磁性材料是一類重要的材料.其在點機變壓器、傳感器領域中廣泛應用。在磁性材料的研究和應用過程中，BH曲線和磁導率是兩個重要的概念。本文Aigtek安泰電子就為大家分享一(yi)套基于示(shi)波器和(he)高壓功率放(fang)大器組成的磁(ci)化曲線BH分析系統。

　　軟磁材料的測量

　　磁性元(yuan)件(jian)變壓器和(he)電(dian)(dian)感在開關電(dian)(dian)源(yuan)和(he)其他的(de)電(dian)(dian)子設備里面大量使用(yong)(yong)。磁性元(yuan)件(jian)主要由(you)采用(yong)(yong)軟磁材(cai)料的(de)磁芯和(he)線圈構成。軟磁材(cai)料的(de)性能(neng)(neng)決定了變壓器和(he)電(dian)(dian)感的(de)性能(neng)(neng)。目前常用(yong)(yong)的(de)電(dian)(dian)橋(qiao)只(zhi)能(neng)(neng)測量在小信號下(xia)的(de)磁性元(yuan)件(jian)的(de)性能(neng)(neng)：電(dian)(dian)感量和(he)Q值(zhi)，不(bu)能(neng)(neng)直(zhi)接反映磁性元(yuan)件(jian)所用(yong)(yong)的(de)磁性材(cai)料的(de)真實性能(neng)(neng)。

　　目(mu)前能夠測試磁性材料(liao)的全(quan)面參數的只有磁化(hua)曲線BH分析系統。

　　BH分析系(xi)統可以測試軟磁(ci)材料在(zai)磁(ci)化過程中磁(ci)感強度(du)B與磁(ci)場強度(du)H之間關系(xi)的(de)(de)一系(xi)列BH曲(qu)線(xian)。通過分析這些(xie)曲(qu)線(xian)，可以得到磁(ci)性材料在(zai)不(bu)同的(de)(de)激勵頻率(lv)下(xia)的(de)(de)磁(ci)參數Bm,Hm,Br,Hc,初始磁(ci)導(dao)率(lv)，磁(ci)芯損(sun)耗Pc，如下(xia)圖1

　　圖1BH曲線

　　BH分析系統是由激勵信號(hao)源、高壓功率(lv)放大器、被測(ce)磁性元(yuan)件(jian)的(de)(de)電壓和電流信號(hao)處(chu)理(li)電路、對應的(de)(de)AD采樣和軟件(jian)處(chu)理(li)模(mo)塊構成。

　　由于目前(qian)示波器(qi)的功(gong)(gong)能和價格已經非(fei)常出色(se)，我們不但可以(yi)利用(yong)它來(lai)實現AD采樣，而且(qie)也(ye)可以(yi)使用(yong)數字(zi)示波器(qi)內部帶有的信號源(yuan)作(zuo)為激勵信號源(yuan)。這(zhe)樣構成(cheng)一套BH分析儀變(bian)得很(hen)簡單，只要外(wai)加一臺高壓功(gong)(gong)率放大器(qi)、被測磁性元件的電壓和電流信號處理(li)(li)電路(lu)和軟件處理(li)(li)用(yong)PC即(ji)可。如(ru)圖(tu)2所示的框圖(tu)

　　圖2BH分析系統框(kuang)圖

　　由于BH分析儀測試磁化曲線時，磁性元件需要用高壓高頻大電流進行激勵才能達到真實的工作條件，所以對高壓功率放大器的功率帶寬和輸出電壓電流能力要求很高。高壓功率放大器我們選擇ATA-4014高壓功率放大器。它的(de)最大輸出電壓160Vp-p（±80Vp），功率帶寬(kuan)高達(da)452Wp，帶寬(kuan)（-3dB）DC~1MHz，非常適合用來推動(dong)磁性元件(jian)的(de)測試。

　　被測(ce)的磁性元件(jian)一(yi)般做成(cheng)一(yi)個環形磁芯(xin)試(shi)樣。在磁芯(xin)上我們(men)繞兩組線(xian)圈(quan)，分別是原(yuan)邊和付邊。兩個線(xian)圈(quan)連接到(dao)測(ce)試(shi)工裝的4個接線(xian)柱上。被測(ce)磁性元件(jian)的原(yuan)邊電(dian)流I和付邊電(dian)壓信號U使用差分放大后輸出到(dao)兩通道示波器(qi)。

　　參(can)考(kao)示(shi)波(bo)(bo)器廠家提(ti)供的(de)(de)(de)編程手冊，編寫程序(xu)通過USB接口(kou)從(cong)示(shi)波(bo)(bo)器讀(du)取波(bo)(bo)形數(shu)據。然(ran)后根據數(shu)學公式，輸(shu)入(ru)被測磁(ci)環(huan)的(de)(de)(de)物理參(can)數(shu)，轉(zhuan)換(huan)成(cheng)BH曲線。工作的(de)(de)(de)時候，只要調整(zheng)信號(hao)源的(de)(de)(de)頻率和幅值(zhi)，就可以控制曲線的(de)(de)(de)B和H的(de)(de)(de)最(zui)大(da)值(zhi)，并(bing)進一步(bu)計算(suan)磁(ci)環(huan)的(de)(de)(de)損耗等指(zhi)標。

　　我們設被測(ce)磁環(huan)的(de)原邊匝數(shu)(shu)N1,電(dian)流(liu)i1，付邊匝數(shu)(shu)N2，電(dian)流(liu)i2，那么H=N1*i1/L，其中N1是(shi)輸入線圈的(de)匝數(shu)(shu)；i1是(shi)輸入線圈的(de)電(dian)流(liu)，單(dan)位是(shi)A；L是(shi)被測(ce)磁環(huan)的(de)平均磁路長度(du)，單(dan)位是(shi)m；H的(de)單(dan)位是(shi)A/m。

　　其(qi)中S是(shi)被(bei)測(ce)磁環(huan)的截面積，單(dan)位是(shi)m2；N2是(shi)輸出線圈的匝數；U2是(shi)輸出線圈兩端的電(dian)壓，單(dan)位是(shi)V；B的單(dan)位是(shi)T。

　　B是最大磁通密度(du)(du)，單(dan)(dan)位(wei)是T；Hm是最大磁場強度(du)(du)，單(dan)(dan)位(wei)是A/m。

　　其中μ0是真空磁(ci)導(dao)率,μ0=4πx10-7亨利/米，μa是初(chu)始(shi)磁(ci)導(dao)率。

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