本发明涉及磁性元件磁化特性设计领域，特别是一种测量磁性材料磁化特性的方法。
背景技术：
功率变换器中磁性元件的优化设计需精确确定磁性材料的磁化特性。金属磁粉芯是由金属磁粉颗粒、绝缘包裹以及空气(粘合剂)的组合体，其饱和磁通密度高，磁导率低，阻抗角接近90度。测量磁粉芯磁性元件的磁化特性所需激磁电源容量大(激磁电压高或励磁电流大)，导致测量非常困难。
现有的测量磁化特性的方法主要包括大信号交流法测量磁化曲线(单绕组和双绕组)、脉冲测量法测量磁化曲线、阻抗测量法(阻抗分析仪/lcr表)+直流偏置源、以及交流振荡法测量磁化曲线。
然而上述方法存在以下缺陷：
1、用大信号交流法测量磁化曲线中磁性元件有单绕组和双绕组两种绕线方式。当磁性元件采用单绕组绕制时需要扣除绕组上交流电阻的电压对测量的影响。当磁性元件采用双绕组绕制时，其分布电容和漏感将影响测量的精度。大信号交流法测量相对磁导率时只能选择某个频率的激励来等效直流激励，但是因交流激励引起的涡流效应会影响测量结果。并且大信号交流法针对高饱和磁感应强度磁芯时需要大功率激励电源。
2、脉冲测量法测量大电流偏置的相对磁导率时，同样必须扣除绕组损耗交流电阻上的电压对测量的影响。在伏秒积相等的条件下，通过定时器控制开关给磁性元件施加不同脉宽的激磁电压时，激磁电流幅值一样但变化率不一样，并且利用数字微分计算增量磁导率将产生很大的测量误差。
3、采用阻抗分析仪测量磁化曲线中对阻抗分析仪精度的要求高。在施加直流偏置源时，要求偏置电流源的内阻足够大，频率特性好，频带宽。因此综合成本很高。
4、交流振荡法在用数字示波器采样被测磁件原边激磁电流时，激磁电流幅值的变化非常迅速，造成了对激磁电流很大的采样误差，同时计算磁化特性的过程中要对激磁电流的采样值进行微分处理，因此采样的误差会被进一步放大，导致无法得到完整的磁化特性曲线。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提出一种测量磁性材料磁化特性的方法，在原有交流振荡法的基础上，通过对测试电路进行改进，避免了数据处理过程中的微分计算，从而提高了交流振荡法的测量精度，实现交流振荡法对磁性元件磁化特性的精确测量。
本发明采用以下方案实现：一种测量磁性材料磁化特性的方法，具体包括以下步骤：
步骤s1：提供测试电路，所述测试电路包括：第一开关s1、第二开关s2、空心电感l0、空心电感l0的寄生电阻r0、环形被测磁件l1、环形被测磁件l1的寄生电阻r1、直流电源u、电容c、电阻r；所述直流电源u的正极与所述第一开关s1的一端相连，所述第一开关s1的另一端与所述第二开关s2的一端、电容c的一端相连，所述第二开关s2的另一端与所述空心电感l0的原边绕组的一端相连，所述空心电感l0的原边绕组的另一端与所述空心电感l0的寄生电阻r0的一端相连，所述空心电感l0的寄生电阻r0的另一端与所述环形被测磁件l1的原边绕组的一端相连，所述环形被测磁件l1的原边绕组的另一端与所述环形被测磁件l1的寄生电阻r1的一端相连，所述环形被测磁件l1的寄生电阻r1的另一端与所述电阻r的一端、所述电容c的另一端相连，所述电阻r的另一端连接至所述直流电源u的负极；
步骤s2：闭合第一开关s1并且断开第二开关s2，直流电源u给所述电容c充电；
步骤s3：断开第一开关s1同时闭合第二开关s2，电容c通过空心电感l0、空心电感l0的寄生电阻r0、环形被测磁件l1、以及环形被测磁件l1的寄生电阻r1放电；
步骤s4：同时采集空心电感l0的副边绕组上的感应电压u0、环形被测磁件l1的副边绕组上的感应电压u1、以及流经空心电感l0的主边绕组的激磁电流i；
步骤s5：因为流过空芯电感l0和环形被测磁件l1的激磁电流i是同一个电流，并且空心电感的感值l0不会随着激磁电流i的变化而变化，因此可以采用下式计算环形被测磁件l1的磁场强度h以及环形被测磁件l1的增量磁导率μ1δ：
其中，n1为环形被测磁性元件l1原边绕组的匝数；n2为环形被测磁性元件副边绕组的匝数；l0为空芯电感的感值；l1为环形被测磁性元件的电感值；ae是环形被测磁性元件磁芯的有效截面积；le是环形被测磁性元件磁芯的有效磁路长度；μ0为真空中磁导率。
进一步地，其中l0与l1的关系如下：
进一步地，步骤s4中，采用数字存储和处理示波器或采集处理仪器采集空心电感l0的副边绕组上的感应电压u0、环形被测磁件l1的副边绕组上的感应电压u1、以及流经空心电感l0的主边绕组的激磁电流i。
进一步地，所述直流电源u为大功率恒压源，电容c根据实际电路选择合适的电容值，以满足电阻电感电容的振荡条件公式：
进一步地，所述第一开关s1与第二开关s2为双向晶闸管。
进一步地，所述空心电感l0与环形被测磁件l1均采用双绕组绕制，能够扣除电感中交流寄生电阻对测量结果的影响，激磁绕组的大小和线径可以根据励磁电压和激磁电流设计。同时空心电感l0与环形被测磁件l1采用双股并绕的方式，能够减小漏感，感应绕组的线径可以较小。
