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變壓器磁芯和線圈材料的磁場特性測量
上傳時(shí)間:24-09-08

使用高精度功率分析儀LMG600LMG500系列產(chǎn)品,可以測量變壓器磁芯和線圈材料的磁場特性以及精確測量功率損耗。

包括磁通量的峰值、磁場強(qiáng)度、低頻或高頻工作下的磁芯的導(dǎo)磁系數(shù),對(duì)于應(yīng)用磁芯的磁性元件的質(zhì)控非常有幫助。

傳統(tǒng)的測量方法需要正弦的磁場強(qiáng)度或磁通量,需要昂貴、復(fù)雜的信號(hào)源才能實(shí)現(xiàn)。特別是測試的重點(diǎn)是飽和區(qū)間,在此范圍下對(duì)于信號(hào)源的要求非常高。如果有一臺(tái)智能的測試儀器,可以測量任意曲線的電壓和電流,可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算,即便是配合諧波很大的低成本電源一起使用,也會(huì)使得測試變得更簡單經(jīng)濟(jì)有效。 

測量功率損耗

鐵氧化磁芯的損耗和磁滯回路的面積成正比,另外也和溫度、頻率、磁通密度、鐵素體材質(zhì)、磁芯的幾何體形狀有關(guān);通過施加一個(gè)任意波形信號(hào)于包芯的一次側(cè),然后測量二次測的開路電壓,LMG 系列產(chǎn)品可以輕松確定損耗。

一次側(cè)線圈電流峰值(Ipk)與磁場強(qiáng)度(Hpk)成正比,二次側(cè)線圈開路電壓整流平均值(Urect)和磁通密度成正比。磁滯回路的積分等效于實(shí)測的真實(shí)功率。線繞式鐵芯的總損耗包含了磁滯損耗、渦流損耗、線圈損耗及其它損耗。當(dāng)測量鐵氧體磁芯損耗時(shí),不應(yīng)測量銅損,可以用下面的測量電路來實(shí)現(xiàn):


圖1:磁芯損耗測量回路

在這種情況下,功率損耗Ploss = Utrms × Itrms× cosφ。使用這個(gè)測量電路,一次側(cè)的銅電阻造成的電壓降沒有影響,因?yàn)橐淮蝹?cè)電路只測量了電流值。為了測量真正的磁化電壓,二次側(cè)回路沒有電流通過。一次側(cè)和二次側(cè)的銅損同時(shí)排除在被測的功率損耗之外。由于對(duì)Utrms、Itrms和cosφ的精確測量,不需要對(duì)磁滯回路進(jìn)行積分和動(dòng)態(tài)運(yùn)行,損耗可以通過LMG系列產(chǎn)品直接測量、實(shí)時(shí)的顯示和讀取。

為了更好地解決這個(gè)測量難題,如下細(xì)節(jié)需要注意:

功率損耗的計(jì)算誤差公式:

總的損耗誤差包含了測量的電壓、電流的幅值誤差以及它們之間延遲時(shí)間不同造成的誤差。這些延遲時(shí)間不同是由于每個(gè)測量通道的延遲時(shí)間不同造成的。

通常損耗非常小,而且相位角接近90 度,所以cosφ幾乎為0,Δcosφ比上cosφ的值就會(huì)變得很大,給測量誤差帶來很大影響。

數(shù)值例子:

假設(shè)測量一個(gè)鐵氧體磁芯損耗,cosφ為0.06,一次側(cè)電流為50kHz正弦信號(hào),利用公式:φ= t×360°×f,延遲時(shí)間t大概只有3.8ns,但是結(jié)果cos(φ+Δφ)/cosφ≈2%,短于1米的測試線已經(jīng)存在這樣小的延遲。另外還沒算上ΔU / U 和ΔI / I引起的誤差。但是,如果用LMG 這樣高精度的功率分析儀,這些問題可以忽略掉。

對(duì)于這樣的測量難題,選擇一臺(tái)好的儀器非常關(guān)鍵,需要的不僅是電壓、電流的高精度,更重要的是功率測量的高精度,另外,測試回路的精心設(shè)計(jì)對(duì)于取得高精度的測量結(jié)果也非常重要,測量回路一定要盡量短而且等長。

LMG系列功率分析儀為此類測量做過校準(zhǔn),包含特殊的延遲調(diào)整,因此電壓、電流通道之間的延遲小于4ns。用戶可以調(diào)整延遲時(shí)間。

由于 LMG強(qiáng)大的功能,用戶可以獲得其他磁場相關(guān)的參數(shù)。

磁場強(qiáng)度的測定

Hpk是磁芯磁場強(qiáng)度的峰值,n1是一次側(cè)繞組,Ipk是一次側(cè)電流的峰值,lmagn是磁路長度。Hpk是完全確定的,取決于一次側(cè)電流波形形狀。只有一個(gè)要求,電流必須是對(duì)稱的。例如Ipk=Ipp/2 。

該方程在LMG610中的公式編輯器以符號(hào)表示為:

磁通密度的測定

N2是二次側(cè)繞組,A是磁芯材料有效磁剖面,f=1/T是感應(yīng)電壓的頻率,Bpk是完全確定的,取決于信號(hào)形狀。

該方程在LMG610中的公式編輯器以符號(hào)表示為:

相對(duì)幅值導(dǎo)磁系數(shù)的測定

該方程在LMG610中的公式編輯器以符號(hào)表示為:

磁芯損耗的測定

該方程在LMG610中的公式編輯器以符號(hào)表示為:

LMG610測量實(shí)現(xiàn)過程:

高精度功率分析儀與電源及被測設(shè)備的接線圖見圖1。在公式編輯器中編輯公式之后(圖2),可以實(shí)時(shí)讀?。▓D3)和/或存儲(chǔ)計(jì)算值。特別是磁場強(qiáng)度、磁通密度、相對(duì)幅值導(dǎo)磁系數(shù)等這些無法直接測量的數(shù)值可以在屏幕中實(shí)時(shí)顯示。

圖2:編輯公式


圖3:客戶自定義測量值


結(jié)論

通過直接測量獲得的參數(shù):感應(yīng)電壓整流平均值、頻率、一次側(cè)電流峰值以及用戶提供的鐵氧體磁芯尺寸數(shù)據(jù),可以測定鐵氧體的磁通密度、磁場強(qiáng)度、相對(duì)幅值導(dǎo)磁系數(shù),這些量可以實(shí)時(shí)計(jì)算并與直接測量的功率損耗同時(shí)顯示。

圖4:LMG610

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