1J50W磁性材料在旋轉變壓器中的應用分析

張艷麗

(中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海 200233)

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1J50W磁性材料在旋轉變壓器中的應用分析

張艷麗

(中國電子科技集團公司第二十一研究所，上海 200233)

小型中磁密旋轉變壓器的鐵心材料通常選用DG41，但因其易生銹，環境適應性差，且對環境有一定污染性，迫切需要選擇不易生銹的軟磁材料代替DG41。文章以20機座號旋轉變壓器為代表，對1J50W材料在旋轉變壓器中的應用進行了分析。

磁性材料；1J50W；旋轉變壓器

0 引 言

小型中磁密旋轉變壓器的磁性材料，通常選用高硅DG41，其優點是性能穩定、合格率高、磁密范圍寬。但由于小型中磁密旋轉變壓器大多尺寸小、氣隙小，定子內孔、轉子外圓不能噴涂環氧鐵紅進行保護，產品易生銹，環境適應性差。同時，從環保角度考慮，DG41材料也逐步退出使用，因此，選擇何種不易生銹的軟磁材料代替DG41對于小型中磁密旋轉變壓器來講是迫切需要解決的問題。本文以20機座號旋轉變壓器為代表，對1J50W材料在旋轉變壓器中的應用進行分析。

1 旋轉變壓器的原理

旋轉變壓器由定、轉子兩部分構成，定子激磁，通過電磁感應，轉子方輸出兩相與定子機械轉角分別按正、余弦函數變化信號。其基本方程：

(1)

(2)

(3)

式中：US1S3為定子繞組的激磁電壓；UR1R3(UR2R4)為轉子繞組的輸出電壓；K為變壓比；θ為電氣角。

旋轉變壓器繞組原理圖如圖1所示，結構圖如圖2所示。

圖1 繞組原理圖圖2 旋轉變壓器結構圖

2 基本電磁性能

旋轉變壓器常用的坡莫合金材料中1JH3、1J79磁性材料為低磁密范圍使用，1J50為適用于中磁場的坡莫合金材料，其硬度較小，工藝要求高。1J50W材料的磁性能與1J50相當，其主要特點是硬度比1J50高，但不如DG41，其工藝敏感性要比1J50好得多，因此，工藝要求要比1J50低。此外，1J50W材料具有不易生銹的優點，能夠適應交變濕熱和鹽霧環境。

各種磁性材料的優、缺點對比情況如表1所示。

表1 磁性材料對比

DG41 0.2沖片材料的性能如表2所示。

廠家提供的1J50W 0.2沖片材料經熱處理后，經直流電磁性能測量所能達到的性能指標見表3，參照執行標準為GB3657、GBn198—88、GB/T15001—94。1J50W的正名為Ni50W2TiAl，其化學成分如表4所示。

表2 DG41的主要電磁性能

表3 1J50W的電磁性能

經熱處理及氧化膜處理之后測得的1J50W 0.2性能如下：μ1=5.75×10-3H/m，μm=6.18×10-3H/m，Bc=1.42 T ，Hc=5.01 A/m。

表4 1J50W的化學成分

3 1J50W材料的應用分析

本文對分別采用1J50W和DG41作為鐵心材料的20機座號旋轉變壓器進行性能對比分析。兩種不同鐵心材料的旋轉變壓器結構參數與電磁參數相同，定、轉子槽數為Zs/Zr=16/12，激磁電壓26 V，電源頻率為400 Hz，基本設計參數如表5所示。

表5 基本設計參數

3.1 電性能分析

分別將10臺采用DG41和采用1J50W沖片材料的產品試驗數據進行對比分析。圖3為相位移的對比曲線，由圖可看出1J50W鐵心材料的旋轉變壓器(以下簡稱1J50W旋轉變壓器)相位移平均10.84°左右，較DG41鐵心材料的旋轉變壓器(以下簡稱DG41旋轉變壓器)相位移平均值11.56°略小。圖4為開路輸出阻抗對比曲線，圖5為短路輸出阻抗對比曲線，圖6為開路輸入阻抗對比曲線，由3個對比曲線圖可以看出1J50W旋轉變壓器較DG41旋轉變壓器開路輸出阻抗大9.2%.短路輸出阻抗大3%，開路輸入阻抗大9.1 %。

圖7為變壓比對比曲線，兩種材料的旋轉變壓器變壓比相差約0.01，可以忽略。

圖8為零位電壓對比曲線，由于1J50W硬度較DG41軟，1J50W旋轉變壓器的零位電壓在31 mV到53 mV之間，較DG41旋轉變壓器零位電壓在21 mV到33 mV之間大，為降低零位電壓，應進一步研究優化1J50W材料的加工工藝。

圖9為交軸誤差曲線，兩種材料的交軸誤差均在2′至7′之間。

圖3 相位移對比曲線圖4 開路輸出阻抗對比曲線

圖5 短路輸出阻抗對比曲線圖6 開路輸入阻抗對比曲線

圖7 變壓比對比曲線圖8 零位電壓對比曲線

圖9 交軸誤差對比曲線

3.2 變壓試驗分析

使激磁電壓在5.2 V至52 V之間變化，研究此時變壓比、鐵心磁密及諧波失真度之間的變化趨勢。變壓比隨激磁電壓變化對比如圖10所示，輸出電壓波形失真度隨磁密變化對比如圖11所示。

圖10 變壓比隨激磁電壓變化對比圖11 輸出電壓波形失真度隨磁密變化對比

可以看出，激磁電壓由5.2 V升至52 V，變壓比變化不大，且1J50W較DG41變化略小，此時鐵心磁負荷由0.128 T升至1.155 T，說明1J50W磁負荷能力強，可以代替DG41。

輸出電壓的波形失真度隨激磁電壓增大而增大(激磁電源波形失真度為0.20%)，如果要求失真度在1%范圍，則鐵心磁負荷最好在0.5 T之內。由圖11可得出結論，不論采用何種軟磁材料，要想輸出電壓波形失真度小，則鐵心磁負荷愈低愈好。

失真度偏大對產品精度不利，為了減低磁負荷，可以適當的增大氣隙，提高有效匝數。

20號機座旋轉變壓器的最佳激磁電壓范圍是U≤12 V，在此范圍，其性能指標良好，對使用十分有利。

4 結 語

從磁性能分析和實驗數據對比分析表明，采用1J50W作為小型中密度旋轉變壓沖片材料，可以滿足產品電氣性能。但由于1J50W硬度較DG41軟，1J50W旋轉變壓器的零位電壓較DG41旋轉變壓器零位電壓大，為降低零位電壓，應進一步研究優化1J50W材料的加工工藝。

[1] 吳彪.新型軟磁合金實用磁特性曲線手冊[M].上海：電子工業部第二十一研究所,1997.

Analysis of 1J50W Material Used in Resolver

ZHANGYan-li

(No.21 Research Institute of CETC, Shanghai 200233, China)

DG41 material is usually used for core material of reslovers which are small size and medium magnetic density.But DG41 material is rusty and pollutional, and a rustless soft magnetic material is required to substitute DG41.The application of 1J50W material used in resolvers was analysed in this paper.

magnetical material; 1J50W; resolver

2016-01-06

TM383.2

A

1004-7018(2016)07-0091-02