电工钢磁性能测量用单片测试仪的磁轭损耗的研究与分析

陈川; 宋文涛; 周新华

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0575

电工钢磁性能测量用单片测试仪的磁轭损耗的研究与分析

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0575

陈川^1,,
宋文涛^2, ,,
周新华³

1.
中国计量科学研究院，北京 100029
2.
湖南省计量检测研究院，长沙 410014
3.
长沙天恒测控技术有限公司，长沙 410100

基金项目: 国家重点研发计划(2019YFF0216802)；湖南省科技创新计划（2018XK2008）

详细信息

作者简介:
陈川（1988-），中国计量科学研究院高级工程师，研究方向：计量管理、电能计量，邮箱：1034855845@qq.com

通讯作者:
宋文涛（1967-），湖南省计量检测研究院高级工程师，研究方向：电能计量、仪器仪表，邮箱：songwt163@163.com

中图分类号: TB302.1
计量
- 文章访问数: 399
- HTML全文浏览量: 127
- PDF下载量: 57
- 被引次数: 0
出版历程
- 录用日期: 2022-01-25
- 网络出版日期: 2022-01-27
- 刊出日期: 2022-07-11

Study and Analysis of Yoke Loss of Single Sheet Tester for Magnetic Properties Measurement of Electrical Steel

1.
National Institute of Metrology, Beijing 100029, China
2.
Hunan Institute of Metrology and Test, Changsha 410100, China
3.
Tunkia Co., Ltd, Changsha 410100, China

摘要

摘要: 单片测试仪是电工钢磁性能测量的常规设备，国家标准《用单片测试仪测量电工钢片（带）磁性能的方法》（GB/T 13789-2008，等同IEC 60404-3:2002）对相关方法有详细的规定。随着磁畴细化、薄规格及低损耗等特点的新型高等级电工钢产品的开发，人们对其测量设备性能的要求不断提高，实际测量时单片测试仪的磁轭产生的额外损耗已是一个不容忽视的因素。现行国家标准仅指出磁轭制作时应确保其损耗低且恒定，但是未要求对磁轭产生的额外损耗进行具体的处理。研究了单片测试仪磁轭损耗的测量方法，根据不同磁极化强度下对应的磁轭损耗，分析了其对电工钢磁性能测量结果的影响，并据此给出扣除磁轭损耗的方法。
- 电工钢 /
- 单片测试仪 /
- 比总损耗 /
- 磁轭损耗
Abstract: Single sheet tester is conventional equipment for measuring the magnetic properties of electrical steel, the measurement methods have been well defined by the national standard GB/T 13789-2008 (IDT IEC 60404-3:2002) “Methods of measurement of the magnetic properties of magnetic sheet and strip by means of a single sheet tester”. With the development of new high-grade products with domain refinement, thin gauge, and low losses, the requirements for the performance of measurement equipment continue to increase, and the additional losses generated by the yoke of the single sheet tester during actual measurement is a problem that cannot be ignored. The current national standards only point out that the yoke should be made with low and constant losses, but no specific treatment is required for the additional losses generated by the yoke. This paper studied the measuring method of the loss generated by the yoke of a single sheet tester and analyzed its effect on the measuring result of the magnetic properties of electrical steel based on the data of yoke loss for different points of magnetic polarization, the method of deducting the yoke loss is given accordingly.
- electrical steel /
- single sheet tester /
- specific total loss /
- yoke loss

HTML全文

图 1 单片磁导计结构示意图

Figure 1. Structure diagram of single sheet tester

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 磁轭尺寸示意图

Figure 2. Schematic diagram of yoke size

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 单片法测量电路原理图

Figure 3. Circuit diagram of single sheet measurement

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 单片磁导计磁轭损耗测量结构图

Figure 4. Structure diagram of yokes loss measurement of single sheet tester

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 样品损耗测量电路原理图

Figure 5. Circuit diagram of sample loss measurement

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 不带样品时磁轭损耗测量电路原理图

Figure 6. Circuit diagram of yoke loss measurement without sample

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 单片磁导计磁轭损耗曲线

Figure 7. Yoke loss curve of single sheet tester

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 单片样品损耗与磁轭损耗分析（无取向样品）

Table 1. Analysis of sample loss and yoke loss (non-oriented electrical steel sample)

