智能鐵芯磁性能測試儀

山西省機電設(shè)計研究院 米玉葉

0 前言

傳統(tǒng)的鐵芯磁性能測試大多采用電壓表和電流表法，先測出鐵芯次級感應(yīng)電壓和電流互感器中的電流，然后通過人工計算得出鐵芯的磁密B，磁場強度H，以及B和H之間的夾角ψ；從1959年起，趙修民高工提出用互感器校驗儀測鐵芯磁性能，測試時需要人工調(diào)節(jié)正交盤與同相盤，使指零儀表指示零位，然后讀取各開關(guān)的刻度值，再經(jīng)人工換算才能得到鐵芯的磁性能參數(shù)，整個過程操作復(fù)雜、效率低、人為誤差大，不能適應(yīng)現(xiàn)代實時快速測量的要求。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)在電磁測量中的廣泛應(yīng)用，使大量傳統(tǒng)儀器在性能和質(zhì)量上有大幅度提高。本文就是在傳統(tǒng)測量方法的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字信號處理器（DSP），將勵磁控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等單元進行了優(yōu)化整合，研制出的智能鐵芯磁性能測試儀，具有操作簡便、測試快速、精度高、大屏幕液晶顯示各種波形、曲線及測試結(jié)果。具有傳統(tǒng)測量方法無法比擬的優(yōu)越性和廣泛的實際應(yīng)用價值。

1 測試原理

測試原理很簡單如圖1所示，

圖1 測試原理

在被測鐵芯上繞制一次繞組N1＝1匝，二次繞組N2＝5～10匝，勵磁電流 通過供電電流互感器Tc的一次和被測鐵芯的N1＝1匝繞組，Tc的二次電流輸入測試儀Tx和T0接線柱，將被測鐵芯的二次繞組N2的感應(yīng)電動勢輸入測試儀K和D接線柱，測試儀自動計算阻抗值：

磁場強度與勵磁安匝數(shù)的關(guān)系為：I0N1＝HL(A)，測試儀根據(jù)輸入的參數(shù)計算出鐵芯平均磁路長度L(cm)，按照被測鐵芯材質(zhì)不同，Kc選擇不同的專用帶升流器電流互感器檔位：硅鋼片鐵芯選5/5A或25/5A；鐵鎳合金和微晶鐵芯選0.5/5A或5/5A，計算得：

由于勵磁電流0產(chǎn)生的磁密滯后于0損耗ψ，二次感應(yīng)電動勢2滯后于90°，二次電流2滯后于2阻抗角α，2與2c同相。測試儀計算得到勵磁阻抗角α＝90°-ψ，因此，

2 系統(tǒng)功能框圖

智能鐵芯磁性能測試儀系統(tǒng)主要由信號處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與處理、液晶顯示、D/A轉(zhuǎn)換、打印輸出等功能部件組成，系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能框圖

信號處理：對多通道輸入被測模擬信號進行取樣、放大、濾波；

數(shù)據(jù)采集：實現(xiàn)多通道被測模擬信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)存儲；

數(shù)據(jù)分析與處理：對采集存儲的數(shù)據(jù)，按照不同的功能要求進行相應(yīng)的分析和處理；

液晶顯示：實現(xiàn)波形和數(shù)據(jù)的顯示；

D/A轉(zhuǎn)換：實現(xiàn)多通道各種數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，并對外圍電氣元器件進行控制；

打印輸出：連接打印機，打印各種波形和數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)的硬件框圖如圖3所示。鐵芯測試時，按照測試線路圖接好連接線，然后由鍵盤輸入被測鐵芯的幾何尺寸和材質(zhì)，測試儀自動控制調(diào)壓器輸入勵磁電流，工作電流通過接線柱T0、Tx輸入，感應(yīng)電動勢通過接線柱K、D輸入，通過取樣與放大電路，將測試信號傳入濾波通道，濾波單元抑制諧波，放大基波。為了使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，軟件中對工作電流信號和感應(yīng)電壓信號的瞬時采樣值，進行平移窗口式的數(shù)據(jù)濾波處理。處理后的信號送入DSP集成模塊，DSP是測試儀的核心模塊，對送來的模擬信號的進行A/D轉(zhuǎn)換、并對數(shù)據(jù)的進行分析與處理，運用最小二乘逼近法，在工頻條件下，計算出鐵芯的動態(tài)磁滯回線和磁化曲線，通過12bit高速DAC模塊轉(zhuǎn)換后，在液晶屏顯示。同時，也可在液晶屏顯示鐵芯磁感應(yīng)強度、磁場強度和損耗角等動態(tài)磁特性參數(shù)。根據(jù)計算的鐵芯磁感應(yīng)強度，自動對鐵芯進行等級分類，用它們合理繞制不同等級的互感器。

圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

4 結(jié)論

本文論述了智能鐵芯磁性能測試儀測試鐵芯參數(shù)的內(nèi)容和方法。本測試儀經(jīng)試驗運行，測試操作方便，測試結(jié)果準確，達到了預(yù)期目標。為了得到正確的測試數(shù)據(jù)，當被測鐵芯有剩磁時，應(yīng)先進行退磁再測試，退磁一般采用開路退磁，測試儀將換接到退磁電路，自動調(diào)節(jié)調(diào)壓器，使電流均勻平緩上升到設(shè)定電流值，然后再均勻平緩下降至零位，一般重復(fù)1～2次。