专利名称：一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置及方法
技术领域：
本发明主要涉及一种电工钢片二维磁特性测量装置及其测量方法，特别是涉及一种磁 路可调式的电工钢片二维磁特性的测量装置及测量方法，属于磁性测量技术领域。
背景技术：
电工钢片的磁特性可分为静态磁特性和动态磁特性。动态磁特性又分为交流磁化、具 有直流偏磁的交流磁化、交流与交流叠加磁化、脉冲磁化。本发明主要研究交流磁化。电工钢片交流磁化特性的传统测量装置及方法有两种爱波斯坦方圈法和环形样 件测量法，它们己经有几十年的历史了。目前我国的铁磁材料测量标准主要采用的是爱波 斯坦方圈法。在这两种测量方法中，忽略了磁通密度和磁场强度之间的相位关系，只在单方 向上励磁并测量，粗略地认为磁场强度和磁感应强度同向。这种传统的测量装置及方法只 能测量电工钢片一个方向的磁特性，单纯地考虑电工钢片的一维磁特性，这样描述电工钢 片的磁特性是远远不够的。众所周知，电工钢片广泛用作各类电机、变压器的铁心材料，在电机铁心和变压器 铁心的T形结合部存在着局部旋转磁场，即铁心中确定点的磁通密度的大小和方向都在变 化。在旋转磁化情况下这类各向异性材料中的磁通密度与磁场强度的方向是不同的，需要 采用特殊的装置和方法进行电工钢片磁特性的测量，较好地反映旋转磁化情况下电工钢片 的各向异性。本发明中将传统单方向励磁的测量方法称为一维磁特性测量，对应地，将这种 能测量旋转磁化特性的测量方法称为二维磁特性测量。我国电工钢片生产企业提供的磁化曲线和损耗曲线仍采用单方向励磁得出，还停 留在一维磁特性测量阶段。近年来，二维磁特性测量技术的研究已经引起国内研究人员的 关注，测量装置的研制刚刚起步，正处于实验室研究阶段。

发明内容
1、发明目的
本发明提供一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置及方法，其目的是为了克服 传统测量装置及方法只能测量电工钢片一个方向的磁特性的缺陷，能够较好地反映旋转磁 化情况下电工钢片的各向异性，全面的描述电工钢片的磁特性。2、技术方案
本发明是通过以下技术方案来实现的
一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，包括计算机单元、数据采集单元、低通 滤波单元、功率放大单元、主磁路单元、信号检测单元、隔离放大单元。其特征在于，所述主 磁路单元为双励磁磁路，包括一对X方向励磁线圈和一对y方向励磁线圈，由功率放大单元 对其提供励磁电流；所述一对χ方向励磁线圈上带有一对χ方向长方体铁心，所述一对y方 向励磁线圈上带有一对y方向长方体铁心；四块带有圆角的铁轭与所述χ方向长方体铁心 和y方向长方体铁心的侧面紧贴在一起，组成磁回路；被测电工钢片样片放置在所述主磁 路的中心区域，与所述χ方向长方体铁心和y方向长方体铁心之间存在一定间隙；所述电工 钢片样片中心区域等距离地冲有四个小圆孔；所述信号检测单元包括两个磁通密度探测线圈和两个磁场强度探测线圈。所述χ方向长方体铁心可以左右移动，用以调整所述样片与X方向长方体铁心之 间的气隙，提高主磁路磁场饱和后控制方案的收敛性。所述y方向长方体铁心可以上下移动，用以调整所述样片与y方向长方体铁心之 间的气隙，提高主磁路磁场饱和后控制方案的收敛性。所述两个磁通密度探测线圈用单匝细铜线互相垂直地缠绕在电工钢片样片的小 圆孔上。所述两个磁场强度探测线圈用多匝细铜线互相垂直地缠绕在由非导磁绝缘材料 制成的板型骨架上，紧贴电工钢片样片下表面放置。所述铁轭由低损耗晶粒取向的电工钢片叠制而成。一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量方法，其特征在于按以下步骤进行
(1)基于虚拟仪器LabVIEW的计算机程序输出两路正弦电压信号，经数据采集单元和 两路功率放大单元分别由端口 D和E向主磁路的χ方向励磁线圈、y方向励磁线圈励磁供 电，在电工钢片样片中产生周期变化磁场；
(2)磁通密度探测线圈采集到χ方向和y方向感应电压波形，分别通过端口F和G传给 隔离放大单元，经数据采集单元将感应电压波形反馈给计算机；
(3)计算机控制程序利用输入的感应电压波形计算出当前电工钢片样片中磁通密度波 形，并将其与期望波形进行比较，输出校正后两路励磁电压信号；
