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浅谈互感器磁芯材料低磁场磁性测试

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浅谈互感器磁芯材料低磁场磁性测试

发布日期:2018-09-07 作者: 点击:

国家标准中对于磁性材料推选采用方圈和双磁轭磁导仪来测量其交流磁性能,但适用于饱和磁场下的磁性能测试,而无法测量低磁场下的磁感应强度。同时,美国材料与试验协会标准ASTM及俄罗斯国家标准均提到,可选用环形互感器磁芯试样作为材料测试磁性的标准试样。为此,我们采用绕制的内径120mm作为标准试样的内径,并参照相关俄罗斯国家标准选用外径与内径之比为1.3,试样的高度分别定为40mm和100mm,即试样为内径120mm,外径156mm,高分别为40mm和100mm的环形试样(分别为进口A、B铁芯材料各五件)。


  为便于比较,选取具有代表性的LM363和LMH-550型产品中测量级铁芯(进口B铁芯材料,数量分别为五件和两件)。


  2.2 测试条件


  为使试验数据与生产检验有较强的比对性,采用与实际生产检验相似的试验方法进行测试,即采用交流测试线路。


  2.3 测试方法


  (1)生产检验中,是对铁芯改变一次线圈中励磁电流的方式来施加外磁场,然后测量二次线圈两端的感应电动势,再由下式(1)来获得对应当前磁场下的磁感应强度值。


  Uf=4.44 BSN2 f(1)


  其中,Uf为次级绕组感应电势(V)


  B为标定磁感应强度(Gs)


  S为试样的横截面积(cm2)


  N2为次级绕组的匝数(匝)


  f为交流磁场的重复频率(50Hz)


  (2)本文首先以磁感应强度B为自变量,在0~20 000Gs之间选取数量的数据点,根据式(1)计算出当前磁感应强度下的感应电动势Uf值,再通过调节一次线圈中的电流获得Uf值,并记录下此时一次线圈中的励磁电流值I。再根据式(2)得出此时的H, 终获得H—B的对应关系。


  H=N1·I/π·D平(2)


  其中,H为外磁场强度值(A/m)


  I为一次励磁电流值(A)


  N1为一次线圈的匝数(匝)


  D平为试样的平均直径(cm)


  3 分析与讨论


  B40—B材料高为40mm试样


  B100—B材料高为100mm试样


  A40—A材料高为40mm试样


  A100—A材料高为100mm试样


  550—LMH-550中测量级铁芯


  363—LM363中测量级铁芯


  H—退火后


  Q—退火前


  3.1 材料低磁场磁性分析


  A与B系同牌号进口材料,其低磁场磁性比较如下:


  (1)退火前,由图2可见材料B的低磁场磁性明显优于A。


  (2)退火后,比较图3~5可以看出,从低磁场到中高磁场,B明显优于A。


  3.2 铁芯结构对磁性的影响


  (1)在同一内外径下,高度较高的磁性明显优于高度较低者(即材料磁性高时,其磁化曲线在磁性较材料的磁化曲线的左上方),如图3、图6所示。


  (2)如果用高与平均直径之比来描述铁芯的 结构特征,则


  LM363铁芯 高/平均直径=0.057


  LMH-550铁芯 高/平均直径=0.181


  120/156*40试样 高/平均直径=0.290


  120/156*100试样 高/平均直径=0.725

  ①由图6可见(在0~1 000Gs范围内),对同一材料,随高径比由高到低,磁性顺次下降,即100高试样、40高试样、测量级铁芯的曲线依次从左上方向右下方分布。


  ②由试验可知(曲线略),大于1 000Gs后,其磁化曲线逐趋相近。


  3.3 退火前后磁化曲线的比较

  ①铁芯在下料裁剪、绕制后经去应力退火后其磁性明显升高。


  ②在1A/M磁场强度范围以内(即在对应120Gs磁感范围内),B铁芯材料未经退火状态下的磁性比退火后的A铁芯材料还要好。


  在磁场强度大于20A/M后,随磁场强度增加,未经退火的铁芯磁性很快趋向饱和;而经去应力退火后,在较高磁场下其磁性仍呈线性变化。


  3.4 产品铁芯与试样磁性比较

  (1)LM363L和LMH550测量级铁芯退火前低磁场磁性。


  (2)LM363、LMH550铁芯(B材料绕制)退火后的低磁场磁性与B材料试样的磁性相近,稍逊,表明试样具有代表性。


  3.5 铁芯材料显微组织结构的观察和比较

  (1)从材料单个晶粒中亚结构可见,(B材料)中的胞状亚结构与(本试验批A材料)相比较,其位向性较强且均匀;


  (2)观察材料晶界处可见,晶粒间胞状亚结构位向一致性明显较图9(b)的好。其中,B材料,本试验批A材料,餍足LM363和LMH-550型产品中测量级铁芯磁性要求的A材料。


  (3)同批材料中低磁场磁性相对较差的显微组织结构,可见,其共同特征是局部晶界突起且较宽处(呈菱形其上均有条纹)较多,影响了整体组织的均匀和连续性。


  由以上观察和比较可知,铁芯材料显微组织结构中,胞状亚结构位向一致性好且均匀、晶界较窄者其低磁场磁性较高。


  4 结论

  1.受制造工艺和工艺控制的影响,同一牌号但不同厂家生产的铁芯材料、同一生产厂家不同期的铁芯材料的低磁场磁性不尽相同;


  2. B材料明显较A材料的低磁场磁性要高;


  3. 去应力退火可升高铁芯磁性,尤其可显著改善磁场下材料的磁性,而未经退火的铁芯材料则在较高磁场下很快趋向饱和;


  4. 同一内外径铁芯,高度较高者磁性能较好;


  5. 铁芯材料显微组织结构中,胞状亚结构位向一致性好且均匀、晶界较窄者其低磁场磁性较高。



互感器磁芯

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关键词:互感器磁芯,互感器磁芯厂家,互感器磁芯设备

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