CN203054206U - 一种脉冲磁化曲线测量电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量铁芯脉冲磁化曲线电路，用于测量铁芯磁化曲线，其中，该电路包括供电电源、升压变压器、充电单元、储能电容器、开关元件、限流电阻；所述供电电源通过升压变压器与充电单元用串联，用于对储能电容器进行充电；所述开关元件一端与储能电容器、充电单元并联，另一端与与穿过铁芯导线相连并与限流电阻串联构成放电回路。本实用新型通过测量铁芯两端电压及放电回路中的电流，经过数据处理，得到铁芯的脉冲磁化曲线。本实用新型的电路结构简单，便于对不同磁化速率下的铁芯脉冲磁化曲线进行测量。

Description

一种脉冲磁化曲线测量电路

技术领域

本实用新型属于高电压技术和脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种测量铁芯脉冲磁化曲线的电路。

背景技术

随着脉冲功率技术的快速发展，快前沿的高电压脉冲得到了广泛的应用。在脉冲大电流开关领域，常采用高电压脉冲触发两电极开关导通；在高压测量领域，常用高电压方波检测冲击电压分压器的方波响应；在超宽带源中，利用高电压脉冲的前沿时间调节透射谱的高频成分。不同领域对高压脉冲发生器的需求呈现出多样化的发展趋势，促进了一批结构紧凑、技术简单、造价低廉的高压脉冲发生器的发展。

此外，在脉冲功率领域，磁开关法常用于进行脉冲压缩。该方法利用磁开关的非线性电感实现开关功能，磁开关由软磁铁芯制成。磁开关法、磁脉冲压缩网络法具有高重频、高稳定性、低损耗及寿命长等优点，进行脉冲压缩时有效克服了火花隙开关、闸流管、晶闸管等大功率开关性能的不足给脉冲功率系统带来的限制。

伴随着新型软磁材料的快速发展及软磁材料性能的不断提高，以往铁芯式脉冲变压器及磁开关面临的体积过大、高频响应性能差等问题得到了有效改善。铁芯式脉冲变压器重新被引入到新型紧凑化高压脉冲发生器的研制中；磁开关法也在脉冲压缩领域也得到了越来越广泛的采用。

由于是基于软磁铁芯制备而成，铁芯式脉冲变压器及磁开关中所用软磁铁芯性能的优劣直接决定了装置工作的可靠性。在上述装置中，铁芯需要满足装置工作条件对伏秒积与电感等参数的要求，而这些参数与装置的工作状态密切相关。工作条件一旦改变，就需要相应调整这些参数。铁芯式脉冲变压器及磁开关通常工作在脉冲条件下，在设计制作时需要熟知铁芯材料在脉冲条件下的磁性能参数。铁芯生产厂家提供的铁芯磁性参数通常是在直流或工频条件下测得的。而高频激励下，铁芯由于趋肤效应及涡流等影响，高频下的损耗较低频时大的多，且磁滞回线在宽度上与低频时相差很大。对直流或工频条件下测得的铁芯磁性能不能直接应用到脉冲条件下，因此对脉冲条件下装置的设计参考价值不大。而目前对铁芯在脉冲条件下磁性能参数的测量研究较少，在仅有的一些研究中还存在脉冲磁化测量方法不一、电路结构复杂等问题。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种测量铁芯脉冲磁化曲线的电路，该测量电路结构简单、便于操作，旨在解决现有测量方法中电路结构复杂的问题。

本实用新型所采用的技术方案是一种脉冲磁化曲线测量电路，包括供电电源、升压变压器、充电单元、储能电容器、开关元件、限流电阻；所述供电电源通过升压变压器与充电单元串联，用于对储能电容器进行充电；所述开关元件一端与储能电容器、充电单元并联，另一端与穿过铁芯导线相连并与限流电阻串联构成放电回路；

作为本实用新型进一步改进，所述充电单元采用半波整流方式；

作为本实用新型进一步改进，所述开关元件为机械开关；

作为本实用新型进一步改进，所述开关元件为脉冲晶闸管的半导体开关。

本实用新型通过对储能电容器充电后，控制开关元件导通，储能电容器进行放电。导线从所要测量闭合铁芯中心穿过，形成放电回路。同时，为了调节放电回路中的放电电流，在该回路中预先接入有限流电阻。

