專利名稱：磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性材料測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電工行業(yè)，隨著電力電子器件的發(fā)展以及供電策略的不斷改進(jìn)，PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調(diào)制)技術(shù)已逐漸取代傳統(tǒng)供電方式，越來越廣泛地應(yīng)用于變頻驅(qū) 動(dòng)場(chǎng)合。而在這種新型的以脈沖序列作為激勵(lì)源的工作模式下，除了基波外，逆變器輸出電 壓頻譜中還含有大量開關(guān)次頻率的諧波。與以往正弦激勵(lì)相比，供電方式發(fā)生了根本變化， 然而設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)與分析電機(jī)性能時(shí)，仍然沿用著傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。例如，在計(jì)算磁性材 料鐵損耗時(shí)，按磁密基波或者峰值查表求得相應(yīng)磁密波形的損耗值。造成這種局面的原因， 一方面在于磁性材料損耗機(jī)理復(fù)雜，理論研究進(jìn)展緩慢，沒有基于物理機(jī)理而且簡(jiǎn)單實(shí)用 的數(shù)學(xué)模型；另一方面在于磁性材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的匱乏。一般來說，鋼鐵公司只提供工頻下 (50,60Hz)基于正弦磁密的典型鐵耗值，參考價(jià)值極其有限，其他頻率或者磁密對(duì)應(yīng)的損耗 值，往往通過放縮因子與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)粗略求取。然而，在新型的供電方式下，材料的性能與以 往認(rèn)識(shí)的有較大的差異。因此，在鐵耗理論不完善的情況下，有必要通過實(shí)驗(yàn)開展PWM激勵(lì) 下磁性材料性能的研究。鑒于市面上沒有測(cè)量PWM供電下的鐵心損耗的儀器，研究人員通常搭建臨時(shí)的測(cè) 量平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這種臨時(shí)測(cè)量平臺(tái)不具備自動(dòng)測(cè)量的功能，效率不高，不適合長(zhǎng)時(shí)間運(yùn) 行。因此，亟待提供一種改進(jìn)的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，使用其可 以自動(dòng)準(zhǔn)確地測(cè)量磁性材料，如硅鋼的PWM鐵損耗曲線，測(cè)量效率高且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其包 括電源電路、磁路、以及測(cè)量與控制裝置。所述電源電路包括依次電連接的調(diào)壓模塊、整流 濾波模塊以及PWM逆變模塊。所述磁路包括愛潑斯坦方圈和設(shè)于所述愛潑斯坦方圈內(nèi)的待 測(cè)樣片。所述測(cè)量與控制裝置包括計(jì)算機(jī)處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換卡、A/D轉(zhuǎn)換卡以及用于測(cè)量 所述愛潑斯坦方圈的初級(jí)電流和次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的采樣模塊，所述D/A轉(zhuǎn)換卡將所述計(jì)算 機(jī)處理模塊的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述PWM逆變模塊的調(diào)制波；所述A/D轉(zhuǎn)換卡將所述采樣模 塊采集的電流和電壓信號(hào)傳送給所述計(jì)算機(jī)處理模塊。本發(fā)明的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)可用于對(duì)不同基波幅值、頻率、不同母線 電壓激勵(lì)下的磁性材料的鐵損特性進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了在線自動(dòng)測(cè)量磁性材料的鐵損耗，測(cè) 量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確且效率高，尤其適用于鋼鐵公司獲取硅鋼的PWM鐵損耗曲線。并且，該系統(tǒng)的基 波頻率在測(cè)量范圍內(nèi)可以設(shè)定為任意整數(shù)，突破了工頻的限制。本發(fā)明較好的技術(shù)方案是所述電源電路還包括電氣隔離模塊，所述電氣隔離模 塊連接在所述脈寬調(diào)制逆變電源的輸出側(cè)，所述電氣隔離模塊消除了直流偏磁的影響，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確；所述磁路還包括空氣磁通補(bǔ)償互感，所述空氣磁通補(bǔ)償互感的初級(jí)繞組 與所述愛潑斯坦方圈的初級(jí)繞組串聯(lián)，次級(jí)繞組與所述愛潑斯坦方圈的感應(yīng)繞組串聯(lián)反 接，以消除空氣中交變磁通對(duì)鐵心磁密測(cè)量結(jié)果的影響；所述D/A轉(zhuǎn)換卡通過屏蔽線與所 述計(jì)算機(jī)處理模塊和所述PWM逆變模塊電連接，所述A/D轉(zhuǎn)換卡通過屏蔽線與所述采樣模 塊和所述計(jì)算機(jī)處理模塊電連接。