智能鐵芯磁性能測(cè)試儀

山西省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院 米玉葉

0 前言

傳統(tǒng)的鐵芯磁性能測(cè)試大多采用電壓表和電流表法，先測(cè)出鐵芯次級(jí)感應(yīng)電壓和電流互感器中的電流，然后通過(guò)人工計(jì)算得出鐵芯的磁密B，磁場(chǎng)強(qiáng)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(yàn)儀測(cè)鐵芯磁性能，測(cè)試時(shí)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(kāi)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(gè)過(guò)程操作復(fù)雜、效率低、人為誤差大，不能適應(yīng)現(xiàn)代實(shí)時(shí)快速測(cè)量的要求。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在電磁測(cè)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(cè)量方法的基礎(chǔ)上，采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），將勵(lì)磁控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等單元進(jìn)行了優(yōu)化整合，研制出的智能鐵芯磁性能測(cè)試儀，具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試快速、精度高、大屏幕液晶顯示各種波形、曲線及測(cè)試結(jié)果。具有傳統(tǒng)測(cè)量方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 測(cè)試原理

測(cè)試原理很簡(jiǎn)單如圖1所示，

圖1 測(cè)試原理

在被測(cè)鐵芯上繞制一次繞組N1＝1匝，二次繞組N2＝5～10匝，勵(lì)磁電流 通過(guò)供電電流互感器Tc的一次和被測(cè)鐵芯的N1＝1匝繞組，Tc的二次電流輸入測(cè)試儀Tx和T0接線柱，將被測(cè)鐵芯的二次繞組N2的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸入測(cè)試儀K和D接線柱，測(cè)試儀自動(dòng)計(jì)算阻抗值：

磁場(chǎng)強(qiáng)度與勵(lì)磁安匝數(shù)的關(guān)系為：I0N1＝HL(A)，測(cè)試儀根據(jù)輸入的參數(shù)計(jì)算出鐵芯平均磁路長(zhǎng)度L(cm)，按照被測(cè)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(jì)算得：

由于勵(lì)磁電流0產(chǎn)生的磁密滯后于0損耗ψ，二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2滯后于90°，二次電流2滯后于2阻抗角α，2與2c同相。測(cè)試儀計(jì)算得到勵(lì)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(cè)試儀系統(tǒng)主要由信號(hào)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(hào)處理：對(duì)多通道輸入被測(cè)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣、放大、濾波；

數(shù)據(jù)采集：實(shí)現(xiàn)多通道被測(cè)模擬信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；

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

液晶顯示：實(shí)現(xiàn)波形和數(shù)據(jù)的顯示；

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

打印輸出：連接打印機(jī)，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(cè)試時(shí)，按照測(cè)試線路圖接好連接線，然后由鍵盤輸入被測(cè)鐵芯的幾何尺寸和材質(zhì)，測(cè)試儀自動(dòng)控制調(diào)壓器輸入勵(lì)磁電流，工作電流通過(guò)接線柱T0、Tx輸入，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)接線柱K、D輸入，通過(guò)取樣與放大電路，將測(cè)試信號(hào)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(duì)工作電流信號(hào)和感應(yīng)電壓信號(hào)的瞬時(shí)采樣值，進(jìn)行平移窗口式的數(shù)據(jù)濾波處理。處理后的信號(hào)送入DSP集成模塊，DSP是測(cè)試儀的核心模塊，對(duì)送來(lái)的模擬信號(hào)的進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、并對(duì)數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析與處理，運(yùn)用最小二乘逼近法，在工頻條件下，計(jì)算出鐵芯的動(dòng)態(tài)磁滯回線和磁化曲線，通過(guò)12bit高速DAC模塊轉(zhuǎn)換后，在液晶屏顯示。同時(shí)，也可在液晶屏顯示鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和損耗角等動(dòng)態(tài)磁特性參數(shù)。根據(jù)計(jì)算的鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)度，自動(dòng)對(duì)鐵芯進(jìn)行等級(jí)分類，用它們合理繞制不同等級(jí)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(cè)試儀測(cè)試鐵芯參數(shù)的內(nèi)容和方法。本測(cè)試儀經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行，測(cè)試操作方便，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。為了得到正確的測(cè)試數(shù)據(jù)，當(dāng)被測(cè)鐵芯有剩磁時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行退磁再測(cè)試，退磁一般采用開(kāi)路退磁，測(cè)試儀將換接到退磁電路，自動(dòng)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。