電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，涉及基于微觀統(tǒng)計(jì)學(xué)原理推導(dǎo)出電工磁性材料異常損耗的計(jì)算模型，其步驟是：根據(jù)計(jì)算模型，設(shè)計(jì)測(cè)量裝置，對(duì)模型中的特性參數(shù)經(jīng)由試驗(yàn)獲得；再在此測(cè)量裝置上測(cè)量多組不同磁化頻率下的鐵心損耗再經(jīng)過數(shù)學(xué)擬合對(duì)電工磁性材料損耗系數(shù)加以確定；最后，應(yīng)用交流磁化時(shí)鐵心損耗的一般計(jì)算公式，獲得所測(cè)量的電工磁性材料異常損耗。本發(fā)明不僅使電工磁性材料異常損耗從理論上更為準(zhǔn)確，測(cè)量方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，而且具有通用性，可在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中提高電工設(shè)備的工作性能和運(yùn)行效率并降低能耗。
【專利說明】電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)方案涉及利用搭建的三維測(cè)量裝置對(duì)電工磁性材料異常損耗進(jìn)行測(cè)量，具體地說是電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電工磁性材料廣泛應(yīng)用于電氣工程領(lǐng)域，如電力變壓器、電機(jī)等鐵心部件，是直接影響電工設(shè)備電氣性能的最關(guān)鍵部分。提高電力變壓器、電機(jī)等電工設(shè)備工作性能和運(yùn)行效率并降低能耗的最有效途徑是解決鐵心材料三維磁特性的準(zhǔn)確測(cè)量和建模等問題，這也是國際電工領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)問題。CN201110053126.1公開了一種電工磁性材料旋轉(zhuǎn)磁化特性測(cè)量裝置，對(duì)測(cè)量元件的磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量與分析以獲取所述測(cè)試樣片的旋轉(zhuǎn)磁化特性，進(jìn)而可以指導(dǎo)電機(jī)等其它電工設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)。CN200710142784.1為一種電工磁性元件損耗的測(cè)量裝置，磁性元件的損耗實(shí)質(zhì)上為電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓與輸入電流的乘積，以通過電源轉(zhuǎn)換器的輸入電壓與輸入電流的乘積得到磁性元件的損耗，測(cè)量所需的時(shí)間很短，適合用于磁性元件的品質(zhì)管理。上述對(duì)電工磁性材料(元件)的特性(損耗)測(cè)量，都是通過設(shè)計(jì)測(cè)量裝置，利用物理關(guān)系等獲得所測(cè)量的電工磁性材料(元件)的特性(損耗)，其主要缺點(diǎn)如下:它們只能進(jìn)行單一純量的測(cè)量，缺乏通用性，裝置內(nèi)部設(shè)計(jì)過于復(fù)雜、繁瑣，加重了操作難度等。
[0003]因此，基于準(zhǔn)確、高效的目的，通過建模與計(jì)算研究，對(duì)電工磁性材料異常損耗進(jìn)行測(cè)量成為一個(gè)重要的研究課題，具有重要的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:在不增加工業(yè)成本及可多種多次精確測(cè)量的前提下，通過簡(jiǎn)單而又實(shí)用地操作對(duì)電工磁性材料異常損耗進(jìn)行測(cè)量，以提高電工設(shè)備的工作性能和運(yùn)行效率并降低能耗，并適于實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用。
[0005]本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，涉及基于微觀統(tǒng)計(jì)學(xué)原理推導(dǎo)出電工磁性材料異常損耗的計(jì)算模型，并設(shè)計(jì)測(cè)量裝置對(duì)各種參數(shù)和系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，求得其異常損耗。其步驟是:模型中的特性參數(shù)涉及到材料的微觀統(tǒng)計(jì)特性，提出了一種通過所設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置經(jīng)由試驗(yàn)獲得此材料參數(shù)的測(cè)量方法；在忽略磁化條件的影響時(shí)，給出了通過所設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置測(cè)量多組不同磁化頻率下的鐵心損耗再經(jīng)過數(shù)學(xué)擬合對(duì)電工磁性材料損耗系數(shù)加以確定的具體措施；最后，應(yīng)用交流磁化時(shí)鐵心損耗的一般計(jì)算公式，獲得包括異常損耗在內(nèi)的各種損耗。
[0006]上述電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，所述的計(jì)算模型推導(dǎo)如下:假設(shè)平均磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為?，磁化強(qiáng)度的最大值為Bmax，磁化頻率為fm，且有:
[0007]B = 4Bmaxfm
[0008]對(duì)每個(gè)磁對(duì)象來說，其動(dòng)態(tài)行為都受Hadf控制，此處:
[0009]Hndf X Φ
[0010]Hadf =Pa / B
[0011]其中，Hadf代表作用在每個(gè)磁對(duì)象上的異常動(dòng)態(tài)場(chǎng)，0對(duì)應(yīng)于每個(gè)磁對(duì)象的磁通變化率。
[0012]在電工磁性材料的截面中，當(dāng)有--個(gè)磁對(duì)象同時(shí)作用時(shí)，?將會(huì)是薄片材料整個(gè)截面中磁場(chǎng)變化率處的1/5 (s代表電工磁性材料的截面積)，從而:
[0013]Hadf cc ψ?
