一种电工钢片二维磁特性单片测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术提供一种电工钢片二维磁特性单片测量系统及其测量方法；属于电工钢片磁特性测量设备，涉及电工钢片二维磁特性的测量方法和测量装置。本发明专利技术包括控制计算机、数据采集卡，低通滤波器、功率放大器，隔离变压器，隔离放大器和电工钢片二维磁特性单片测量器，本发明专利技术以励磁电压为标准，根据需要可输入两相或单相任意波形的电压，测量正弦电压激励和非正弦电压激励下，电工钢片的二维磁特性，符合工程实际需要。磁轭材料采用两个Ｃ型切口铁心，分别为单轭结构，并采用相互独立的磁路，减少励磁功耗，节约成本，且便于加工和波形控制。实验被测样片采用不同角度裁剪方式，配合实验装置的固定结构，方便测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电工钢片磁特性测量设备，具体指一种电工钢片二维磁 特性单片测量装置及其测量方法。
技术介绍
电工钢片二维磁特性单片测量系统的测量依据是电磁感应定律，通 过对电工钢片的两个相互正交方向励磁，在被测样片的中心区域产生磁场，在被测样片中 心区域打孔放置B线圈作为测量磁通密度波形的传感器，在紧贴样片被测区域表面放置H 线圈作为测量磁场强度波形的传感器。 已有技术的电工钢片二维磁特性单片测量系统，其测量方法都是以正弦磁通密度 作为测量标准，通过反馈控制系统调整励磁电压，来保证在被测样片中相互正交的两个方 向上产生的磁通密度为正弦波形，然后通过两个正交方向上磁通密度矢量合成，可以产生 (1)磁通密度矢量B末端的轨迹是一条直线的交变磁场，(2)矢量B末端的轨迹是椭圆的 椭圆磁场，(3)矢量B末端的轨迹是正圆的旋转磁场。然而，电工钢片在电磁设备中所表现 出的复杂的非线性磁特性，除了与其材料内部的组织结构有关外，还与对其激励的电源有 关，并且磁化过程依赖于磁化历史，已有技术只对正弦磁通密度作用下电工钢片的磁特性 进行测量，其测量数据不能直接反映出电气设备在加载不同电源时电工钢片磁特性的实际 情况。 已有的二维单片磁测量器，一种是采用平面结构，这种结构虽然能够节省磁轭的 重量，但是两个励磁方向的磁路之间相互依赖、相互影响，并且磁路中除样片与铁轭之间 留有缝隙外，由于每条磁路的铁轭都需要组装，因此铁轭之间也存在缝隙，由于样片被测 区域应为均匀磁场，缝隙的不均匀性会影响到磁场的均匀度，因此铁轭的加工精度要保证 在0.001mm。由于上述原因，采用这种平面结构增加了励磁难度。另一种二维单片磁测量 器是采用立体结构，将相互正交的两条磁路分开，使每条磁路相互独立，虽然磁轭之间没有 缝隙，但是每路励磁磁轭为双轭结构，分为上下两层，这样不但增加了制作成本，而且上下 两层铁轭也应保证尺寸一致，且铁轭的结合处也要保证较高的加工精度，由于磁轭的端面 面积较大，且磁轭结合处受加工精度的影响，会增加被测样片区磁场的不均匀度，因此通过 增加辅助磁轭来引导磁通密度的方向，才能保证样片被测区的均匀度和最高磁通密度的幅 值。双轭结构的另一个缺点是，励磁绕组不便于直接套装在磁轭上，需要将励磁绕组套装在 被测样片上，制作相互正交的绕组支架，励磁绕组的相互交叠，会造成励磁绕组信号之间的 相互串扰，并且绕组支架的固定也会给测量器的制作增加难度。
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术为克服上述已有技术的缺点，提出一种电工钢片二维磁特性 单片测量系统，以及在谐波磁场作用下通过该系统对电工钢片二维磁特性进行测量的的测 量方法。2、技术方案本专利技术是通过以下技术方案实施的 —种电工钢片二维磁特性单片测量系统，包括控制计算机、与该计算机连接的数 据采集卡，数据采集卡的信号输出端依次通过功率放大器、隔离变压器、与电工钢片二维磁特性单片测量器的输入端连接，电工钢片二维磁特性单片测量器的输出端又与数据采集卡 的输入端连接，其特征在于在数据采集卡的信号输出端与功率放大器的信号输入端之间 连接一组低通滤波器，在电工钢片二维磁特性单片测量器的信号输出端与数据采集卡的信 号输入端之间连接一组隔离放大器； 电工钢片二维磁特性单片测量器包括互相垂直的上磁轭、下磁轭，上磁轭与上磁 轭托板、上磁轭固定装置固定连接，上磁轭托板通过支架固定在底座上；下磁轭直接固定在 底座上； 2对励磁绕组缠绕在绕组支架上，且第一对励磁绕组对称地缠绕在下磁轭的两个 端部，第二对励磁绕组对称地缠绕在上磁轭的两个端部，且位置远离铁轭开口处，其中第一 对励磁绕组串联，第二对励磁绕组串联； 木螺丝通过上磁轭固定装置和被测电工钢片保护板将被测电工钢片固定在被测 电工钢片支架上；被测电工钢片支架又固定在上磁轭托板上；在被测电工钢片下部放置H 线圈传感器；B线圈传感器则直接缠绕在被测电工钢片上。 在被测电工钢片支架和H线圈传感器之间放置海绵或柔软且绝缘的非铁磁材料。 H线圈传感器用漆包线绕制，缠绕在支架上，支架四个角部粘有导电板，H线圈传 感器的引线由导电板引出。 被测电工钢片置于上磁轭与下磁轭所形成的正交磁路的的中心。 