一种磁性材料的磁特性测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提出了一种磁性材料的磁特性测量系统及方法。所述测量系统包括数字信号发生器、全桥逆变电路、滤波电路、磁性材料单片测试仪和数据采集装置，本发明专利技术的滤波电路的四个吸收电容分别与全桥逆变电路的四个开关管并联，实现与全桥逆变电路的耦合，以滤掉开关管开关过程中产生的过冲和振荡，且有效抑制了外围电路的干扰，提高了磁性材料的磁特性测量过程中的磁场强度的测量精确度。

A measurement system and method of magnetic properties of magnetic materials

The invention provides a magnetic characteristic measuring system and a method of a magnetic material. The measurement system comprises a digital signal generator, a full bridge inverter circuit, a filter circuit, a magnetic material single-chip tester and a data acquisition device. The four absorption capacitors of the filter circuit of the invention are respectively connected in parallel with the four switch tubes of the full bridge inverter circuit to realize the coupling with the full bridge inverter circuit, so as to filter out the overshoot and oscillation generated in the switching process of the switch tube and effectively suppress the overshoot and oscillation The interference of the peripheral circuit improves the measurement accuracy of the magnetic field strength in the process of measuring the magnetic properties of magnetic materials.

【技术实现步骤摘要】
一种磁性材料的磁特性测量系统及方法
本专利技术涉及电磁测量
，特别是涉及一种磁性材料的磁特性测量系统及方法。
技术介绍
单片测试仪法(SST)作为磁性材料磁特性测量的有效方法，通常通过与功率放大器等线性电源配合使用来探究不同激励形式下磁性材料的磁特性。这与磁性材料作为高频变压器关键元件，用于高压直流输电的实际工况是有差别的。广泛应用于高压直流输电的电力电子全桥逆变电路实际上是一种开关电源，在这些电路的功率回路中由于寄生电感的存在，会导致开关动作时不可避免的过冲和震荡。另一方面，任何滤波电路都不可能达到完全理想的效果，就H线圈法而言，波形开关过程中产生的轻微扰动都可能在电——磁——电信号的转换中被放大和延迟，因此需要寻求一种更准确的确定磁场强度的方法。磁路法是基于安培环路定律发展来的一种求解磁场强度的方法，其关键在于磁路长度的确定，IEC标准上有给出爱波斯坦方圈的磁路长度，但关于纳米晶等新型磁性材料的标准尚未制定，且无法直观确定在一个闭合磁路中有效磁路长度与样片长度的关系，这影响了磁路法获取磁场强度的精确求解。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁性材料的磁特性测量系统及方法，以提高磁性材料在磁特性测量过程中的磁场强度精确度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种磁性材料的磁特性测量系统，所述测量系统包括：数字信号发生器、全桥逆变电路、滤波电路、磁性材料单片测试仪和数据采集装置；所述数字信号发生器与所述全桥逆变电路的控制端连接；所述全桥逆变电路的输入端与直流电源连接，所述全桥逆变电路的输出端与所述磁性材料单片测试仪的激励线圈连接；所述数据采集装置的输入端分别与所述磁性材料单片测试仪的激励线圈和H线圈连接；所述滤波电路包括四个吸收电容，四个所述吸收电容分别并联在所述全桥逆变电路的四个开关管上。可选的，所述磁性材料单片测试仪包括：第一铁轭、第二铁轭、样片支架、激励线圈和H线圈；所述样片支架设置有矩形空心结构，所述样片支架的两端通过尼龙螺丝固定在所述第一铁轭的窗口的内侧，所述矩形空心结构的下表面与所述第一铁轭的截面在同一平面上；所述第二铁轭扣合在所述第一铁轭上；所述激励线圈缠绕在所述样片支架的外部；被测样片和所述H线圈均放置在所述矩形空心结构内，所述H线圈位于所述被测样片的上部中心。可选的，所述磁性材料单片测试仪还包括感应线圈；所述感应线圈缠绕在所述样片支架的外部，所述激励线圈缠绕在所述感应线圈的外部；所述感应线圈与所述数据采集装置连接。可选的，所述数据采集装置为示波器。