[0014]進(jìn)一步將上式改寫為:
[0015]Ha4 = Pa/B = Hwln(I)
[0016]n =Hw/Hadf(2)
[0017]式中，=Hw 與 Gw 有關(guān)，Gw= (4/ Ji3) [ Σ kl/(2k+l)3]=
0.1356。且可知，;?同時(shí)是Hadf和Pa的函數(shù)。
[0018]對(duì)于電工磁性材料，其微觀統(tǒng)計(jì)特性^滿足如下規(guī)律:
[0019]Ti = ^HadfIH0(3)
[0020]此處，&和Hci分別為磁化頻率趨于O時(shí)活動(dòng)的磁對(duì)象數(shù)量的最大值和此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0021]聯(lián)立(1)-(3)式可進(jìn)一步將⑴式改寫為:
[0022]Hadf =PjB = Ti0H0 φ + 4αΟ?ΞΒ/(η02 H0) -1 )/2
[0023]即:

【權(quán)利要求】
1.電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，其特征在于涉及基于微觀統(tǒng)計(jì)學(xué)原理推導(dǎo)出電工磁性材料異常損耗的計(jì)算模型，其步驟是:根據(jù)計(jì)算模型，設(shè)計(jì)測(cè)量裝置，對(duì)模型中的特性參數(shù)經(jīng)由試驗(yàn)獲得；再在此測(cè)量裝置上測(cè)量多組不同磁化頻率下的鐵心損耗再經(jīng)過數(shù)學(xué)擬合對(duì)電工磁性材料損耗系數(shù)加以確定；最后，應(yīng)用交流磁化時(shí)鐵心損耗的一般計(jì)算公式，獲得所測(cè)量的電工磁性材料異常損耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，其特征還在于，所述的計(jì)算模型基于微觀統(tǒng)計(jì)學(xué)原理推導(dǎo)出，即:
為簡(jiǎn)單起見，可將上式近似寫為:
是最終獲得的材料異常損耗計(jì)算模型，對(duì)于不同類型的電工磁性材料，只需確定描述其微觀統(tǒng)計(jì)特性的2個(gè)參數(shù)\和Htl,即可對(duì)其異常損耗加以計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，其特征還在于，所述的特性參數(shù)的試驗(yàn)測(cè)量方法:1、首先測(cè)量同一電工磁性材料在不同磁化頻率下的損耗，并分離出異常損耗，繪制pa/fm~fm的關(guān)系曲線；2、其次利用(I)式可計(jì)算得到一組Hadf的值，同時(shí)計(jì)算得到一組對(duì)應(yīng)的Hw值；3、再次通過式(2)可得一組對(duì)應(yīng)的；?值，并繪制H的關(guān)系曲線，由式(4)知，曲線的延長線與^軸的交點(diǎn)就是對(duì)應(yīng)4、最后按直線對(duì)所繪制的曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，其斜率的倒數(shù)即為凡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，其特征還在于，所述的獲得損耗系數(shù)的具體措施為:由交流磁化時(shí)鐵心損耗的一般計(jì)算公式
Pail = KhfB:+Ke(fBm)2+Ka(fBm)15 式中，Kh為磁滯損耗系數(shù)，α為磁滯損耗經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，&為渦流損耗系數(shù)，Ka為異常損耗系數(shù)；設(shè)在磁化頻率為Bffli時(shí)測(cè)得的鐵心損耗為PFei，共測(cè)量η組數(shù)據(jù)；通過上式計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)的鐵心損耗為Paili，也是η組數(shù)據(jù)；通過下式對(duì)Kh、a、K6和Ka進(jìn)行擬合:
式中，Kh、a、Ke和Ka均為待定系數(shù)；當(dāng)f(Kh, a，Ke, Ka)取得最小值時(shí)的Kh、a、Ke和Ka即為所要確定的系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電工磁性材料異常損耗測(cè)量方法及其裝置，其特征還在于，所述的所設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置為新型三軸正交磁特性測(cè)試系統(tǒng)，它帶有能使樣品實(shí)現(xiàn)飽和磁化的可控激磁裝置和能檢測(cè)微小信號(hào)的高精度表面?zhèn)鞲芯€圈，可測(cè)量疊片結(jié)構(gòu)或?qū)嵭慕Y(jié)構(gòu)樣品任意方向的磁特性。
【文檔編號(hào)】G01R33/12GK104198966SQ201410468496
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】李勁松, 楊慶新, 李永建, 張長庚 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)