(4)重复上述过程，直到电工钢片样片所处磁场为期望的旋转磁通轨迹，此时采集磁场 强度探测线圈信号，得到对应磁场强度的波形，进而完成电工钢片二维磁特性测量。3、优点及效果
本发明的有益效果如下
采用X、y两个方向励磁线圈构成主磁路，可以在被测样片所在区域提供方向可变的磁 场环境；采用调整励磁电压波形的闭环控制策略，实现被测样片中心区域磁场为旋转磁通； 采用气隙大小可调的磁路结构，保证了磁路饱和后样片所处磁场仍可控制为旋转磁通；采 用虚拟仪器LabVIEW程序，使测量方法更便于实现。


图1为本发明测量装置主磁路俯视图； 图2为本发明测量装置主磁路侧视图； 图3为本发明测量装置磁通密度探测线圈结构示意图； 图4为本发明测量装置磁场强度探测线圈结构示意图； 图5为本发明测量装置结构示意图。图6为本发明LabVIEW测量结果图。附图标记说明
图1到图4中1、χ方向励磁线圈；2、y方向励磁线圈；3、y方向长方体铁心；4、铁轭； 5、电工钢片样片；6、圆孔；7、磁通密度探测线圈；8、磁场强度探测线圈；9、χ方向长方体铁 心；χ、y> ζ均为方向。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，如图5中所示，包括计算机单元、数据 采集单元、低通滤波单元、功率放大单元、主磁路单元、信号检测单元、隔离放大单元，计算 机单元与低通滤波单元之间设有数据采集单元，低通滤波单元通过两路功率放大单元连接 到主磁路单元，信号检测单元通过隔离放大单元反馈到数据采集单元，其特征在于，所述主 磁路单元为双励磁磁路，如图1中所示，包括一对χ方向励磁线圈1和一对y方向励磁线圈 2，由所述功率放大单元提供励磁电流；所述一对χ方向励磁线圈1带有一对χ方向长方体 铁心9，所述一对y方向励磁线圈2带有一对y方向长方体铁心3 ；四块带有圆角的铁轭4 与所述χ方向长方体铁心9和y方向长方体铁心3的侧面紧贴在一起，组成磁回路；被测电 工钢片样片5放置在所述主磁路的中心区域，与所述χ方向长方体铁心9和y方向长方体 铁心3之间存在一定间隙；如图2和图3中所示，所述电工钢片样片5中心区域等距离地冲 有四个小圆孔6 ；所述信号检测单元包括两个磁通密度探测线圈7和两个磁场强度探测线 圈8。所述一对χ方向长方体铁心9可以左右移动，用以调整所述样片5与χ方向长方 体铁心9之间的气隙，提高所述主磁路磁场饱和后控制方案的收敛性。所述一对y方向长方体铁心3可以上下移动，用以调整所述样片5与y方向长方 体铁心3之间的气隙，提高所述主磁路磁场饱和后控制方案的收敛性。如图3所示，所述两个磁通密度探测线圈7用单匝细铜线互相垂直地缠绕在所述 样片5的小圆孔6上。如图2和图4中所示，所述两个磁场强度探测线圈8用多匝细铜线互相垂直地缠 绕在由非导磁绝缘材料制成的板型骨架上，紧贴所述样片5下表面放置。所述铁轭4由低损耗晶粒取向的电工钢片叠制而成。如图5中所示，一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量方法，按以下步骤进行
(1)基于虚拟仪器LabVIEW的计算机程序输出两路正弦电压信号，经数据采集单元和 两路功率放大单元分别由端口 D和E向主磁路的χ方向励磁线圈l、y方向励磁线圈2励磁 供电，在电工钢片样片5中产生周期变化磁场；
(2)磁通密度探测线圈7采集到χ方向和y方向感应电压波形，分别通过端口F和G传 给隔离放大单元，经数据采集单元将感应电压波形反馈给计算机；
(3)计算机控制程序利用输入的感应电压波形计算出当前样片中磁通密度波形，并将 其与期望波形进行比较，输出校正后两路励磁电压信号；
(4)重复上述过程，直到电工钢片样片5所处磁场为旋转磁通轨迹，此时采集磁场强度 探测线圈8信号，得到对应磁场强度的波形，进而完成电工钢片二维磁特性测量。如图6中所示，作为本发明一个实施例，给出了利用LabVIEW虚拟仪器程序编制的 二维磁特性测量结果界面。界面实时显示两个励磁方向上励磁电压的波形、被控磁通密度 波形及波形误差曲线。本发明提供了一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，该装置采用双励磁 磁路及闭环控制技术保证被测电工钢片区域磁场为旋转磁场，并测量对应的磁场强度，完 成旋转磁通下电工钢片二维磁特性的测量工作。利用本发明的装置能够测量晶粒取向和晶 粒无取向电工钢片二维磁特性，利用本发明的测量方法可以较好地反映旋转磁化情况下电 工钢片的各向异性。