进一步地，所述空心电感l0与环形被测磁件l1的感值接近，以便u0和u1的数量级相当。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
1、本发明的测试电路简单、易实现。
2、本发明规避了交流振荡法获取增量磁导率时的数值微分，提高了磁性元件磁化曲线的测量精度；
3、本发明在精确测量高饱和磁芯的磁化特性的同时还可以实现磁芯的去磁。
附图说明
图1为本发明实施例的测试电路示意图。
图2为本发明实施例的测试电路的采样波形图。
图3为本发明实施例的被测磁件的磁化特性曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种测量磁性材料磁化特性的方法，具体包括以下步骤：
步骤s1：提供测试电路，所述测试电路包括：第一开关s1、第二开关s2、空心电感l0、空心电感l0的寄生电阻r0、环形被测磁件l1、环形被测磁件l1的寄生电阻r1、直流电源u、电容c、电阻r；所述直流电源u的正极与所述第一开关s1的一端相连，所述第一开关s1的另一端与所述第二开关s2的一端、电容c的一端相连，所述第二开关s2的另一端与所述空心电感l0的原边绕组的一端相连，所述空心电感l0的原边绕组的另一端与所述空心电感l0的寄生电阻r0的一端相连，所述空心电感l0的寄生电阻r0的另一端与所述环形被测磁件l1的原边绕组的一端相连，所述环形被测磁件l1的原边绕组的另一端与所述环形被测磁件l1的寄生电阻r1的一端相连，所述环形被测磁件l1的寄生电阻r1的另一端与所述电阻r的一端、所述电容c的另一端相连，所述电阻r的另一端连接至所述直流电源u的负极；
步骤s2：闭合第一开关s1并且断开第二开关s2，直流电源u给所述电容c充电；
步骤s3：断开第一开关s1同时闭合第二开关s2，电容c通过空心电感l0、空心电感l0的寄生电阻r0、环形被测磁件l1、以及环形被测磁件l1的寄生电阻r1放电；
步骤s4：同时采集空心电感l0的副边绕组上的感应电压u0、环形被测磁件l1的副边绕组上的感应电压u1、以及流经空心电感l0的主边绕组的激磁电流i；
步骤s5：因为流过空芯电感l0和环形被测磁件l1的激磁电流i是同一个电流，并且空心电感的感值l0不会随着激磁电流i的变化而变化，因此可以采用下式计算环形被测磁件l1的磁场强度h以及环形被测磁件l1的增量磁导率μ1δ：
其中，n1为环形被测磁性元件l1原边绕组的匝数；n2为环形被测磁性元件副边绕组的匝数；l0为空芯电感的感值；l1为环形被测磁性元件的电感值；ae是环形被测磁性元件磁芯的有效截面积；le是环形被测磁性元件磁芯的有效磁路长度；μ0为真空中磁导率。
在本实施例中，其中l0与l1的关系如下：
在本实施例中，步骤s4中，采用数字存储和处理示波器或采集处理仪器采集空心电感l0的副边绕组上的感应电压u0、环形被测磁件l1的副边绕组上的感应电压u1、以及流经空心电感l0的主边绕组的激磁电流i。
在本实施例中，所述直流电源u为大功率恒压源，电容c根据实际电路选择合适的电容值，以满足电阻电感电容的振荡条件公式：
在本实施例中，所述第一开关s1与第二开关s2为双向晶闸管。
在本实施例中，所述空心电感l0与环形被测磁件l1均采用双绕组绕制，能够扣除电感中交流寄生电阻对测量结果的影响，激磁绕组的大小和线径可以根据励磁电压和激磁电流设计。同时空心电感l0与环形被测磁件l1采用双股并绕的方式，能够减小漏感，感应绕组的线径可以较小。
在本实施例中，所述空心电感l0与环形被测磁件l1的感值接近，以便u0和u1的数量级相当。
更加具体的，本实施例测量铂科ds270060磁性材料磁性元件的磁化特性，被测磁件l1的有效截面积为68.32×mm2；有效磁路长度为65mm；磁性元件采用双绕组绕制，n1＝n2＝50匝；理论计算被测件电感值为197μh，阻抗分析仪测量被测件电感值为185uh。空心电感l0的有效截面积为1000mm2；有效磁路长度为503mm；同样采用双绕组并绕，n1＝n2＝225匝；理论计算空心电感感值为126.6uh,阻抗分析仪测量电感值为147uh。电容c型号为pulomcappgt，电容值1.0uf，耐压5000v，实验采用4个电容并联。直流源为chromaprogrammabledcpowersupply。开关s1闭合，直流源先给电容c充电；然后开关s1断开，开关s2闭合，利用数字示波器采样流过被测磁件的激磁绕组的电流i、空芯电感副边感应电压u0和被测磁件副边感应电压u1。采样波形见图2，用公式
本实施例的测试电路简单、易实现。本实施例规避了交流振荡法获取增量磁导率时的数值微分，提高了磁性元件磁化曲线的测量精度；同时本实施例在精确测量高饱和磁芯的磁化特性的同时还可以实现磁芯的去磁以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。