测试点 J (T )	总损耗 P (W)	比总损耗P_s(W/kg)	磁轭损耗P_Y (W/kg)	修正后的比总损耗 $P'_{\rm{s}} $ (W/kg)	磁轭引入的偏差$\gamma $
0.1	0.009991632	0.01310	0.00031	0.01269356	3.20%
0.2	0.046411512	0.06085	0.00086	0.05972246	1.89%
0.3	0.106117234	0.13913	0.00150	0.13716335	1.43%
0.4	0.181054474	0.23738	0.00225	0.23443003	1.26%
0.5	0.268515576	0.35205	0.00311	0.34797249	1.17%
0.6	0.367661549	0.48204	0.00407	0.47670383	1.12%
0.7	0.479003414	0.62802	0.00513	0.62129407	1.08%
0.8	0.603395419	0.79111	0.00628	0.78287631	1.05%
0.9	0.74141723	0.97207	0.00753	0.96219744	1.03%
1.0	0.896188373	1.17499	0.00888	1.16334746	1.00%
1.1	1.068158851	1.40046	0.01036	1.38687703	0.98%
1.2	1.260074458	1.65208	0.01191	1.63646483	0.95%
1.3	1.476900499	1.93636	0.01362	1.91850286	0.93%
1.4	1.72761419	2.26507	0.01552	2.24472177	0.91%
1.5	2.027317387	2.65801	0.01801	2.63439714	0.90%

下载: 导出CSV

表 2 单片样品损耗与磁轭损耗分析（取向样品）

Table 2. Analysis of sample loss and yoke loss (oriented electrical steel sample)

测试点 J (T)	总损耗 P (W)	比总损耗P_s (W/kg)	磁轭损耗P_Y (W/kg)	修正后的比总损耗 $P'_{\rm{s}} $ (W/kg)	磁轭引入的偏差 $\gamma $
0.1	0.002055024	0.00426	0.00015	0.00394905	7.87%
0.2	0.00779076	0.01615	0.00052	0.01507206	7.15%
0.3	0.01683576	0.03490	0.00096	0.03290995	6.05%
0.4	0.029001888	0.06012	0.00146	0.05709347	5.30%
0.5	0.043985232	0.09118	0.00201	0.08701333	4.79%
0.6	0.061824384	0.12816	0.00256	0.12285320	4.32%
0.7	0.08251452	0.17105	0.00314	0.16454088	3.96%
0.8	0.10610388	0.21995	0.00375	0.21217637	3.66%
0.9	0.132761304	0.27521	0.00440	0.26608894	3.43%
1.0	0.162578448	0.33702	0.00507	0.32651005	3.22%
1.1	0.195743448	0.40577	0.00576	0.39382970	3.03%
1.2	0.232473384	0.48191	0.00650	0.46843570	2.88%
1.3	0.273043224	0.56601	0.00731	0.55085660	2.75%
1.4	0.318162096	0.65954	0.00810	0.64274896	2.61%
1.5	0.368370288	0.76362	0.00893	0.74510839	2.48%
1.6	0.428197536	0.88764	0.00983	0.86726272	2.35%
1.7	0.50811192	1.05330	0.01080	1.03091194	2.17%

下载: 导出CSV

表 3 单片磁导计的磁轭损耗的测量数据

Table 3. Measurement data of total yoke loss of single sheet tester

测试点 J_Y (mT)	磁导计A的磁轭损耗 P_YA (mW)	磁导计B的磁轭损耗 P_YB (mW)	磁导计C的磁轭损耗 P_YC (mW)
5	3.75	3.61	3.81
10	11.46	11.12	11.04
15	23.02	22.54	21.93
20	38.43	37.85	36.63
25	58.03	57.16	54.66
30	81.52	80.19	76.30
35	108.67	106.84	101.44
40	140.43	137.54	130.12
45	175.75	171.45	162.32
50	215.42	209.40	198.50