可选的，所述数据采集装置包括数据采集卡和计算机。一种磁性材料的磁特性测量方法，所述测量方法基于所述测量系统，所述测量方法包括如下步骤：利用所述测量系统的数字信号发生器控制全桥逆变电路向磁性材料单片测试仪的激励线圈提供不同幅值和频率的正弦波激励；分别测量不同幅值和频率的正弦波激励下的激励线圈的激励电流和H线圈的感应电压；根据不同幅值和频率的正弦波激励下的激励线圈的激励电流和H线圈的感应电压，采用直线拟合的方式确定磁性材料单片测试仪的有效磁路长度；利用所述测量系统的数字信号发生器控制全桥逆变电路向磁性材料单片测试仪的激励线圈提供矩形波或PWM波激励；测量矩形波或PWM波激励下的激励线圈的激励电流；根据所述磁性材料单片测试仪的有效磁路长度和所述矩形波或PWM波激励下的激励线圈的激励电流，基于安培环路定律，计算磁性材料单片测试仪的磁场强度。可选的，所述根根据不同幅值和频率的正弦波激励下的激励线圈的激励电流和H线圈的感应电压，采用直线拟合的方式确定磁性材料单片测试仪的有效磁路长度，具体包括：根据正弦波激励下的H线圈的感应电压uH(t)，利用公式计算被测样片中的磁场强度Hs(t)，其中，KH是H线圈的系数，μ0真空中的磁导率；根据公式N1i(t)＝Hs(t)·(lδ+ls)+ΔH(t)lδ＝Hs(t)·l+ΔH(t)lδ，利用不同幅值和频率的正弦波激励下的的感应电压计算得到的被测样片中的磁场强度和激励电流进行直线拟合，根据拟合得到的直线的斜率计算磁性材料单片测试仪的有效磁路长度l；其中，N1为激励线圈匝数，i(t)为激励线圈的激励电流，lδ为气隙磁路长度，ls为被测样片磁路长度，ΔH(t)＝Hδ(t)-Hs(t)，Hδ(t)为气隙中的磁场强度，Hs(t)为被测样片中的磁场强度。可选的，所述根据所述磁性材料单片测试仪的有效磁路长度和所述矩形波或PWM波激励下的激励线圈的激励电流，基于安培环路定律，计算矩形波或PWM波激励下的磁性材料单片测试仪的磁场强度，具体包括：利用所述有效磁路长度l和所述矩形波或PWM波激励下的激励线圈的激励电流i(t)，利用公式N1i(t)＝H(t)l，计算矩形波或PWM波激励下的磁性材料单片测试仪的磁场强度H(t)；其中，N1表示激励线圈。可选的，所述根据所述磁性材料单片测试仪的有效磁路长度和所述矩形波或PWM波激励下的激励线圈的激励电流，基于安培环路定律，计算磁性材料单片测试仪的磁场强度，之后还包括：测量所述测量系统的感应线圈的感应电压；利用所述感应线圈的感应电压计算磁性材料单片测试仪的磁通密度；根据所述磁性材料单片测试仪的磁场强度和磁通密度，绘制反应被测单片磁特性的BH磁滞回线。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提出了一种磁性材料的磁特性测量系统及方法。所述测量系统包括数字信号发生器、全桥逆变电路、滤波电路、磁性材料单片测试仪和数据采集装置，本专利技术的滤波电路的四个吸收电容分别与全桥逆变电路的四个开关管并联，实现与全桥逆变电路的耦合，以滤掉开关管开关过程中产生的过冲和振荡，且有效抑制了外围电路的干扰，提高了磁性材料的磁特性测量过程中的磁场强度的测量精确度。而且本专利技术的测量系统通过全桥逆变电路提供激励电源，更加贴近实际应用工况的反应了磁性材料的磁化特性。由于激励线圈是直接缠绕在样片支架上，而非磁路铁轭上，因此受气隙影响小，所需励磁功率低。本专利技术的全桥逆变电路包括四个开关管，所述开关管可采用SiIGBT或者SiCMOSFET等高频电力电子器件，因为电力电子器件的频率极限决定了测量带宽，本专利技术采集高频电力电子器件的开关管为宽频测量范围的实现提供了条件。本专利技术提出了一种磁性材料的磁特性测量方法，正确的反映了测量系统中对应均匀磁化区域(正弦波激励下)损耗的有效磁路长度，为任意波形激励下磁场强度计算提供了基础，提高了磁性材料的磁特性测量过程中的磁场强度的测量精确度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性材料的磁特性测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：/n数字信号发生器、全桥逆变电路、滤波电路、磁性材料单片测试仪和数据采集装置；/n所述数字信号发生器与所述全桥逆变电路的控制端连接；/n所述全桥逆变电路的输入端与直流电源连接，所述全桥逆变电路的输出端与所述磁性材料单片测试仪的激励线圈连接；/n所述数据采集装置的输入端分别与所述磁性材料单片测试仪的激励线圈和H线圈连接；/n所述滤波电路包括四个吸收电容，四个所述吸收电容分别并联在所述全桥逆变电路的四个开关管上。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁性材料的磁特性测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：
数字信号发生器、全桥逆变电路、滤波电路、磁性材料单片测试仪和数据采集装置；
所述数字信号发生器与所述全桥逆变电路的控制端连接；
所述全桥逆变电路的输入端与直流电源连接，所述全桥逆变电路的输出端与所述磁性材料单片测试仪的激励线圈连接；
所述数据采集装置的输入端分别与所述磁性材料单片测试仪的激励线圈和H线圈连接；
所述滤波电路包括四个吸收电容，四个所述吸收电容分别并联在所述全桥逆变电路的四个开关管上。


