磁性材料电磁参数测试技术

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本文首先研究了用于软磁材料条片试样磁性能测试的25cm爱泼斯坦方圈的制作及调试。并用该方圈测量了坡莫合金片在(50Hz-10kHz)交流磁化下的振幅磁导率、弹性磁导率、粘性磁导率随频率变化的规律并测试频率为50Hz时铁损随磁极化峰值变化的规律。   以往的各种文献中,都是使用电流表、电压表以及瓦特表与爱泼斯坦方圈配合使用进行测试,但是电流表、电压表尤其是瓦特表的高频准确性都很差,很难适应高频软磁材料的测试要求。在本文中研究了使用高性能的示波器来进行电压以及相位测量,以提高在高频情况下的测试精度,同时在测试过程中还可以观察测试波形防止波形失。通过测试计算发现坡莫合金片在测试频段内振幅磁导率、弹性磁导率、粘性磁导率随频率增大而减小;铁损则随着磁极化峰值的增大而增大。在以往的国内外标准中,都没涉及采用爱泼斯坦方圈法研究试样在交直流磁化情况下的磁性能。本文中尝试在原有爱泼斯坦方圈基础上,加绕直流偏磁线圈,承担产生直流偏置磁场的任务,成功地进行了坡莫合金片直流偏磁特性的测试。为了防止直流回路中耦合到的交流信号对直流源进行干扰,影响测试精度,还在直流偏置回路中加入了扼流圈与低频旁路电容。测试结果证实坡莫合金对直流偏置磁场很敏感,很小的偏置磁场就会导致其磁导率剧烈下降。   本文还研究了一种测量软磁材料交流磁导率的频域方法——“线圈阻抗法”。该方法将磁芯线圈等效为电感与电阻的串联,然后通过测得磁芯线圈的等效阻抗参数,间接获得被测磁芯材料的磁导率。本文基于“线圈阻抗法”给出了两种实际应用的交流磁导率测试方法:“改进的伏安法”(30kHz以下适用)和“矢量网络分析仪阻抗测试法”(30kHz~10MHz频率范围内适用)。“改进的伏安法”仅使用示波器测量线圈和采样电阻的电压有效值即可达到线圈阻抗测量的目的,且可以通过示波器实时监测电压波形以避免信号失真导致的测量错误。“矢量网络分析仪阻抗测试法”使用矢量网络分析仪阻抗测试功能测量线圈阻抗。为提高阻抗测量精度,该方法在矢量网络分析仪测试端口与被测线圈之间加入了一个阻抗匹配电路。本文应用以上两种方法对UU型磁芯以及EE型磁芯在50Hz~3MHz范围内的等效复数磁导率进行了测试。   在以上基础上,本文应用“矢量网络分析仪阻抗测试法”对UU型磁芯以及EE型磁芯在交直流、50Hz交流磁化以及150Hz交流磁化情况下磁导率进行了测试。为了避免测试信号对偏置回路的耦合,影响测试精度,绕线方式采用了双磁芯双线圈法。试验结果显示:与锰锌磁环相比有气隙存在的UU型磁芯以及EE型磁芯的交流磁导率虽有所下降,但是在直流与交流偏置下磁导率下降明显减少。直流、50Hz交流150Hz交流三种偏磁情况下的测试结果表明:相同强度的偏置磁场,频率越低对磁芯的磁导率影响越大。
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