2022磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法

磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法II目 次112范引文件 13語(yǔ)定義 14號(hào)代和略語(yǔ) 15術(shù)25.1儀和25.2試樣 45.3測(cè)條件 5量6交功6有值法 9直功106.4量1211磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軟磁磁性材料在高勵(lì)磁下?lián)p耗的測(cè)量方法和測(cè)量技術(shù)要求。本標(biāo)準(zhǔn)適用于電子設(shè)備、開關(guān)電源和功率變換設(shè)備中感性元件的軟磁磁性材料。GB/T9637磁性材料與元件GB/T20874磁性零件有效參數(shù)的計(jì)算GB/T28869.1軟磁材料制成的磁心測(cè)量方法第1部分：通用規(guī)范GB/T28869.22GB/T28869.33GB/T9637GB/T28869.1GB/T28869.2GB/T28869.33.1高勵(lì)磁highexcitation為測(cè)量在給定磁通密度下的磁心損耗或磁導(dǎo)率所需施加的激勵(lì)。SI10f：激勵(lì)的頻率，單位赫茲（Hz）；Ts：激勵(lì)的周期，單位秒（s）；Bm（A/m）；Pc（W）；Pw：繞組損耗，單位瓦特（W）；Pcv（（W/m3）；Ae（le：試樣的有效磁路長(zhǎng)度，單位為米（m）；Ve：試樣的有效體積，單位為立方米（m3）；（d（；N2：感應(yīng)繞組的匝數(shù)；N1：勵(lì)磁繞組的匝數(shù)；：圓周率。22激勵(lì)源總則本標(biāo)準(zhǔn)引入的激勵(lì)源包括正弦波激勵(lì)源和方波激勵(lì)源（占空比為0.5的矩形波）。當(dāng)選擇磁通密度（±0.1%1%1式中：

Bm

22Urms2f

················································(1)Us——V當(dāng)勵(lì)磁電壓是方波（占空比為0.5的矩形波）時(shí)，如圖1所示（負(fù)半波與正半波波形一樣）。過沖Uo應(yīng)小于方波幅值的5%，頂降UD應(yīng)小于方波幅值的2%，上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf應(yīng)小于周期的1%，方波激勵(lì)中直流偏磁不應(yīng)超過方波幅值的2%。勵(lì)磁電壓是方波時(shí)，則磁通密度峰值計(jì)算見公式（2）。式中：

Bm

Um4f

··················································(2)U——%Um%UmUOUD1000trt0.5Tsft(s)說明：tr——上升延遲時(shí)間；33tf ——UD——Uo——

圖1方波波形圖對(duì)于任意波形勵(lì)磁電壓的磁通密度峰值計(jì)算見公式（3）：式中：

Bm

U4f

··················································(3)U——任意波形勵(lì)磁電壓整流后的平均值，單位伏特（V）?？倓t1%電壓表宜采用精度小于0.2%的電壓表。數(shù)據(jù)采集器的采樣率應(yīng)不低于256個(gè)點(diǎn)每周波和分辨率應(yīng)不低于12位。傳感器采樣電阻器電阻值的誤差應(yīng)不大于0.1%（4：R2R22a式中：

LRtan(φ) (5)2fR——a——測(cè)試頻率下采樣電阻電壓的最大允許相對(duì)增加值，無量綱；——采樣電阻上電壓和電流相位差，單位弧度（rad）。示例：若014331-rd0.25,R1,f00k1500150020.0011tan(0.025)L 2500103因此采樣電阻的寄生電感感值應(yīng)滿足：L0.1389nH。

··············································(7)440.5%0.000436350.025。測(cè)量電路中的連接應(yīng)盡可能短，測(cè)量通道之間的相位差在測(cè)量頻率范圍內(nèi)應(yīng)滿足公式（8）：式中：P ——

P

······················································(8)QC示例:

——

fHm2Pcv

品質(zhì)因數(shù)，無量綱。，若P=1%,QC=5,則有：0.010.002···················································(9)5若勵(lì)磁為非正弦波，則應(yīng)計(jì)算各次諧波下的相位差。1。試樣磁心試樣的磁心應(yīng)去磁（按GB/T28869.1執(zhí)行）。繞組試樣的自諧振頻率應(yīng)高于測(cè)試頻率的10倍。雙繞組1，單繞組（10）PI 2R

·····················································(10)w rms dc55式中：Irms——?jiǎng)?lì)磁電流的有效值，單位安培（A）；Rdc——繞線的直流電阻，單位歐姆（）。（12）(d/(2))2(d/(2))2(d/(2)1)2

