智能鐵芯磁性能測試儀

山西省機電設計研究院 米玉葉

0 前言

傳統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，測試時需要人工調節正交盤與同相盤，使指零儀表指示零位，然后讀取各開關的刻度值，再經人工換算才能得到鐵芯的磁性能參數，整個過程操作復雜、效率低、人為誤差大，不能適應現代實時快速測量的要求。隨著微電子技術和計算機技術在電磁測量中的廣泛應用，使大量傳統儀器在性能和質量上有大幅度提高。本文就是在傳統測量方法的基礎上，采用數字信號處理器（DSP），將勵磁控制、數據采集和數據處理等單元進行了優化整合，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、曲線及測試結果。具有傳統測量方法無法比擬的優越性和廣泛的實際應用價值。

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的關系為：I0N1＝HL(A)，測試儀根據輸入的參數計算出鐵芯平均磁路長度L(cm)，按照被測鐵芯材質不同，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產生的磁密滯后于0損耗ψ，二次感應電動勢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 系統功能框圖

智能鐵芯磁性能測試儀系統主要由信號處理、數據采集、數據分析與處理、液晶顯示、D/A轉換、打印輸出等功能部件組成，系統功能框圖如圖2所示。

圖2 系統功能框圖

信號處理：對多通道輸入被測模擬信號進行取樣、放大、濾波；

數據采集：實現多通道被測模擬信號的模數轉換以及數據存儲；

數據分析與處理：對采集存儲的數據，按照不同的功能要求進行相應的分析和處理；

液晶顯示：實現波形和數據的顯示；

D/A轉換：實現多通道各種數據的數模轉換，并對外圍電氣元器件進行控制；

打印輸出：連接打印機，打印各種波形和數據。

3 系統硬件結構框圖

系統的硬件框圖如圖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，測試儀自動控制調壓器輸入勵磁電流，工作電流通過接線柱T0、Tx輸入，感應電動勢通過接線柱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。為了使數據穩定，軟件中對工作電流信號和感應電壓信號的瞬時采樣值，進行平移窗口式的數據濾波處理。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轉換、并對數據的進行分析與處理，運用最小二乘逼近法，在工頻條件下，計算出鐵芯的動態磁滯回線和磁化曲線，通過12bit高速DAC模塊轉換后，在液晶屏顯示。同時，也可在液晶屏顯示鐵芯磁感應強度、磁場強度和損耗角等動態磁特性參數。根據計算的鐵芯磁感應強度，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 系統硬件結構框圖

4 結論

本文論述了智能鐵芯磁性能測試儀測試鐵芯參數的內容和方法。本測試儀經試驗運行，測試操作方便，測試結果準確，達到了預期目標。為了得到正確的測試數據，當被測鐵芯有剩磁時，應先進行退磁再測試，退磁一般采用開路退磁，測試儀將換接到退磁電路，自動調節調壓器，使電流均勻平緩上升到設定電流值，然后再均勻平緩下降至零位，一般重復1～2次。