由于信號(hào)傳輸線路采用了屏蔽線，使得測(cè)量結(jié)果零漂小， 抗干擾能力強(qiáng)。本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案是所述計(jì)算機(jī)處理模塊包括參數(shù)設(shè)定單元，用于接收用 戶指令并根據(jù)所述用戶指令控制所述計(jì)算機(jī)處理模塊的激勵(lì)源；存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)所述 采樣模塊測(cè)量得到的電流和電壓；信號(hào)處理單元，用于根據(jù)所述存儲(chǔ)單元中的電流和電壓 值計(jì)算鐵損耗值；圖形生成單元，用于根據(jù)所述信號(hào)處理單元的生成所述待測(cè)樣片的鐵損 耗曲線；以及顯示單元，用于顯示所述信號(hào)處理單元的計(jì)算結(jié)果和/或所述圖形生成單元 生成的鐵損耗曲線。本發(fā)明更優(yōu)選的技術(shù)方案是所述計(jì)算機(jī)處理模塊還包括波形識(shí)別單元，用于判 斷調(diào)制波波形是否穩(wěn)定；則在所述波形狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，所述所述愛潑斯坦方圈的初級(jí) 電流和次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過識(shí)別波形是否穩(wěn)定，排除干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，測(cè)量重復(fù)性 好；所述計(jì)算機(jī)處理模塊還包括表格生成存儲(chǔ)單元，用于將所述顯示所述信號(hào)處理單元的 計(jì)算結(jié)果和/或所述圖形生成單元生成的鐵損耗曲線生成表格文件存檔，便于以后組件材 料屬性數(shù)據(jù)庫供他人查看與調(diào)用，有利于減少重復(fù)勞動(dòng)，提高測(cè)量效率。通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明 的實(shí)施例。


圖1為本發(fā)明磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)測(cè)量單元的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號(hào)代表類似的元件。如 上所述，本發(fā)明提供了一種磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，使用其可以自動(dòng)準(zhǔn)確地測(cè)量磁 性材料，如硅鋼的PWM鐵損耗曲線，測(cè)量效率高且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。下面將結(jié)合附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案。如圖1所示，本實(shí)施例的磁 性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)包括電源電路1、磁路2、以及測(cè)量與控制裝置3。所述電源電 路1包括依次電連接的調(diào)壓模塊11、整流濾波模塊12以及PWM逆變模塊13。所述磁路2 包括愛潑斯坦方圈21和設(shè)于所述愛潑斯坦方圈21內(nèi)的待測(cè)樣片22。所述測(cè)量與控制裝 置3包括計(jì)算機(jī)處理模塊31、D/A轉(zhuǎn)換卡32、A/D轉(zhuǎn)換卡33以及用于測(cè)量所述磁路的初級(jí) 電流和次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的采樣模塊，所述D/A轉(zhuǎn)換卡32的輸入端與所述計(jì)算機(jī)處理模塊31 中的信號(hào)源連接，輸出端與所述PWM逆變模塊13連接，用于將所述計(jì)算機(jī)處理模塊31的輸 出信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述PWM逆變模塊13的調(diào)制波。所述A/D轉(zhuǎn)換卡33的輸入端與采樣模塊連 接，輸出端與所述計(jì)算機(jī)處理模塊31連接，用于將所述采樣模塊采集的電流和電壓信號(hào)傳 送給所述計(jì)算機(jī)處理模塊31。具體地，所述愛潑斯坦方圈21可以為25cm的愛潑斯坦方圈。待測(cè)量的硅鋼按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裁剪為待測(cè)樣片22后，插入所述愛潑斯坦方圈21進(jìn)行搭接，組成 無氣隙空載變壓器。