2.根据权利要求1所述的磁性材料的磁特性测量系统，其特征在于，所述磁性材料单片测试仪包括：第一铁轭、第二铁轭、样片支架、激励线圈和H线圈；
所述样片支架设置有矩形空心结构，所述样片支架的两端通过尼龙螺丝固定在所述第一铁轭的窗口的内侧，所述矩形空心结构的下表面与所述第一铁轭的截面在同一平面上；
所述第二铁轭扣合在所述第一铁轭上；
所述激励线圈缠绕在所述样片支架的外部；被测样片和所述H线圈均放置在所述矩形空心结构内，所述H线圈位于所述被测样片的上部中心。


3.根据权利要求2所述的磁性材料的磁特性测量系统，其特征在于，所述磁性材料单片测试仪还包括感应线圈；
所述感应线圈缠绕在所述样片支架的外部，所述激励线圈缠绕在所述感应线圈的外部；
所述感应线圈与所述数据采集装置连接。


4.根据权利要求1所述的磁性材料的磁特性测量系统，其特征在于，所述数据采集装置为示波器。


5.根据权利要求1所述的磁性材料的磁特性测量系统，其特征在于，所述数据采集装置包括数据采集卡和计算机。


6.一种磁性材料的磁特性测量方法，其特征在于，所述测量方法基于权利要求1-5任一项所述的测量系统，所述测量方法包括如下步骤：
利用所述测量系统的数字信号发生器控制全桥逆变电路向磁性材料单片测试仪的激励线圈提供不同幅值和频率的正弦波激励；
分别测量不同幅值和频率的正弦波激励下的激励线圈的激励电流和H线圈的感应电压；
根据不同幅值和频率的正弦波激励下的激励线圈的激励电流和H线圈的感应电压，采用直线拟合的方式确定磁性材料单片测试仪的有效磁路长度；
利用所述测量系统的数字信号发生器控制全桥逆变电路向磁性材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琳，张希蔚，张岩，庞舰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11