感应及铁损，位于骨架的最里层；

两个所述磁场测量线圈，位于所述磁感应测量线圈的外层，分别对称贴在已经绕制好的骨架两侧的中央位置；各线圈之间通过绝缘层隔离。

2.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，所述磁感应线圈的匝数远小于励磁线圈，并在励磁线圈产生的励磁场的均匀区内。

3.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，所述磁场测量线圈是完全相同的两个线圈；对称地安放在已经绕制好磁感应测量线圈的骨架上下两侧的中央位置；且两个磁场测量线圈串联连接。

4.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，所述骨架空腔的宽度与硅钢生产线的宽度匹配，空腔的高度与生产线上硅钢及生产线的厚度匹配。

5.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，该线圈位于所述硅钢生产线纵向长度的中间位置附近。

6.根据权利要求1所述的线圈，其特征在于，采用空气磁通补偿互感的次级和磁感应测量线圈串联反接，互感的初级与励磁线圈串联。

7.一种硅钢磁性能在线检测系统，其特征在于，包括：计算机，A/D转换卡，励磁电源以及权利要求1所述的硅钢磁性能在线检测线圈。

8.一种硅钢磁性能在线检测方法，其特征在于，在硅钢生产线上设置如权利要求1所述的硅钢磁性能在线检测线圈。

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