介绍一种变压器铁芯电磁参数的测绘方法

WUYZHI

   
    网友送我一对崭新的Z11-96×50矽钢片铁芯，非常高兴，以前我从未使用过这种铁芯，对其电磁性能一无所知，为了获得一手资料我对Z11铁芯进行了测绘。下面就将我的测绘过程分享给各位朋友，希望各位能够喜欢。
    一、变压器铁芯的电磁参数测量
    1.测量线圈的制作
    变压器电磁参数测量需要制作一个测量线圈，该线圈必须满足如下要求：
    1.1线圈用线能够通过最大励磁电流，由于每次测量使用时间不长，电流密度可以按4-5A/mm^2选取。
    1.2线圈框架以能够容纳被测铁芯为度，为使一个线圈能够测试多种铁芯，框架可以适当大一些。
    1.3线圈匝数不要太多，一般在400匝左右即可。原则是在励磁电流达10An/cm的条件下，线圈的自感电势不会超过220v，如若自感电势超过220        v就要适当减少线圈匝数。
    2.测量电路
    测量电路见下图：

    3.铁芯测量数据分析计算。
    3.1取样电压计算
    取样电压反映的是励磁电流大小，即反映的是励磁磁场强度的大小，此电压因此按磁场强度进行计算。
RU=Qa*dc/n*100。
    Qa:磁场强度A/cm
    Dc:磁路长度cm
    n: 线圈匝数，此例400匝
    RU:取样电压v
取样电压计算按磁场强度从低到高取值，起始段取较低值，一般取2个点，如0.04A/cm，0.08A/cm，其后按整数取值，即1A/cm、2A/cm、……10A/cm。计算出的取样电压依次作好记录。
    3.2按测量电路图连接好电路，旋转调压器手柄使调压器输出为0。
    3.3接通交流电源，测量100Ω取样电阻两端电压并缓慢调节调压器手柄，当取样电压RU达到计算值时停止手柄转动，换测测试线圈两端电压LU并做好记录。测量仪表应使用真有效值数字表，机械表读数精度较低不宜采用。
下面建立一个数据表，测量数据和计算数据都可以按项目归类填入。下面是数据表，表内数据为实测值。

    按上述步骤测完全部数据再进行相关计算。
    3.4计算磁感应强度(磁通密度)。B=100*LU 单位Gs。100这个系数是依据线圈400匝，铁芯截面积16cm^2计算得到，如若被测铁芯截面积有变化，必须修正这个系数。即100*16/新面积，计算数据填入数据表。
    3.5计算导磁率。μ=B/(H*1.78) 此计算结果是相对导磁率，是倍率关系，没有计量单位。计算数据填入数据表。
    至此全部测量和计算工作完成，下面依数据表中数据绘制曲线图。

长风呤月

如果楼主用这个铁芯做电源变压器，磁通量取多少合适？

coleung3368

好奇一问.不同频率下.会否不同

阳光灿烂！

期待依数据表中数据绘制曲线图

WUYZHI

长风呤月 发表于 2026-1-3 12:11
如果楼主用这个铁芯做电源变压器，磁通量取多少合适？

    磁通量与铁芯截面积有关，一般需要知道的是磁通密度，根据测试的结果分析，作电源变压器B值取14500Gs较为合适。

WUYZHI

coleung3368 发表于 2026-1-3 13:34
好奇一问.不同频率下.会否不同

    一般的测量都是在50Hz的频率下进行，使用其他频率这些参数可能会有些变化，原因是磁路磁阻会随频率升高而增大，因此感应磁场强度(磁通密度)就会下降，导磁率也会同时受到影响。

