Pwm电源激励下硅钢片磁特性的测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，包括控制计算机、数据采集卡、低通滤波器、功率放大器和隔离变压器、磁轭、励磁绕组、层压木垫块、线圈支架、保护套、磁通密度测量线圈、线圈绝缘骨架、第一磁场强度测量线圈和第二磁场强度测量线圈，励磁绕组接入隔离变压器，磁通密度测量线圈通过第一隔离放大器接入数据采集卡，第一磁场强度测量线圈通过第二隔离放大器接入数据采集卡，第二磁场强度测量线圈通过第三隔离放大器接入数据采集卡。本实用新型的结构简单，绕组加工制造难度低，省去了空气补偿线圈，降低了系统的制造成本。
【专利说明】PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电磁测量【技术领域】，具体指一种PWM (Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)电源激励下硅钢片磁特性的测量系统。
【背景技术】
[0002]传统的硅钢片磁特性测量系统，硅钢样片中的磁通密度参考波形为正弦波，然而，由于很多电气设备铁心中的磁通密度波形是各种高次谐波叠加而成，造成硅钢片中产生的损耗较大，因此，传统测量方法还不能反映铁心实际运行情况。针对上述传统测量系统中存在的问题，德国BR0CKHAUS公司生产了一种双轭铁结构的测量装置，但其结构复杂，测量线圈和励磁线圈均绕制在线圈骨架上，存在漏磁现象，需要外加空气补偿线圈，且不方便励磁绕组和测量线圈的维修与维护。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是提供一种PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，该硅钢片磁特性的测量系统结构简单，绕组加工制造难度低，该系统中的测量线圈内几乎没有漏磁通通过，省去了空气补偿线圈，降低了系统的制造成本。
[0004]为实现此目的，本实用新型所设计的PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，它包括第一隔离放大器、第二隔离放大器、第三隔离放大器以及依次连接的控制计算机、数据采集卡、低通滤波器、功率放大器和隔离变压器，其特征在于:它还包括C型磁轭、分别绕在C型磁轭两端部的两个励磁绕组、分别设在C型磁轭两端面的两个层压木垫块、固定在C型磁轭开口内部的磁场强度测量线圈支架、固定在磁场强度测量线圈支架上且能套住被测硅钢片的磁通密度测量线圈、固定在磁场强度测量线圈支架上的第一磁场强度测量线圈和第二磁场强度测量线圈，其中，所述第一磁场强度测量线圈位于磁通密度测量线圈的下方，所述第二磁场强度测量线圈位于第一磁场强度测量线圈的下方；
[0005]所述两个励磁绕组连接隔离变压器，所述磁通密度测量线圈的信号输出端通过第一隔离放大器接入数据采集卡的信号输入端，第一磁场强度测量线圈的信号输出端通过第二隔离放大器接入数据采集卡的信号输入端，所述第二磁场强度测量线圈的信号输出端通过第三隔离放大器接入数据采集卡的信号输入端。
[0006]上述技术方案中，它还包括绕组绝缘支架，所述励磁绕组通过绕组绝缘支架与C型磁轭固定连接。
[0007]所述磁场强度测量线圈支架上设有支撑面，所述支撑面上设有海绵，所述海绵上设置第二磁场强度测量线圈，所述第二磁场强度测量线圈与第一磁场强度测量线圈之间也设有海绵。
[0008]上述技术方案中，它还包括磁通密度测量线圈保护套，所述磁通密度测量线圈设置在磁通密度测量线圈保护套内部，所述磁通密度测量线圈保护套固定在磁场强度测量线圈支架上。[0009]上述技术方案中，它还包括支架和线圈绝缘骨架，所述线圈绝缘骨架与磁通密度测量线圈的内壁贴合，所述线圈绝缘骨架通过支架固定在磁通密度测量线圈保护套内。
[0010]所述磁通密度测量线圈保护套的两端均设有挡板，所述两个挡板上均开设有槽，被测硅钢片穿过挡板上的槽。
[0011]本实用新型设计的上述C型磁轭的优点是:节省磁轭制造成本，减少铁心重量，上述磁轭的形状有利于励磁绕组的套装，与现有的双磁轭结构的单片测量装置相比，省去了上磁轭，并且可以省去调整上磁轭高度的机械装置。
[0012]本实用新型通过将励磁绕组绕在C型磁轭上，避免了现有设备中将励磁绕组绕在被测硅钢片上所带来的绕组加工制造及套装的难度。
[0013]本实用新型中磁通密度测量线圈通过线圈绝缘骨架紧贴被测硅钢样片绕制，其优点在于:磁通密度测量线圈紧贴被测硅钢样片，使磁通密度测量线圈内几乎没有漏磁通通过，省去空气补偿线圈，线圈结构简单。
[0014]本实用新型采用第一磁场强度测量线圈和第二磁场强度测量线圈。其优点在于:通过将2个测量点按线性外延，得到被测硅钢样片内部的磁场强度，提高系统测量精度。
