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变压器铁芯和线圈的磁性特征的测试

2019-06-13

高精度功率分析仪LMG系列产品,可以测量变压器铁芯和线圈的磁性特征以及对于功率损耗的精确测量,用高频信号测量硅钢磁芯和铁氧体磁芯的功率损耗:准确、简单、实时.

包括磁通量的峰值,磁场强度,低频或高频工作下的磁芯的导磁系数,对于应用磁芯的磁性元件的质控非常有帮助。

传统的测量方法需要正弦磁场强度或者昂贵复杂的信号源,由于测试的重点是饱和区间,所以对信号源的输出范围要求很高。如果有一台智能的测试仪器,配合低成本的电源甚至谐波扰动很大的市电都可以实现的话,将会使得测试变得更简单经济有效。

测量功率损耗

铁氧化磁芯的损耗和磁滞环面积成正比,另外也和温度,频率,磁通密度,铁素体材质,磁芯的几何体形状有关,通过施加一个任意波形型号于包芯的一次侧,然后测量二次测的开路电压,LMG系列产品可以轻松确定损耗。

初级线圈电流峰值(Ipk)与磁场强度(Hpk)成正比,次级线圈开路电压整流值(Urect)和磁通密度成正比。磁滞回线的面积和体磁铁损耗的能量成正比。

总的线绕式铁芯损耗包含了磁滞损耗Ploss、涡电流损耗、线圈损耗及其它剩余损耗,当测量铁氧体磁芯损耗时,铜损不应计算在内,测量可以通过下列接线图来实现:

这种情况下,功率损失Ploss = Utrms · Itrms · cos φ.,利用这个测试线路,一次侧铜阻造成的压降没有影响,因为一次侧只测量了电流,为了测量实时的磁化电压,二次侧回路没有电流流通.一次测和二次侧铜损同时被排除在了功率损耗之外.由于对Utrms, Itrms 和 cos的精确测量,磁滞回线的完整和典型曲线不需要知道,能量损耗可以通过LMG系列产品直接测量、实时的显示和读取。

为了更精确的解决这个测量难题,如下细节需要注意:

功率损耗的计算误差公式

总的损耗误差包含了测量的电压电流值的幅值误差以及他们延迟不同造成的误差,这些延迟是由于每个测量通道的延迟时间不同造成。通常损耗非常小而且相位延迟接近90度,所以cos几乎为0,Δcos比上cos的值就会变得很大,给测量误差带来很大影响。

例如:

测量一个铁氧体磁芯损耗,cos为0.06,一次测施加50KHz正弦信号,利用公式: = t 360° f,延迟时间t大概只有3.8ns,但是结果Δcos cos = 2%,这样小的延迟已经存在于测量线小于1m回路中,另外还没算上ΔU /U 和 ΔI/I引起的误差。但是,如果用LMG这样高精度的功率分析仪,这些问题可以忽略掉。

对于这样困难的测量,选择一台好的仪器非常关键,需要的不仅是电压电流的高精度,更重要的是功率测量的高精度,另外,测试回路的精心设计对于取得好的测量结果也非常重要,测量回路一定要尽量短而且等长。

LMG功率分析仪转为此类应用而生,独有的延迟调节功能,对于4ns内的电压电流通道之间的延迟可以自由调节。

由于LMG强大的功能,用户可以获得另外磁场相关的参数:

磁场强度:Hpk=Ipp/2*n1/lmagn

磁通密度:Bpk = Urect/(4 · f · n2 · A)

相对幅值导磁系数:ua=Bpk/Hpk/1.2566e6

磁芯损耗:Pfe = P * n1/n2

LMG系统功率分析仪测试过程:

按照图1把功率分析仪和电源及待测设备连接,通过脚本编辑器内置公式,计算出来的值可以直接读取,图形显示或打印。

特别是磁场强度、磁通密度、导磁系数这些无法直接测量的量可以实时的显示在屏幕中。

结论:

通过直接测量获得的参数:整流过的传导电压,频率,一次侧电流峰值以及用户提供的铁氧体磁芯尺寸数据,可以算出磁通量,磁场强度,导磁系数,这些量可以通过功率分析仪LMG系列实时的显示。

当变压器发生故障时,可交由专门的三相大电流发生器进行检测

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