上磁轭、下磁轭均采用C型切口铁心，两个铁心尺寸完全相同，铁心除开口处外无缝隙，在铁心开口处端部加工成楔型或者尖角型或者平面。 被测电工钢片为正方形，且其轧制方向a与励磁方向成不同的剪裁角e。裁剪， 0°《9。《90° ;被测电工钢片中心区域对称打孔，缠绕B线圈传感器。 所述电工钢片二维磁特性单片测量器中的上磁轭、下磁轭均采用单轭结构 —种电工钢片二维磁特性单片测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤 (1)在被测电工钢片的两个正交方向上加载指定的励磁电压，电压波形根据具体 电气设备的电源确定； (2)通过B线圈传感器和H线圈传感器测量电工钢片中的磁通密度和磁场强度； (3)改变电压波形的幅值，重复步骤(1) 、 (2)，得到一组磁通密度幅值从小到大变 化的磁化曲线； (4)通过改变电工钢片的测量角度，改变被测磁场的方向，重复步骤(1)、 (2)、 (3)，得到一组不同磁场方向、幅值从小到大变化的磁化曲线； (5)根据需要输入两相或单相任意波形的电压，通过改变励磁电压的波形，得到不 同电压源激励下电工钢片的磁特性，重复步骤(1)、 (2)、 (3)、 (4)，得到一组不同电源励磁、 不同磁场方向、幅值从小到大变化的磁化曲线。 在信号采集过程中，B线圈传感器和H线圈传感器上的信号要同步采集，如果采用 异步采集方式，时间延迟应小于10ns。 在测试过程中，励磁电压先从小信号开始加载，逐渐升高，直到被测样片达到饱 和。3、优点及效果本专利技术相较于现有技术的优点在于 (1)本专利技术在功率放大器的输入端增加了低通滤波器，滤波器可以滤掉控制信号5中的高频噪声，而传感器的输出信号则经过隔离放大器送到数据采集卡的输入端，感应电 压信号中的噪声可以得到有效抑制。 (2)本专利技术为改变对被测样片的励磁方向，将被测样片裁剪成励磁方向与轧制方 向成不同角度的样片，这种方法的优点是被测样片改变方向相当于励磁方向的改变，避免 对外加磁场方向进行控制。 (3)本专利技术的测量器装置采用立体结构，两条磁路相互独立，铁轭采用C型切口铁 心加工，并采用单轭结构，这种结构的优点是节省材料成本，减少铁心重量，铁心除与被测 样片连接处外无其它缝隙，有利于励磁绕组的套装，且可以减少加工精度带来的误差给测 量造成的影响。将铁心端口处加工成尖角，为改善样片被测区域的均匀度，铁心尖角的角度 可以通过数值优化方法作适当调整，这种结构的优点是可以提高被测区域的场强和均匀 度。 (4)本专利技术在H线圈支架的四个角部粘贴导电板，将H线圈传感器的引线由导电板 引出。其优点在于使H线圈能够平整地放置在样片表面，线圈引线从四个角引出可以防止 引线断裂。 7、底座t系统示意图； t器立体结构示意图 t器内部结构示意图 t器局部放大示意图四附图说明 图1为电工钢片二维磁特性单片效 图2为电工钢片二维磁特性单片效 图3为电工钢片二维磁特性单片效 图4为电工钢片二维磁特性单片效 图5为B线圈和被测样片的裁剪方法示意图； 图6为H线圈及其支架示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电工钢片二维磁特性单片测量系统，包括控制计算机（３１）、与该计算机连接的数据采集卡（３２），数据采集卡（３２）的信号输出端依次通过功率放大器（３５）、（３６），隔离变压器（３７）、（３８），与电工钢片二维磁特性单片测量器的输入端连接，电工钢片二维磁特性单片测量器的输出端又与数据采集卡（３２）的输入端连接，其特征在于：在数据采集卡（３２）的信号输出端与功率放大器（３５）、（３６）的信号输入端之间连接一组低通滤波器（３３）、（３４），在电工钢片二维磁特性单片测量器的信号输出端与数据采集卡（３２）的信号输入端之间连接一组隔离放大器（３９）、（４０）、（４１）、（４２）；电工钢片二维磁特性单片测量器包括互相垂直的上磁轭（１）、下磁轭（２），上磁轭（１）与上磁轭托板（１０）、上磁轭固定装置（９）固定连接，上磁轭托板（１０）通过支架（８）固定在底座（７）上；下磁轭（２）直接固定在底座（７）上；２对励磁绕组（３）、（４）、（５）、（６）缠绕在绕组支架上，且第一对励磁绕组（３）、（４）对称地缠绕在下磁轭（２）的两个端部，第二对励磁绕组（５）、（６）对称地缠绕在上磁轭（１）的两个端部，且位置远离铁轭开口处，其中第一对励磁绕组（３）和（４）串联，第二对励磁绕组（５）和（６）串联；木螺丝（１３）、（１４）通过上磁轭固定装置（９）和被测电工钢片保护板（１８）将被测电工钢片（１５）固定在被测电工钢片支架（１７）上；被测电工钢片支架（１７）又固定在上磁轭托板（１０）上；在被测电工钢片（１５）下部放置Ｈ线圈传感器（１６）；Ｂ线圈传感器（２１）、（２２）则直接缠绕在被测电工钢片（１５）上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢德馨，王晓燕，车新生，曾林锁，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]