进一步，供电电源为市电，充电单元采用半波整流充电方式或倍压电路方式，开关元件选择机械开关或脉冲晶闸管等半导体开关。利用示波器测量放电回路中导线穿过铁芯磁环前后两端间的电压及放电回路中的电流波形及数据，经过处理，即可得到相应磁化速率下的铁芯脉冲磁化曲线，进一步的，可以获得铁芯的脉冲磁性能。

通过本实用新型所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本实用新型具有以下的有益效果：

(1)本实用新型通过调节所选开关元件的开通特性，对铁芯的脉冲磁化速率进行粗调；通过调节储能电容器的电容量、充电电压及限流电阻的大小，对铁芯的脉冲磁化速率进行细调，以使脉冲磁化速率满足实际需要。该调节方法简单方便。

(2)本实用新型利用储能电容器的充放电进行铁芯脉冲磁化曲线的测量，这种方法相较于现在常用的将铁芯置于实际应用回路进行测量，操作简便。且可以基于此电路制成相关参数可调的装置，对不同使用环境所用铁芯进行脉冲磁化曲线的测量。

附图说明

图1是本实用新型测量铁芯脉冲磁化曲线的电路。

图2是本实用新型测量电路测得的电流电压波形图。

图3是本实用新型测量电路测得的脉冲磁化曲线图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型为一种测量铁芯脉冲磁化曲线电路包括供电电源1、升压变压器2、充电单元3、储能电容器4、开关元件5、所测量铁芯6及限流电阻7。

供电电源1通过升压变压器2与充电单元3相连，用于对储能电容器4充电。在本实施方式中，充电单元3采用半波整流方式。

开关元件5一端与充电单元3、储能电容器4相连，另一端与通过铁芯磁环的导线相连。在本实施方式中，开关元件选择机械开关。

导线从铁芯磁环的内环通过，与限流电阻7相连。

本实用新型的工作原理如下：

供电电源1通过升压变压器2与充电单元3相连，用于对储能电容器4充电。储能电容器4充电完成后，控制开关元件5导通，储能电容器4瞬时放电，储能电容器4、开关元件5、铁芯6、限流电阻7组成放电回路。铁芯6在测试之前需要采用措施进行复位。开关元件5刚闭合时，放电回路中电流很小，铁芯6构成的磁开关等效电感很大，此时放电回路中电压主要降落在铁芯6构成的磁开关两端。随着放电回路中电流增大，铁芯6迅速饱和，由铁芯6构成的磁开关由断开状态过渡到闭合状态。

通过调节储能电容器4的电容量、储能电容器4上充电电压及限流电阻7的大小可以调节储能电容器4、开关元件5、铁芯6及限流电阻7组成的放电回路中的电流，从而调节铁芯6构成磁开关的磁化速率。

利用测量仪器测量放电过程中由铁芯6构成磁开关两端的电压U及放电回路中电流I的大小，如图2所示。再利用安培环路定律及法拉第电磁感应定律即式(1)和式(2)进行计算

$H=\frac{\mathrm{NI}}{l}\left(1\right)$

$B=\frac{1}{S}\∫\mathrm{Udt}---\left(2\right)$

式中，N为放电回路中导线在铁芯磁环上绕的匝数，1为铁芯6平均磁路长度，S为铁芯有效截面积。

利用式(1)(2)求得铁芯6磁环的磁场强度H及磁感应强度B，对所得结果进行作图，可得图3所示，图3即为该磁化速率下，铁芯6的脉冲磁化曲线。进一步的，利用图3结合式(3)可得铁芯6在该磁化速率下的对应每点的脉冲磁导率。

$\mathrm{\μ}=\frac{B}{H}---\left(3\right)$

通过调节储能电容器4充电电压及电容量及放电回路限流电阻7的大小，即可调节铁芯6的磁化速率，由此可得对应不同铁芯磁化速率下的脉冲磁化曲线及脉冲磁导率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种脉冲磁化曲线测量电路，用于测量铁芯磁化曲线，其特征在于该电路包括供电电源、升压变压器、充电单元、储能电容器、开关元件、限流电阻；

所述供电电源通过升压变压器与充电单元串联，用于对储能电容器进行充电；

所述开关元件一端与储能电容器、充电单元并联，另一端与与穿过铁芯导线相连并与限流电阻串联构成放电回路。

2.一种脉冲磁化曲线测量电路，其特征在于，所述充电单元采用半波整流方式。

3.一种脉冲磁化曲线测量电路，其特征在于，所述开关元件为机械开关。

4.一种脉冲磁化曲线测量电路，其特征在于，所述开关元件为脉冲晶闸管的半导体开关。

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