磁性材料铁损耗自动测量系统

摘要

本发明公开了一种磁性材料铁损耗自动测量系统，其包括电源电路、磁路、以及测量与控制装置。所述电源电路包括依次电连接的调压模块、整流滤波模块以及PWM逆变模块。所述磁路包括爱泼斯坦方圈和设于所述爱泼斯坦方圈内的待测样片。所述测量与控制装置包括计算机处理模块、D/A转换卡、A/D转换卡以及用于测量所述爱泼斯坦方圈的初级电流和次级感应电动势的采样模块，所述D/A转换卡将所述计算机处理模块的输出信号转换为所述PWM逆变模块的调制波；所述A/D转换卡将所述采样模块采集的电流和电压信号传送给所述计算机处理模块。该测量系统可以自动准确地测量磁性材料的PWM铁损耗曲线，测量效率高且系统运行稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及磁性材料测量领域，尤其涉及一种磁性材料铁损耗自动测量系统。

背景技术

在电工行业，随着电力电子器件的发展以及供电策略的不断改进，PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)技术已逐渐取代传统供电方式，越来越广泛地应用于变频驱动场合。而在这种新型的以脉冲序列作为激励源的工作模式下，除了基波外，逆变器输出电压频谱中还含有大量开关次频率的谐波。与以往正弦激励相比，供电方式发生了根本变化，然而设计人员在设计与分析电机性能时，仍然沿用着传统的设计方法。例如，在计算磁性材料铁损耗时，按磁密基波或者峰值查表求得相应磁密波形的损耗值。造成这种局面的原因，一方面在于磁性材料损耗机理复杂，理论研究进展缓慢，没有基于物理机理而且简单实用的数学模型；另一方面在于磁性材料实验数据库的匮乏。一般来说，钢铁公司只提供工频下(50、60Hz)基于正弦磁密的典型铁耗值，参考价值极其有限，其他频率或者磁密对应的损耗值，往往通过放缩因子与经验系数粗略求取。然而，在新型的供电方式下，材料的性能与以往认识的有较大的差异。因此，在铁耗理论不完善的情况下，有必要通过实验开展PWM激励下磁性材料性能的研究。

鉴于市面上没有测量PWM供电下的铁心损耗的仪器，研究人员通常搭建临时的测量平台进行实验，这种临时测量平台不具备自动测量的功能，效率不高，不适合长时间运行。因此，亟待提供一种改进的磁性材料铁损耗自动测量系统以克服上述缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种磁性材料铁损耗自动测量系统，使用其可以自动准确地测量磁性材料，如硅钢的PWM铁损耗曲线，测量效率高且系统运行稳定。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁性材料铁损耗自动测量系统，其包括电源电路、磁路、以及测量与控制装置。所述电源电路包括依次电连接的调压模块、整流滤波模块以及PWM逆变模块。所述磁路包括爱泼斯坦方圈和设于所述爱泼斯坦方圈内的待测样片。所述测量与控制装置包括计算机处理模块、D/A转换卡、A/D转换卡以及用于测量所述爱泼斯坦方圈的初级电流和次级感应电动势的采样模块，所述D/A转换卡将所述计算机处理模块的输出信号转换为所述PWM逆变模块的调制波；所述A/D转换卡将所述采样模块采集的电流和电压信号传送给所述计算机处理模块。

本发明的磁性材料铁损耗自动测量系统可用于对不同基波幅值、频率、不同母线电压激励下的磁性材料的铁损特性进行测量，实现了在线自动测量磁性材料的铁损耗，测量实时准确且效率高，尤其适用于钢铁公司获取硅钢的PWM铁损耗曲线。并且，该系统的基波频率在测量范围内可以设定为任意整数，突破了工频的限制。

本发明较好的技术方案是：所述电源电路还包括电气隔离模块，所述电气隔离模块连接在所述脉宽调制逆变电源的输出侧，所述电气隔离模块消除了直流偏磁的影响，使测量结果更准确；所述磁路还包括空气磁通补偿互感，所述空气磁通补偿互感的初级绕组与所述爱泼斯坦方圈的初级绕组串联，次级绕组与所述爱泼斯坦方圈的感应绕组串联反接，以消除空气中交变磁通对铁心磁密测量结果的影响；所述D/A转换卡通过屏蔽线与所述计算机处理模块和所述PWM逆变模块电连接，所述A/D转换卡通过屏蔽线与所述采样模块和所述计算机处理模块电连接。由于信号传输线路采用了屏蔽线，使得测量结果零漂小，抗干扰能力强。

本发明优选的技术方案是：所述计算机处理模块包括参数设定单元，用于接收用户指令并根据所述用户指令控制所述计算机处理模块的激励源；存储单元，用于存储所述采样模块测量得到的电流和电压；信号处理单元，用于根据所述存储单元中的电流和电压值计算铁损耗值；图形生成单元，用于根据所述信号处理单元的生成所述待测样片的铁损耗曲线；以及显示单元，用于显示所述信号处理单元的计算结果和/或所述图形生成单元生成的铁损耗曲线。

