測量單片磁導計等效磁路長度的研究
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在IEC的標準中，愛波斯坦方圈法和單片磁導計法是兩種獨立有效的測量方法，它們的等效磁路長度都是約定的，并通過大量實驗確定了這兩種測量方法所得數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系[1]。而在國標中采用了約定愛波斯坦方圈法測量的等效磁路長度[2]，而未約定單片磁導計的等效磁路長度的做法[3]，使得單片磁導計的等效磁路長度成為一個受材料和人員操作等因素影響的參量，造成兩種測量方法得出的測量數(shù)據(jù)往往不一致，容易產(chǎn)生因測量方法不同而造成的材料品質(zhì)認定糾紛。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/333675.htm按照國標中磁導計法的等效磁路長度的確定方法，為了保證測量數(shù)據(jù)的一致，需要確定磁導計對不同材料型號，在不同磁極化強度測試點、不同頻率下的等效磁路長度，這不僅增加了用磁導計法測試的工作量，還使得磁導計測量法成為了一種依賴于愛波斯坦方圈法的測試方法，不能充分發(fā)揮單片磁導計測量無損檢測的優(yōu)點。
在IEC-60404標準中，給出了兩種測量方法數(shù)據(jù)等效的建議，在附錄B中給出了與國標規(guī)定一致的磁導計等效磁路長度的修正辦法，對于只有一種測試方法的情況，附錄C給出了兩種測量結(jié)果的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，并且給出了比總損耗等參數(shù)的實驗擬合公式。
本文采用測量磁場強度的辦法確定單片測試中的實際等效磁路長度，通過實驗測量數(shù)據(jù)與IEC-60404標準中的實驗擬合公式對比，探討一種不依賴于愛波斯坦方圈法而又能使兩種測量方法測試數(shù)據(jù)統(tǒng)一的磁導計等效磁路長度的確定方法，實驗結(jié)果證明這一方法切實可行，可以大大簡化磁導計測量方法的操作，并提高磁導計的通用性。
2.等效磁路長度的測量原理
用磁導計測量單片電工鋼片的磁性能時，電工鋼片和磁軛以及勵磁線圈組成無載變壓器，假定Lm為等效磁路長度，根據(jù)安培環(huán)路定理，則有：
H•Lm= N1• I………………………………………(1)
由于勵磁線圈的匝數(shù)N1是確定的，勵磁電流I可以通過電流表測得，如果還能確定環(huán)路中的磁場強度H，則可以通過這個公式計算得到等效磁路長度Lm。
為了測得磁場強度H，在磁導計線圈骨架內(nèi)增加一組磁場強度H測試線圈，貼近被測試的電工鋼片，用平均值電壓表測得測試線圈的感應電壓U，則可依據(jù)公式（2）計算得到磁場強度H。
式中：μ0為真空磁導率，4π×10-7, H/m;
N2為磁場強度H測試線圈匝數(shù)；
F為測試頻率，Hz；
s為有效面積，m2
綜合(1)、(2)，等效磁路長度可由公式(3)確定。
本文研究等效磁路長度的測量，因此只需要根據(jù)比總損耗的修正關(guān)系就可以得到等效磁路長度修正關(guān)系。IEC-60404標準給出的比總損耗的修正關(guān)系如公式(4)所示：
式中：Pss為單片磁導計測量的比總損耗, W；
PSE為愛波斯坦方圈法測量的比總損耗, W；
IEC-60404中磁導計的等效磁路長度約定為0.45m，將測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到愛波斯坦方圈法，隨著J增大，增σP大，則意味著用磁導計的等效磁路長度減小，為了可以用等效磁路長度的變化來反映比總損耗的變化，根據(jù)σP的變化將σL歸一化到1.0T，則可以得到以下關(guān)系。
序號 | J(T) | σL(%) |
1 | 1.0 | 1 |
2 | 1.1 | 0.9991 |
3 | 1.2 | 0.9961 |
4 | 1.3 | 0.993 |
5 | 1.4 | 0.9893 |
6 | 1.5 | 0.9845 |
7 | 1.6 | 0.9779 |
8 | 1.7 | 0.968 |
9 | 1.8 | 0.9594 |
表1不同J值下的測量數(shù)據(jù)
由公式(3)，通過測量可以得到表1中各工作點的I/U關(guān)系，并將其歸一化到1.0T，如果歸一化結(jié)果與σL變化一致，則說明測量等效磁路長度的方法有效。
3.實驗與數(shù)據(jù)
實驗原理如下圖所示，勵磁電源采用TD8510單片硅鋼測試系統(tǒng)，電源精度為0.01%，磁導計為500mm×500mm，H測量線圈匝數(shù)為300T，繞制在3mm厚的骨架上，骨架寬度為400mm。單片硅鋼為取向硅鋼標準樣品，在該磁導計上，當硅鋼工作在1.0T時，磁導計測量線圈電壓為13.026V。
硅鋼片退磁后，調(diào)整勵磁電源，使硅鋼片工作在1.0T-1.8T，依次記錄各測試點的勵磁電流I和磁場測量線圈的平均值電壓U。
實驗數(shù)據(jù)及處理如下表所示：
序號 | J(T) | I(mA) | U(mV) | I/U | 歸一化 |
1 | 1.0 | 38.9 | 9.3 | 4.183 | 1 |
2 | 1.1 | 47.1 | 11.3 | 4.168 | 0.9964 |
3 | 1.2 | 59.5 | 14.3 | 4.161 | 0.9947 |
4 | 1.3 | 80.4 | 19.5 | 4.123 | 0.9857 |
5 | 1.4 | 116.6 | 28.6 | 4.077 | 0.9747 |
6 | 1.5 | 194.1 | 48.2 | 4.027 | 0.9627 |
7 | 1.6 | 435.6 | 109.2 | 3.989 | 0.9536 |
8 | 1.7 | 1227 | 310.5 | 3.952 | 0.9448 |
9 | 1.8 | 2954 | 758.6 | 3.894 | 0.9309 |
表2實驗數(shù)據(jù)及處理
4.實驗分析
由于磁場感應電壓很小，感應電壓U的測量受信號信噪比低的影響，測量準確度僅在1%左右，給測量結(jié)果造成了誤差，但是，通過對比實驗處理結(jié)果和根據(jù)IEC標準中實驗結(jié)論推導出來的結(jié)果可以看出，反映等效磁路長度的I/U變化量與計算結(jié)果基本一致，驗證了通過測量磁場強度來確定等效磁路長度的方法有效。進一步改善實驗效果的措施包括增大磁場測量線圈面積和匝數(shù)，設(shè)計微弱信號的前置放大電路等。
5.結(jié)論
本文通過實驗得出了反映磁導計等效磁路的I/U關(guān)系，并與IEC標準中兩種測量方法轉(zhuǎn)換關(guān)系得出的磁導計等效磁路長度變化的關(guān)系比較，得到了一致的結(jié)果，說明了測量磁導計等效磁路長度的可行性。通過進一步的研究和實驗，可以得到確定的H-Lm關(guān)系，則這種方法可以成為單片磁導計國標的一個補充。采用這種方法，可以簡化單片磁導計確定等效磁路長度的實驗，減少測試中材料的損耗，有利于電工鋼片測試標準的應用。
參考文獻：
【1】IEC 60404-3Magnetic materials part 3 : Methods of measurement of the magnetic properties of magnetic sheet and strip by means of a single sheet tester
【2】GB／T 3655-2008用愛潑斯坦方圈測量電工鋼片(帶)磁性能的方法
【3】GB/T 13792-92單片電工鋼片（帶）磁性能測量方法
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