······································(11)PI 2R

·····················································(12)式中：d —— ——m)；

w rms acIrms——?jiǎng)?lì)磁電流的有效值，單位安培（A）；Rac——繞線的交流電阻，單位歐姆（）。（14）nni(t)Irmskk1

2cos(k2ftk) (13)nPI 2Rn

··················································(14)w rmsk ackk1式中：i(t) ——（A）；Irmsk——?jiǎng)?lì)磁電流中k次諧波電流的有效值，單位安培（A）；k ——k（rad）；n ——n1%；Rack ——k（）。LCR20試樣的有效截面積Ae、有效磁路長(zhǎng)度le和有效體積Ve的計(jì)算參照GB/T20874。（本標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)量方法是測(cè)量磁性材料損耗的有效量。試樣磁心應(yīng)在穩(wěn)定和可重復(fù)的磁狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)消除材料的各種剩磁和時(shí)間效應(yīng)。測(cè)量全過程66完成時(shí)間需要根據(jù)磁心材料損耗對(duì)溫度的敏感性確定。對(duì)鐵氧體磁心，建議時(shí)間不超過3秒，對(duì)磁粉心磁心不應(yīng)超過10秒，測(cè)試結(jié)束應(yīng)及時(shí)斷開激勵(lì)源避免磁心過熱。概述磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法有四種：交流功率法、有效值法、直流功率法和量熱法。90直流功率法測(cè)量方波激勵(lì)下磁心損耗，需較大功率恒壓源和DC/AC逆變電路產(chǎn)生方波，測(cè)量精度受DC/AC逆變電路損耗的影響但可采取某些措施消除或校準(zhǔn)。表1磁性材料損耗測(cè)量方法比較測(cè)量方法勵(lì)磁波形激勵(lì)源繞組損耗的分離阻抗角的影響頻率的影響交流功率法任意高頻大功率激勵(lì)源可分離（雙繞組）有影響有影響有效值法正弦高頻大功率激勵(lì)源可分離（雙繞組）有影響有影響直流功率法方波或PWM波恒壓源不可分離無影響有影響量熱法任意無要求不可分離無影響無影響概述交流功率法基本電路如圖2所示。i高頻激勵(lì)i高頻激勵(lì)源**電流傳感器+N1 N2u2DUT_高頻激** +N1勵(lì)DUT源+uR_RN2u_a)繞繞試，阻采勵(lì)電流 b）雙組制樣流探采勵(lì)電流N1+ RN1+ Ru_DUTR高頻激勵(lì)源i電流傳感器N1DUT高頻激勵(lì)源u1 u1__c)單繞繞試，采樣磁流 d）單組制樣流探采勵(lì)電流77R——電阻器N1——N2——電源：高頻激勵(lì)源——信號(hào)發(fā)生器+功率放大器或DC/AC逆變電路圖2交流功率法測(cè)量電路圖高頻激勵(lì)源由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成或者DC/AC逆變電路。N1N2根據(jù)勵(lì)磁電流和感應(yīng)電壓以及激勵(lì)源的電壓和電流容量設(shè)計(jì)勵(lì)磁繞組N1的匝數(shù)和線徑，推薦感應(yīng)繞組N2的匝數(shù)等于勵(lì)磁繞組N1的匝數(shù)，感應(yīng)繞組N2的線徑可以很小。R5.1.3.1數(shù)據(jù)采集器參照5.1.2.3。測(cè)量步驟如下：GB/T28869.1）2abcd（2中和）1式中：

Pcv

1STsVeTS

(t)i(t)

······································（15）(t)i(t)

——V——A當(dāng)試樣雙繞組繞制時(shí)（如圖2中a）和b）所示），磁性材料損耗密度的計(jì)算見公式（16）：式中：

Pcv

1N1SN2S

u2(t)i(t)

···································（16）u2t)——Vit) ——A根據(jù)磁性材料損耗計(jì)算公式可以推導(dǎo)勵(lì)磁電壓為正弦波時(shí)的相對(duì)誤差公式(17)：PPUUII tanPPUUII

·······································（17）88式中：P——P——U——VU——VI——A；I ——A因此，交流功率法測(cè)量磁性材料損耗的相對(duì)誤差由三個(gè)部分構(gòu)成：當(dāng)試樣的阻抗角趨于90時(shí)，微小的相位誤差也會(huì)產(chǎn)生非常大的測(cè)量誤差。B-HB-H分析儀法是指利用儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)采集器采樣感應(yīng)電壓和勵(lì)磁電流計(jì)算磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，B-H磁滯回線的面積即是一周期磁心損耗。注：現(xiàn)有B-H分析儀的通道是共地的，勵(lì)磁線圈和感應(yīng)線圈應(yīng)采用同名端共地，否則兩線圈間的分布電容和電壓差會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。注：名端接地；對(duì)于通道非隔離的功率分析儀，應(yīng)采用同名端共地。318)。S式中：S