下载: 导出CSV

表 4 单片磁导计A的磁轭损耗与拟合函数计算磁轭损耗分析

Table 4. Analysis of measured yoke loss and fitting function calculated yoke loss of single sheet tester A

样品测试点 J (T)	磁轭测试点 J_Y (mT)	实测磁轭损耗P_YA (mW)	拟合计算磁轭损耗 $P'_{\rm{YA}} $ (mW)	相对偏差 (%)
0.1	0.36	0.40	0.4339	−7.81
0.2	0.72	0.53	0.5769	−8.13
0.3	1.08	0.78	0.7407	5.31
0.4	1.44	0.88	0.9251	−4.88
0.5	1.8	1.10	1.1302	−2.67
0.6	2.16	1.34	1.3560	−1.18
0.7	2.52	1.56	1.6025	−2.65
0.8	2.88	1.88	1.8696	0.55
0.9	3.24	2.10	2.1575	−2.66
1.0	3.6	2.44	2.4660	−1.06
1.1	3.96	2.76	2.7952	−1.26
1.2	4.32	3.16	3.1451	0.47
1.3	4.68	3.48	3.5157	−1.02
1.4	5.04	3.83	3.9070	−1.97
1.5	5.4	4.36	4.3189	0.95
1.6	5.76	4.71	4.7516	−0.88
1.7	6.12	5.21	5.2049	0.10

下载: 导出CSV

参考文献(15)

[1]	国家质量监督检验检疫总局, 国家标准化管理委员会. 用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法: GB/T 3655-2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
[2]	国家质量监督检验检疫总局, 国家标准化管理委员会.用单片测试仪测量电工钢片(带)磁性能的方法: GB/T 13789-2008[S]. 北京: 中国标准出版社, 2008.
[3]	Sievert J , Ahlers H . Is the Epstein Frame replaceable?[J].SMM9 Conference, 1990 (86), 58-63.
[4]	张旭飞, 姜文琦, 胡天恩, 等. 低频电磁振动台非均匀气隙磁场优化设计[J]. 计量学报, 2022, 43(1): 85-91.
[5]	任飞安, 许金鑫, 由强, 等. 能量天平永磁体系统的温度场分析[J]. 计量学报, 2019, 40(3): 353-360.
[6]	Slawomir Tumanski. 磁性测量手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2014: 347.
[7]	贾起民, 郑永令, 陈暨耀. 电磁学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2001.
[8]	张福民. 磁性材料测量方法国际标准简介[J]. 电工合金, 1998(1): 3.
[9]	JIS. Methods of measurement of the magnetic properties of magnetic steel sheet and strip by means of a single sheet tester: JIS C2556-2015[S]. Tokyo: Japanese Standards Association, 2015.
[10]	向前, 吴开明, 黄双, 等. 电工钢用单片测量方法测量偏差分析[J]. 钢铁研究, 2017, 45(4): 42-45.
[11]	MARKETOS Philip, ZUREK Stan, MOSES Authony J. Calculation of the mean path length of the Epstein frameunder non-sinusoidal excitations using the double Epstein method[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2008, 320: 2542-2545. doi: 10.1016/j.jmmm.2008.04.085
[12]	赵浩, 冯浩, 丁立军, 等. 一种新型霍尔式角度传感器的研究[J]. 计量学报, 2018, 39(6): 797-800.
[13]	靳浩元, 刘军. 测量不确定度的评定方法及应用研究[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(5): 124-131.
[14]	吴志煜, 李静, 郑晓兰, 等. 瓶盖扭矩仪扭矩示值校准系统及不确定度评定[J]. 计量科学与技术, 2021, 65(12): 26-29.
[15]	孙梦翔, 黄可可, 钱晓力. 永磁体磁通量自动测试系统的研制[J]. 计量技术, 2019(8): 18-21.