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)施例的磁路2還包括空氣磁通補(bǔ)償互感23，所述 空氣磁通補(bǔ)償互感23的初級(jí)繞組23a與所述愛潑斯坦方圈21的初級(jí)繞組串聯(lián)，次級(jí)繞組 23b與所述愛潑斯坦方圈21的次級(jí)繞組串聯(lián)反接以補(bǔ)償空氣磁通交變形成的反電勢(shì)。經(jīng)補(bǔ) 償后，輸出電壓只與待測(cè)樣片22中的磁通有關(guān)。優(yōu)選地，所述電源電路1還包括電氣隔離模塊14，所述電氣隔離模塊14連接在所 述脈寬調(diào)制逆變電源13的輸出側(cè)，以濾除激磁電壓中的直流分量，消除直流偏磁的影響。進(jìn)一步地，所述采樣模塊包括電流傳感器34a和電壓傳感器34b，更進(jìn)一步地，所 述電流傳感器34a可以為霍爾傳感器，用于測(cè)量所述愛潑斯坦方圈21的初級(jí)線圈中的電 流，所述電壓傳感器34b可以為電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，用于測(cè)量所述愛潑斯坦方圈21的次級(jí)線圈 的電壓。需要說明的是，所述電源電路1的調(diào)壓模塊11、整流濾波模塊12、PWM逆變模塊13 以及電氣隔離模塊14的具體結(jié)構(gòu)均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，故在此略去詳細(xì)描述。如圖2所示，在本實(shí)施例中，所述計(jì)算機(jī)處理模塊31包括參數(shù)設(shè)定單元311，用于 接收用戶指令并根據(jù)所述用戶指令控制所述計(jì)算機(jī)處理模塊31的激勵(lì)源；存儲(chǔ)單元312， 用于存儲(chǔ)所述采樣模塊測(cè)量得到的電流和電壓；信號(hào)處理單元313，用于根據(jù)所述存儲(chǔ)單 元312中的電流和電壓值計(jì)算鐵損耗值；圖形生成單元314，用于根據(jù)所述信號(hào)處理單元 313的生成所述待測(cè)樣片的鐵損耗曲線；以及顯示單元315，用于顯示所述信號(hào)處理單元 313的計(jì)算結(jié)果和/或所述圖形生成單元314生成的鐵損耗曲線。進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)處理模塊31還可以包括波形識(shí)別單元316，用于判斷調(diào)制 波波形是否穩(wěn)定；則在所述波形狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，所述信號(hào)處理單元313根據(jù)所述存儲(chǔ) 單元312中的電流和電壓值計(jì)算鐵損耗值，通過識(shí)別波形是否穩(wěn)定，排除干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果 的影響，測(cè)量重復(fù)性好。更進(jìn)一步地，所述計(jì)算機(jī)處理模塊31還可以包括表格生成存儲(chǔ)單元317，用于將 所述顯示所述信號(hào)處理單元313的計(jì)算結(jié)果和/或所述圖形生成單元314生成的鐵損耗曲 線生成表格文件存檔，便于以后組件材料屬性數(shù)據(jù)庫供他人查看與調(diào)用，有利于減少重復(fù) 勞動(dòng)，提高測(cè)量效率。下面說明本實(shí)施例的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的工作過程。如圖1所示，市 電經(jīng)過調(diào)壓模塊11后經(jīng)整流濾波作為PWM逆變模塊13的直流電源，經(jīng)過PWM逆變模塊13 后經(jīng)電氣隔離模塊14輸送給愛潑斯坦方圈供電。D/A轉(zhuǎn)換卡由用戶編程生成調(diào)制波控制 PWM逆變模塊的輸出，當(dāng)調(diào)制波波形穩(wěn)定時(shí)，采樣模塊將激磁電流和方圈次級(jí)電壓信號(hào)送入 A/D轉(zhuǎn)換卡，量化后保存在計(jì)算機(jī)處理模塊31中并進(jìn)行解算，將測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算 機(jī)屏幕上。還可以同時(shí)生成Excel文件存檔，便于以后組件材料屬性數(shù)據(jù)庫供他人查看與 調(diào)用，有利于減少重復(fù)勞動(dòng)，提高測(cè)量效率。優(yōu)選地，可以將結(jié)果以圖形的形式顯現(xiàn)在屏幕 上，便于直觀地了解待測(cè)樣片的鐵損耗曲線。具體的，可以通過matlab軟件程序?qū)崿F(xiàn)。
權(quán)利要求