Pcv

1TsVe

(t)i(t)dt （18）(t)—— NL**+NDUTuNL**+NDUTu1RC_高頻激勵(lì)源iCiCCNLRDUT高頻激勵(lì)源i+u1_元件：

并電容 b）聯(lián)99R ——N1——?jiǎng)?lì)磁繞組N2——感應(yīng)繞組C ——可調(diào)電容概述

圖3電容無功補(bǔ)償法電路圖有效值法利用高精度有效值電壓表測(cè)量圖4中U1和U2，利用公式計(jì)算磁心損耗。有效值法基本電路如圖4所示。+*+*+N*+N_SDUT+1RU___+*++NN_*DUT+RU___b)元件：DUT——被測(cè)試樣R ——采樣電阻N1 ——?jiǎng)?lì)磁繞組N2 ——感應(yīng)繞組電源：US

——正弦激勵(lì)源

圖4有效值法電路圖高頻激勵(lì)源是正弦電壓激勵(lì)源。N1N2N1N2N2R該電阻器是無感電阻器，其阻值由被測(cè)的電流峰值決定且應(yīng)滿足功率要求。該電阻規(guī)范應(yīng)該滿足5.1.3.1。也可采用同軸分流器。6.3.3.4有效值電壓表有效值電壓表參照5.1.2.1。1010測(cè)量步驟如下：GB/T28869.1）4a）4a）U14b）4b）U2（20）采用無感電阻器R，則利用公式（20）得到磁性材料損耗：U2U2U21 24RN2/N1

·············································（19）2U12U1dU12U2dU2式中：

dPP

4URU3cos()

)

···························（20）dP ——P ——性料耗單瓦特dU，U2 ——壓效測(cè)誤，單伏R ——樣阻的值單位姆 ——（d ——（rad）當(dāng)試樣的阻抗角趨于90時(shí)，微小的相位誤差會(huì)產(chǎn)生非常大的測(cè)量誤差。概述DC-ACLN1DUTDC/AC逆變電路ILN1DUTDC/AC逆變電路iiUi1111元件：DUT ——被測(cè)試樣DC/AC逆變電路——全橋電路或半橋電路電源：Ui ——直流電壓源Ui可采用合適功率的直流電壓源。DC/AC

圖5直流法電路圖可采用全橋逆變電路或半橋逆變電路等。DUT根據(jù)試樣DUT伏秒積設(shè)計(jì)試樣的匝數(shù)，根據(jù)最大電流設(shè)計(jì)繞線的線徑。測(cè)量誤差應(yīng)小于0.1%。測(cè)量步驟如下：GB/T28869.1）5UiDC/ACPWMUi(22)和(23)：-UiIiDC (21)-(22)式中：Pn——流源i輸功率單瓦Ui ——入流勵(lì)電值，位特_DC——入電的流量，位培Pex——PexPwPcUiUiIi_DC6.4.6.1逆變電路損耗補(bǔ)償推薦采用空心電感作為定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，通過定標(biāo)補(bǔ)償逆變電路損耗。12126.4.7.1差值直流功率法DC/AC6S（24UiS（2(23)(24)式中：P1、P2——iPex1Pex2——（P1 ——；Pc ——若被測(cè)試樣的感值遠(yuǎn)大于參考電感器的感值，則被測(cè)試樣的接入對(duì)DC/AC逆變器的工況和損耗基本沒有影響，因此有：則被測(cè)試樣的損耗為：

(25)(26)SL1N1DUTDC/AC逆變電路SL1N1DUTDC/AC逆變電路iiUi元件：DUT——被測(cè)試樣S ——開關(guān)L1 ——參考電感器量熱法概述

圖6差值直流功率法電路圖測(cè)量被測(cè)件損耗在熱工質(zhì)中的發(fā)熱引起的溫升獲得磁心損耗。被測(cè)試樣的勵(lì)磁波形可以是任意波形，也可施加直流偏磁。量熱法基本原理如圖7所示。1313溫度傳感器溫度傳感器DUT熱工質(zhì)高頻激勵(lì)源元件：DUT ——電源：高頻激勵(lì)源——高頻電壓源或DC/AC逆變電路圖7量熱法原理圖可采用合適功率的恒壓源。高頻交流電壓源或DC/AC逆變電路。定標(biāo)電阻的阻值由被測(cè)試樣的損耗決定，應(yīng)有很低的熱溫度系數(shù)。0.1°C。隔熱容器的保溫性能應(yīng)非常好。熱工質(zhì)推薦硅油作為熱工質(zhì)。DUT應(yīng)根據(jù)試樣的勵(lì)磁伏秒積設(shè)計(jì)試樣匝數(shù)。測(cè)量步驟如下：GB/T28869.1）7141428(29)。WCmT (27)式中：

Pcv

Wt

·····················································(28)W ——C ——J/(kg·°C)；m ——（