本发明更优选的技术方案是：所述计算机处理模块还包括波形识别单元，用于判断调制波波形是否稳定；则在所述波形状态稳定的情况下，所述所述爱泼斯坦方圈的初级电流和次级感应电动势，通过识别波形是否稳定，排除干扰对测量结果的影响，测量重复性好；所述计算机处理模块还包括表格生成存储单元，用于将所述显示所述信号处理单元的计算结果和/或所述图形生成单元生成的铁损耗曲线生成表格文件存档，便于以后组件材料属性数据库供他人查看与调用，有利于减少重复劳动，提高测量效率。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明磁性材料铁损耗自动测量系统一个实施例的结构示意图。

图2为图1所示磁性材料铁损耗自动测量系统的计算机测量单元的结构框图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种磁性材料铁损耗自动测量系统，使用其可以自动准确地测量磁性材料，如硅钢的PWM铁损耗曲线，测量效率高且系统运行稳定。

下面将结合附图详细阐述本发明实施例的技术方案。如图1所示，本实施例的磁性材料铁损耗自动测量系统包括电源电路1、磁路2、以及测量与控制装置3。所述电源电路1包括依次电连接的调压模块11、整流滤波模块12以及PWM逆变模块13。所述磁路2包括爱泼斯坦方圈21和设于所述爱泼斯坦方圈21内的待测样片22。所述测量与控制装置3包括计算机处理模块31、D/A转换卡32、A/D转换卡33以及用于测量所述磁路的初级电流和次级感应电动势的采样模块，所述D/A转换卡32的输入端与所述计算机处理模块31中的信号源连接，输出端与所述PWM逆变模块13连接，用于将所述计算机处理模块31的输出信号转换为所述PWM逆变模块13的调制波。所述A/D转换卡33的输入端与采样模块连接，输出端与所述计算机处理模块31连接，用于将所述采样模块采集的电流和电压信号传送给所述计算机处理模块31。具体地，所述爱泼斯坦方圈21可以为25cm的爱泼斯坦方圈。待测量的硅钢按标准进行裁剪为待测样片22后，插入所述爱泼斯坦方圈21进行搭接，组成无气隙空载变压器。

作为本发明的优选实施例，本实施例的磁路2还包括空气磁通补偿互感23，所述空气磁通补偿互感23的初级绕组23a与所述爱泼斯坦方圈21的初级绕组串联，次级绕组23b与所述爱泼斯坦方圈21的次级绕组串联反接以补偿空气磁通交变形成的反电势。经补偿后，输出电压只与待测样片22中的磁通有关。

优选地，所述电源电路1还包括电气隔离模块14，所述电气隔离模块14连接在所述脉宽调制逆变电源13的输出侧，以滤除激磁电压中的直流分量，消除直流偏磁的影响。

进一步地，所述采样模块包括电流传感器34a和电压传感器34b，更进一步地，所述电流传感器34a可以为霍尔传感器，用于测量所述爱泼斯坦方圈21的初级线圈中的电流，所述电压传感器34b可以为电阻分压网络，用于测量所述爱泼斯坦方圈21的次级线圈的电压。

需要说明的是，所述电源电路1的调压模块11、整流滤波模块12、PWM逆变模块13以及电气隔离模块14的具体结构均为本领域技术人员所熟知，故在此略去详细描述。

如图2所示，在本实施例中，所述计算机处理模块31包括参数设定单元311，用于接收用户指令并根据所述用户指令控制所述计算机处理模块31的激励源；存储单元312，用于存储所述采样模块测量得到的电流和电压；信号处理单元313，用于根据所述存储单元312中的电流和电压值计算铁损耗值；图形生成单元314，用于根据所述信号处理单元313的生成所述待测样片的铁损耗曲线；以及显示单元315，用于显示所述信号处理单元313的计算结果和/或所述图形生成单元314生成的铁损耗曲线。

进一步地，所述计算机处理模块31还可以包括波形识别单元316，用于判断调制波波形是否稳定；则在所述波形状态稳定的情况下，所述信号处理单元313根据所述存储单元312中的电流和电压值计算铁损耗值，通过识别波形是否稳定，排除干扰对测量结果的影响，测量重复性好。

更进一步地，所述计算机处理模块31还可以包括表格生成存储单元317，用于将所述显示所述信号处理单元313的计算结果和/或所述图形生成单元314生成的铁损耗曲线生成表格文件存档，便于以后组件材料属性数据库供他人查看与调用，有利于减少重复劳动，提高测量效率。

下面说明本实施例的磁性材料铁损耗自动测量系统的工作过程。如图1所示，市电经过调压模块11后经整流滤波作为PWM逆变模块13的直流电源，经过PWM逆变模块13后经电气隔离模块14输送给爱泼斯坦方圈供电。D/A转换卡由用户编程生成调制波控制PWM逆变模块的输出，当调制波波形稳定时，采样模块将激磁电流和方圈次级电压信号送入A/D转换卡，量化后保存在计算机处理模块31中并进行解算，将测量结果实时显示在计算机屏幕上。还可以同时生成Excel文件存档，便于以后组件材料属性数据库供他人查看与调用，有利于减少重复劳动，提高测量效率。优选地，可以将结果以图形的形式显现在屏幕上，便于直观地了解待测样片的铁损耗曲线。具体的，可以通过matlab软件程序实现。