一種磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括電源電路、磁路、以及測(cè)量與控制裝置，其特征在于所述電源電路包括依次電連接的調(diào)壓模塊、整流濾波模塊以及PWM逆變模塊，所述磁路包括愛潑斯坦方圈和設(shè)于所述愛潑斯坦方圈內(nèi)的待測(cè)樣片，所述測(cè)量與控制裝置包括計(jì)算機(jī)處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換卡、A/D轉(zhuǎn)換卡以及用于測(cè)量所述愛潑斯坦方圈的初級(jí)電流和次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的采樣模塊，所述D/A轉(zhuǎn)換卡將所述計(jì)算機(jī)處理模塊的激勵(lì)源信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述PWM逆變模塊的調(diào)制波；所述A/D轉(zhuǎn)換卡將所述采樣模塊采集的電流和電壓信號(hào)傳送給所述計(jì)算機(jī)處理模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述磁路還包 括空氣磁通補(bǔ)償互感，所述空氣磁通補(bǔ)償互感的初級(jí)繞組與所述愛潑斯坦方圈的初級(jí)繞組 串聯(lián)，次級(jí)繞組與所述愛潑斯坦方圈的感應(yīng)繞組串聯(lián)反接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述電源電路 還包括電氣隔離模塊，所述電氣隔離模塊連接在所述脈寬調(diào)制逆變電源的輸出側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述 采樣模塊包括電流傳感器和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述 愛潑斯坦方圈為25cm的愛潑斯坦方圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述 D/A轉(zhuǎn)換卡通過屏蔽線與所述計(jì)算機(jī)處理模塊和所述脈寬調(diào)制逆變模塊電連接，所述A/D 轉(zhuǎn)換卡通過屏蔽線與所述采樣模塊和所述計(jì)算機(jī)處理模塊電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述 計(jì)算機(jī)處理模塊包括參數(shù)設(shè)定單元，用于選擇測(cè)量模式以及設(shè)定激勵(lì)源參數(shù)；存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)所述采樣模塊測(cè)量得到的電流和電壓；信號(hào)處理單元，用于根據(jù)所述存儲(chǔ)單元中的電流和電壓值計(jì)算鐵損耗值；圖形生成單元，用于根據(jù)所述信號(hào)處理單元生成所述待測(cè)樣片的鐵損耗曲線；以及顯 示單元，用于顯示所述信號(hào)處理單元的計(jì)算結(jié)果和/或所述圖形生成單元生成的鐵損耗曲 線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)處 理模塊還包括波形識(shí)別單元，用于判斷調(diào)制波波形是否穩(wěn)定；則在所述波形狀態(tài)穩(wěn)定的情 況下，所述采樣模塊測(cè)量所述愛潑斯坦方圈的初級(jí)電流和次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)處 理模塊還包括表格生成存儲(chǔ)單元，用于將所述顯示所述信號(hào)處理單元的計(jì)算結(jié)果和/或所 述圖形生成單元生成的鐵損耗曲線生成表格文件存檔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磁性材料鐵損耗自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其包括電源電路、磁路、以及測(cè)量與控制裝置。所述電源電路包括依次電連接的調(diào)壓模塊、整流濾波模塊以及PWM逆變模塊。所述磁路包括愛潑斯坦方圈和設(shè)于所述愛潑斯坦方圈內(nèi)的待測(cè)樣片。所述測(cè)量與控制裝置包括計(jì)算機(jī)處理模塊、D/A轉(zhuǎn)換卡、A/D轉(zhuǎn)換卡以及用于測(cè)量所述愛潑斯坦方圈的初級(jí)電流和次級(jí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的采樣模塊，所述D/A轉(zhuǎn)換卡將所述計(jì)算機(jī)處理模塊的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為所述PWM逆變模塊的調(diào)制波；所述A/D轉(zhuǎn)換卡將所述采樣模塊采集的電流和電壓信號(hào)傳送給所述計(jì)算機(jī)處理模塊。該測(cè)量系統(tǒng)可以自動(dòng)準(zhǔn)確地測(cè)量磁性材料的PWM鐵損耗曲線，測(cè)量效率高且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G01N27/82GK101865882SQ20101020101
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者余錫文, 王東, 郭云珺, 陳俊全, 馬偉明 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)