[0015]本实用新型采用层压木垫块的压紧方式，使被测硅钢样片紧贴在磁轭上。其优点在于:通过减小被测硅钢样片与磁轭之间的气隙，可以减小励磁电流，并提高被测硅钢样片中的磁通密度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的测量系统原理框图；
[0017]图2为本实用新型的测量装置结构示意图；
[0018]图3为图2的侧视图；
[0019]图4为图2的俯视图；
[0020]图5为图2中A-A’部分的剖视结构示意图；
[0021]图6为图3的B-B’向剖视结构示意图。
[0022]其中，I一控制计算机、2—数据采集卡、3—低通滤波器、4一功率放大器、5—隔离变压器、6—第一隔离放大器、7—第二隔离放大器、8—第三隔离放大器、9 一被测硅钢片、10—第一磁场强度测量线圈、11 一海绵、12—层压木垫块、13—第二磁场强度测量线圈、14一磁场强度测量线圈支架、15—C型磁轭、16—励磁绕组、17—绕组绝缘支架、18—磁通密度测量线圈、19 一线圈绝缘骨架、20—磁通密度测量线圈保护套、21—支架、22—挡板、22.1一槽、23—支撑面。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明:
[0024]本实用新型所设计的PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，如图1?6所示，它包括第一隔离放大器6、第二隔离放大器7、第三隔离放大器8以及依次连接的控制计算机1、数据采集卡2、低通滤波器3、功率放大器4和隔离变压器5，它还包括C型磁轭15、分别绕在C型磁轭15两端部的两个励磁绕组16、分别设在C型磁轭15两端面的两个层压木垫块12、固定在C型磁轭15开口内部的磁场强度测量线圈支架14、固定在磁场强度测量线圈支架14上且能套住被测硅钢片9的磁通密度测量线圈18、固定在磁场强度测量线圈支架14上的第一磁场强度测量线圈10和第二磁场强度测量线圈13，其中，所述第一磁场强度测量线圈10位于磁通密度测量线圈18的下方，所述第二磁场强度测量线圈13位于第一磁场强度测量线圈10的下方；
[0025]所述两个励磁绕组16连接隔离变压器5，所述磁通密度测量线圈18的信号输出端通过第一隔离放大器6接入数据采集卡2的信号输入端，第一磁场强度测量线圈10的信号输出端通过第二隔离放大器7接入数据采集卡2的信号输入端，所述第二磁场强度测量线圈13的信号输出端通过第三隔离放大器8接入数据采集卡2的信号输入端。
[0026]上述技术方案中，它还包括绕组绝缘支架17，所述励磁绕组16通过绕组绝缘支架17与C型磁轭15固定连接。
[0027]上述技术方案中，所述磁场强度测量线圈支架14上设有支撑面23，所述支撑面23上设有海绵11，所述海绵11上设置第二磁场强度测量线圈13，所述第二磁场强度测量线圈13与第一磁场强度测量线圈10之间也设有海绵11。上述海绵11用于保护磁场强度测量线圈，避免测量线圈损坏。
[0028]上述技术方案中，它还包括磁通密度测量线圈保护套20，所述磁通密度测量线圈18设置在磁通密度测量线圈保护套20内部，所述磁通密度测量线圈保护套20固定在磁场强度测量线圈支架14上。磁通密度测量线圈保护套20用来保护磁通密度测量线圈18，避免磁通密度测量线圈18绝缘被破坏发生短路。
[0029]上述技术方案中，它还包括支架21和线圈绝缘骨架19，所述线圈绝缘骨架19与磁通密度测量线圈18的内壁贴合，所述线圈绝缘骨架19通过支架21固定在磁通密度测量线圈保护套20内。所述线圈绝缘骨架19能避免被测硅钢片9在放入磁通密度测量线圈18时对其产生的磕碰。
[0030]上述技术方案中，所述磁通密度测量线圈保护套20的两端均设有挡板22，所述两个挡板22上均开设有槽22.1，被测硅钢片9穿过挡板22上的槽22.1。
[0031]本实用新型使用时，将被测硅钢片9穿入槽22.1和线圈绝缘骨架19，被测硅钢片9的两端分别与C型磁轭15对应的端面充分接触，然后在被测硅钢片9上放置层压木垫块12，将被测硅钢片9压紧在C型磁轭15上。
[0032]利用上述测量系统的硅钢片磁特性测量方法，包括如下步骤:
[0033]步骤1:在励磁绕组16上加载指定的PWM电压，使被测硅钢片9中产生磁通量；
[0034]步骤2:通过磁通密度测量线圈18、第一磁场强度测量线圈10和第二磁场强度测量线圈13测量被测硅钢片9中的磁通密度和磁场强度；
[0035]步骤3:在被测硅钢片9中的磁通密度未达到饱和时，提取磁通密度波形，并对其做傅里叶分解，得到各次谐波的百分含量；
[0036]步骤4:通过改变PWM电压波形，直到被测硅钢片9中的基波分量呈正弦变化，波形系数控制在1.111±1%，其它谐波分量比例按初始波形中谐波分量百分比调整，偏差控制在 土 1% ；
