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            變壓器磁芯和線圈材料的磁場特性測量
            上傳時間:19-02-24

            使用高精度功率分析儀LMG600、LMG500系列產品,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、磁場強度、低頻或高頻工作下的磁芯的導磁系數,對于應用磁芯的磁性元件的質控非常有幫助。

            傳統的測量方法需要正弦的磁場強度或磁通量,需要昂貴、復雜的信號源才能實現。特別是測試的重點是飽和區間,在此范圍下對于信號源的要求非常高。如果有一臺智能的測試儀器,可以測量任意曲線的電壓和電流,可以進行數學運算,即便是配合諧波很大的低成本電源一起使用,也會使得測試變得更簡單經濟有效。 

            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、磁芯的幾何體形狀有關;通過施加一個任意波形信號于包芯的一次側,然后測量二次測的開路電壓,LMG 系列產品可以輕松確定損耗。

            一次側線圈電流峰值(Ipk)與磁場強度(Hpk)成正比,二次側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測的真實功率。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。當測量鐵氧體磁芯損耗時,不應測量銅損,可以用下面的測量電路來實現:

            圖1:磁芯損耗測量回路

            在這種情況下,功率損耗Ploss = Utrms × Itrms× cosφ。使用這個測量電路,一次側的銅電阻造成的電壓降沒有影響,因為一次側電路只測量了電流值。為了測量真正的磁化電壓,二次側回路沒有電流通過。一次側和二次側的銅損同時排除在被測的功率損耗之外。由于對Utrms、Itrms和cosφ的精確測量,不需要對磁滯回路進行積分和動態運行,損耗可以通過LMG系列產品直接測量、實時的顯示和讀取。

            為了更好地解決這個測量難題,如下細節需要注意:

            功率損耗的計算誤差公式:

            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間不同造成的誤差。這些延遲時間不同是由于每個測量通道的延遲時間不同造成的。

            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的值就會變得很大,給測量誤差帶來很大影響。

            數值例子:

            假設測量一個鐵氧體磁芯損耗,cosφ為0.06,一次側電流為50kHz正弦信號,利用公式:φ= t×360°×f,延遲時間t大概只有3.8ns,但是結果cos(φ+Δφ)/cosφ≈2%,短于1米的測試線已經存在這樣小的延遲。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。

            對于這樣的測量難題,選擇一臺好的儀器非常關鍵,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,測試回路的精心設計對于取得高精度的測量結果也非常重要,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,包含特殊的延遲調整,因此電壓、電流通道之間的延遲小于4ns。用戶可以調整延遲時間。

            由于 LMG強大的功能,用戶可以獲得其他磁場相關的參數。

            磁場強度的測定

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

            該方程在LMG610中的公式編輯器以符號表示為:

            磁通密度的測定

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

            該方程在LMG610中的公式編輯器以符號表示為:

            相對幅值導磁系數的測定

            該方程在LMG610中的公式編輯器以符號表示為:

            磁芯損耗的測定

            該方程在LMG610中的公式編輯器以符號表示為:

            LMG610測量實現過程:

            高精度功率分析儀與電源及被測設備的接線圖見圖1。在公式編輯器中編輯公式之后(圖2),可以實時讀?。▓D3)和/或存儲計算值。特別是磁場強度、磁通密度、相對幅值導磁系數等這些無法直接測量的數值可以在屏幕中實時顯示。

            圖2:編輯公式


            圖3:客戶自定義測量值


            結論

            通過直接測量獲得的參數:感應電壓整流平均值、頻率、一次側電流峰值以及用戶提供的鐵氧體磁芯尺寸數據,可以測定鐵氧體的磁通密度、磁場強度、相對幅值導磁系數,這些量可以實時計算并與直接測量的功率損耗同時顯示。

            圖4:LMG610


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