[發(fā)明專利]一種基于磁感原理的磁性材料B-H曲線測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011350288.7
• 申請(qǐng)日: 2020-11-26
• 公開（公告）號(hào): CN112540330B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程明;朱新凱;秦偉;王政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/12
• 分類號(hào): G01R33/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

本發(fā)明公開了一種基于磁感原理的磁性材料B?H曲線測(cè)量方法，涉及電工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。測(cè)量所用裝置包括愛潑斯坦方圈、交流電源、功率分析儀和示波器。本發(fā)明的核心內(nèi)容是基于一種磁路矢量模型對(duì)愛潑斯坦方圈進(jìn)行電磁耦合建模，愛潑斯坦方圈的鐵心由被測(cè)硅鋼片疊壓而成，鐵心上纏繞匝數(shù)相等的勵(lì)磁線圈和探測(cè)線圈，測(cè)量過程是首先得到僅考慮鐵心非線性磁阻的基準(zhǔn)B?H曲線，然后再由基準(zhǔn)B?H曲線推導(dǎo)獲得任意頻率磁場(chǎng)下包含渦流影響的B?H曲線。本發(fā)明提出了只需要測(cè)定某一頻率下的B?H曲線就可以推導(dǎo)出任一頻率下B?H曲線的測(cè)量和模擬方法，該方法應(yīng)用于中高頻率B?H曲線的測(cè)量可獲得較高的準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種磁性材料B-H曲線的測(cè)量方法。

背景技術(shù)

有限元法是電磁裝置設(shè)計(jì)分析過程中經(jīng)常應(yīng)用的方法，如果希望求解結(jié)果與真實(shí)情況一致，一方面需要設(shè)定合適的求解域，施加合理的邊界條件，另一方面則需要準(zhǔn)確模擬材料的真實(shí)特性。硅鋼片是電磁裝置中經(jīng)常使用的一種軟磁性材料，它具有非線性、磁滯、導(dǎo)電等特性。在常規(guī)的電磁場(chǎng)有限元計(jì)算中，通常僅用一條B-H曲線去模擬硅鋼片的非線性特性，而忽略硅鋼片的磁滯特性和渦流特性，即不考慮直流偏磁和渦流反作用對(duì)外部磁場(chǎng)的影響。這樣的硅鋼片模擬方式通常導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與真實(shí)情況有偏差，尤其一些在中高頻率下工作的電磁裝置，渦流反作用非常明顯，結(jié)果誤差更大。因此，更加準(zhǔn)確的磁性材料測(cè)量和模擬方式仍是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

圍繞硅鋼片的測(cè)量和模擬有許多研究工作。美國(guó)阿克倫大學(xué)的TekgunBurak等人測(cè)量了硅鋼片同時(shí)存在過飽和和直流偏磁情況下的鐵耗和B-H曲線。瑞典皇家理工大學(xué)的A.J.Bergqvist提出了矢量JA模型描述硅鋼片在旋轉(zhuǎn)磁化情況下的磁滯特性。巴西的LeiteJ.V.等人在矢量JA模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了自勵(lì)感應(yīng)發(fā)電機(jī)的起動(dòng)過程仿真模型，可以仿真硅鋼片的磁滯和渦流效應(yīng)對(duì)電機(jī)輸出特性的影響。中國(guó)東南大學(xué)的朱灑等人采用多項(xiàng)式外推與飽和磁化強(qiáng)度相結(jié)合的方法模擬了硅鋼片飽和區(qū)域的B-H曲線，得到了較好的計(jì)算結(jié)果。但是，目前關(guān)于硅鋼片不同頻率下B-H曲線測(cè)定和模擬方法的研究較少，如果要得到不同頻率下的B-H曲線，需要逐頻率依次測(cè)量，費(fèi)時(shí)而且需要專門的高頻實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)背景技術(shù)的缺陷，提出了一種只需要測(cè)定某一頻率下的B-H曲線就可以推導(dǎo)出任一頻率下B-H曲線的測(cè)量和模擬方法，該方法應(yīng)用于中高頻率B-H曲線的測(cè)量可獲得較高的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明提出一種磁性材料B-H曲線的測(cè)量方法，基于磁路矢量模型對(duì)愛潑斯坦方圈進(jìn)行電磁耦合建模，愛潑斯坦方圈的鐵心由被測(cè)硅鋼片疊壓而成，鐵心上纏繞匝數(shù)相等的勵(lì)磁線圈和探測(cè)線圈；所述測(cè)量方法包括：

(一)、基準(zhǔn)B-H曲線測(cè)量過程：

S1、在勵(lì)磁線圈上接入基準(zhǔn)頻率為f的電壓將產(chǎn)生勵(lì)磁電流在探測(cè)線圈上將出現(xiàn)感應(yīng)電壓愛潑斯坦方圈鐵心中的磁通表示為其中N₂為探測(cè)線圈的匝數(shù)；

S2、去除勵(lì)磁繞組銅耗后，通過功率分析儀測(cè)得通入勵(lì)磁繞組的有功功率，根據(jù)有功功率與磁感的關(guān)系求得磁感L_mc，ω為磁路中磁通變化的角頻率；

S3、通過示波器觀測(cè)每一個(gè)感應(yīng)電壓對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流的最大值，由此可得出愛潑斯坦方圈鐵心磁路的磁勢(shì)和磁通進(jìn)而可求得整個(gè)鐵心的磁阻抗通過磁阻抗大小的計(jì)算公式和磁感L_mc，可得出在勵(lì)磁電流作用下鐵心的磁阻R_mc；

S4、由磁通除以鐵心的截面積s可得到鐵心磁密通過磁阻R_mc的計(jì)算公式R_mc＝l/(μs)，可得出鐵心的磁導(dǎo)率μ，進(jìn)而可得到與磁密相對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度其中l(wèi)為鐵心磁路的平均長(zhǎng)度；

調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流重復(fù)測(cè)試流程，得到僅考慮鐵心非線性磁阻的基準(zhǔn)B-H曲線；