权利要求
1.一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，包括计算机单元、数据采集单元、低 通滤波单元、功率放大单元、主磁路单元、信号检测单元、隔离放大单元，其特征在于所述 主磁路单元为双励磁磁路，包括一对X方向励磁线圈(1)和一对1方向励磁线圈(2)，由功 率放大单元对其提供励磁电流；所述χ方向励磁线圈(1)上带有χ方向长方体铁心(9)，所 述y方向励磁线圈(2)上带有y方向长方体铁心(3);四块带有圆角的铁轭(4)与所述χ方 向长方体铁心(9)和y方向长方体铁心(3)的侧面紧贴在一起，组成磁回路；被测电工钢片 样片(5)放置在所述主磁路的中心区域，与所述χ方向长方体铁心(9)和y方向长方体铁心 (3)之间存在一定间隙；所述电工钢片样片(5)中心区域等距离地冲有四个小圆孔(6)；所 述信号检测单元包括两个磁通密度探测线圈(7 )和两个磁场强度探测线圈(8 )。
2.根据权利要求1所述的一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，其特征在 于所述χ方向长方体铁心(9)可以左右移动。
3.根据权利要求1所述的一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，其特征在 于所述y方向长方体铁心(3)可以上下移动。
4.根据权利要求1所述的一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，其特征在 于所述两个磁通密度探测线圈(7)用单匝细铜线互相垂直地缠绕在电工钢片样片(5)的 小圆孔(6)上。
5.根据权利要求1所述的一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，其特征在 于所述两个磁场强度探测线圈(8)用多匝细铜线互相垂直地缠绕在由非导磁绝缘材料制 成的板型骨架上，紧贴电工钢片样片(5 )下表面放置。
6.根据权利要求1所述的一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置，其特征在 于所述铁轭(4)由低损耗晶粒取向的电工钢片叠制而成。
7.—种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量方法，其特征在于按以下步骤进行(1)基于虚拟仪器的计算机程序输出两路正弦电压信号，经数据采集单元和两路功率放大单元分别由端口 D和E向主磁路的χ方向励磁线圈(l)、y方向励磁线圈(2)励磁供电， 在电工钢片样片(5)中产生周期变化磁场；(2 )磁通密度探测线圈(7 )采集到χ方向和y方向感应电压波形，分别通过端口 F禾口 G 传给隔离放大单元，经数据采集单元将感应电压波形反馈给计算机；(3)计算机控制程序利用输入的感应电压波形计算出当前电工钢片样片(5)中磁通密 度波形，并将其与期望波形进行比较，输出校正后两路励磁电压信号；(4)重复上述过程，直到电工钢片样片(5)所处磁场为期望的旋转磁通轨迹，此时采集 磁场强度探测线圈(8)信号，得到对应磁场强度的波形，进而完成电工钢片二维磁特性测量 工作。
全文摘要
本发明涉及一种磁路可调式电工钢片二维磁特性测量装置及方法。本装置采用双励磁线圈构成磁回路，在被测电工钢片样片区域提供方向可调的磁场；采用调整励磁线圈励磁电压波形的闭环控制策略，实现被测电工钢片样片处于旋转磁场的环境中；采用气隙大小可调的磁路结构，保证磁路饱和后被测样片磁场仍可控制为旋转磁场。该测量装置可以完成旋转磁通下电工钢片二维磁特性的测量工作，反映旋转磁化情况下电工钢片的各向异性。
文档编号G01R33/12GK102103194SQ20101055368
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者刘洋, 张艳丽, 曾林锁, 朱占新, 李瑞记, 谢德馨, 车新生 申请人:沈阳工业大学