[0037]步骤5:调整PWM电压波形幅值，重复步骤I?步骤3，得到一组基波磁通密度幅值从小到大变化的磁滞回线和损耗曲线。
[0038]本实用新型利用控制计算机I产生P丽波电压控制信号，由数据采集卡2输出，经过低通滤波器3抑制高频噪声，经过功率放大器4将励磁电压幅值升高到与指定磁通密度匹配，利用隔离变压器5避免功率放大器4和励磁绕组16之间的电气连接，起到保护仪器的作用，励磁电压被加到励磁绕组16上，然后将磁通密度测量线圈18、第一磁场强度测量线圈10和第二磁场强度测量线圈13上的感应电压信号分别通过第一隔离放大器6、第二隔离放大器7和第三隔离放大器8放大到数据采集卡2的分辨率范围内，再送到数据采集卡2，经过软件做积分得到磁通密度和磁场强度的波形。首先，加励磁电压使被测硅钢样片处于未饱和状态，将磁通密度波形做傅里叶分解，得到各次谐波的百分含量，在PWM电压波形激励下，磁通密度波形中基波的百分含量远大于其余各次谐波，因此，只需通过反馈系统调整基波磁通密度的波形，将波形系数控制在1.111±1%范围内。测得此时的磁滞回线和损耗值。通过改变电压幅值，得到一组磁滞回线和损耗曲线。
[0039]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【权利要求】
1.一种PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，它包括第一隔离放大器(6)、第二隔离放大器(7)、第三隔离放大器(8)以及依次连接的控制计算机(I)、数据采集卡(2)、低通滤波器(3)、功率放大器(4)和隔离变压器(5)，其特征在于:它还包括C型磁轭(15)、分别绕在C型磁轭(15)两端部的两个励磁绕组(16)、分别设在C型磁轭(15)两端面的两个层压木垫块(12)、固定在C型磁轭(15)开口内部的磁场强度测量线圈支架(14)、固定在磁场强度测量线圈支架(14)上且能套住被测硅钢片(9)的磁通密度测量线圈(18)、固定在磁场强度测量线圈支架(14)上的第一磁场强度测量线圈(10)和第二磁场强度测量线圈(13)，其中，所述第一磁场强度测量线圈(10)位于磁通密度测量线圈(18)的下方，所述第二磁场强度测量线圈(13)位于第一磁场强度测量线圈(10)的下方； 所述两个励磁绕组(16)连接隔离变压器(5)，所述磁通密度测量线圈(18)的信号输出端通过第一隔离放大器(6)接入数据采集卡(2)的信号输入端，第一磁场强度测量线圈(10)的信号输出端通过第二隔离放大器(7)接入数据采集卡(2)的信号输入端，所述第二磁场强度测量线圈(13 )的信号输出端通过第三隔离放大器(8 )接入数据采集卡(2 )的信号输入端。
2.根据权利要求1所述的PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，其特征在于:它还包括绕组绝缘支架(17)，所述励磁绕组(16)通过绕组绝缘支架(17)与C型磁轭(15)固定连接。
3.根据权利要求1所述的PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，其特征在于:所述磁场强度测量线圈支架(14 )上设有支撑面(23 )，所述支撑面(23 )上设有海绵(11)，所述海绵(11)上设置第二磁场强度测量线圈(13)，所述第二磁场强度测量线圈(13)与第一磁场强度测量线圈(10)之间也设有海绵(11 )。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，其特征在于:它还包括磁通密度测量线圈保护套(20)，所述磁通密度测量线圈(18)设置在磁通密度测量线圈保护套(20)内部，所述磁通密度测量线圈保护套(20)固定在磁场强度测量线圈支架(14)上。
5.根据权利要求4所述的PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，其特征在于:它还包括支架(21)和线圈绝缘骨架(19)，所述线圈绝缘骨架(19)与磁通密度测量线圈(18)的内壁贴合，所述线圈绝缘骨架(19)通过支架(21)固定在磁通密度测量线圈保护套(20)内。
6.根据权利要求5所述的PWM电源激励下硅钢片磁特性的测量系统，其特征在于:所述磁通密度测量线圈保护套(20)的两端均设有挡板(22)，所述两个挡板(22)上均开设有槽(22.1)，被测硅钢片(9)穿过挡板(22)上的槽(22.1)。
【文档编号】G01R33/02GK203606476SQ201320797269
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】王晓燕, 胡守天, 骆忠汉, 杨皓 申请人:武汉钢铁(集团)公司