WUYZHI

阳光灿烂！ 发表于 2026-1-3 14:29
期待依数据表中数据绘制曲线图

    别急，明天就传上来。

空心萝卜

请问一下，测试时要把铁芯装配好吗？

WUYZHI

空心萝卜 发表于 2026-1-3 16:00
请问一下，测试时要把铁芯装配好吗？

    铁芯一定要装配好还要进行适当紧固，铁芯不要留间隙，El片要交叉插入。

WUYZHI

    二、化曲线(包括导磁率曲线)绘制
    1.磁化曲线绘制的一般方法与存在的问题。
    X轴和Y轴的坐标刻度均按8mm每格均布，X轴每格定义为1A/cm共10格。Y轴每格定义为1000Gs，共20格。
    按照上述定义将测试的磁化曲线数据逐点移至坐标中，描点时发现，0.1A/cm以下的数据在坐标中无法标注。绘制导磁率曲线也存在同样问题。
    2.解决的办法
    坐标中无法描点的原因是数值变化幅度太小，常规坐标标尺无法标注，解决的办法是将坐标X轴分两段刻度，X轴前段标尺确定为20mm，在此范围标示0-0.1A/cm磁化电流。如按常规的标示方法0.1A/cmm磁化电流在坐标轴中只占有0.8mm的长度，现在扩展到20mm,相当于展宽了25倍，一些细微的电流变化都可以在坐标中显示了。坐标后段仍按常规标准刻度，这样大小电流变化情况都可以在一张坐标图中显示出来。
    3.两分段坐标绘图的实际效果展示
   
    从图中可以看出导磁率曲线的上升沿可以很好地显示出来，没有采取分段坐标前上升沿只能丢失。同时还观察到，导磁率峰点在6.8%A/cm处，并非测量时的8%A/cm处，峰点值达12900。
    图示的磁化曲线起始段是弯曲的，这说明铁芯励磁从0开始要经历一个过渡过程，经历这个短暂的过渡过程磁后通密度才会迅速增大。如果不采用分段坐标这个过度过程同样无法显示出来。
    图中还可以看到，Z11的最大磁通密度为14500Gs，饱和点大概在15000Gs。进入饱和点铁芯的导磁率仍有2000
多，最小导磁率仍有1000左右，变压器线圈电感量并没有完全消失，低频信号输出仍有相当幅度。
    导磁率曲线的起点导磁率就是铁芯初始导磁率，此铁芯为320。峰点导磁率可达12900，由于这一段的励磁电流很小，高的导磁率并不可能被利用。导磁率真正可以利用范围大约在0.1A/cm-3A/cm这一段。对应的导磁率在2600-10600这个范围。
    图中还可以看到，铁芯导磁率不是一个常量，随着励磁电流的变化导磁率的变化幅度相当大。因此我们在测量带铁芯线圈电感量时不能使用电感表直接测量。电感表测量电流非常小，测出的是初始电感量(即初始导磁率下的电感量)，它比实际使用时的电感小很多。若想测量数据准确，必须根据电感线圈实际使用时的电流大小测量。
    三、对常见磁化曲线和导磁率曲线的看法
    我们经常可以在一些资料上看到磁化曲线和导磁率曲线，其形状与我实际测绘的图形很相似，但两曲线的相对位置不准确，不能细看。原因是这些曲线只是一个示意图，图中曲线的各点没有与坐标刻度对应(实际上坐标也没有刻度)，因此这种曲线不能用来对磁性材料进行定性定量分析。仅能看看知道有这么一回事而已。

pcello

磁感应强度不是这个公式吗？ 好像和你的数据对不上啊？

WUYZHI

pcello 发表于 2026-1-4 14:51
磁感应强度不是这个公式吗？好像和你的数据对不上啊？

    不知你的算法从何而来，试中KΦ代表什么。

pcello

WUYZHI 发表于 2026-1-4 15:37
不知你的算法从何而来，试中KΦ代表什么。

K=1.11(交流正弦波）f=频率，BM=磁感应强度，Sc=铁芯截面

WUYZHI

pcello 发表于 2026-1-4 15:42
K=1.11(交流正弦波）f=频率，BM=磁感应强度，Sc=铁芯截面

    我的算法是：B=(E/4.44*f*S*N*10^-8)，不知兄弟的10^-4从何而来。
    看出来了，你的计算结果计量单位是T(特斯拉)，我的是Gs(高斯)。两个算法一样。

pcello

WUYZHI 发表于 2026-1-4 15:58
我的算法是：B=(E/4.44*f*S*N*10^-8)，不知兄弟的10^-4从何而来。

你这个公式和我贴的是一个公式，只是单位不一样，你的公式算出来的是高斯，我的算出来是特斯拉，相差1万倍。

pcello

WUYZHI 发表于 2026-1-4 15:58
我的算法是：B=(E/4.44*f*S*N*10^-8)，不知兄弟的10^-4从何而来。

您的表格第一行，电压7.3V，我算出来是513高斯，是不是有系数打错造成的？

WUYZHI

pcello 发表于 2026-1-4 16:06
您的表格第一行，电压7.3V，我算出来是513高斯，是不是有系数打错造成的？

    这个算式计算出的结果是有效值，峰点值还应乘以1.4。

pcello

WUYZHI 发表于 2026-1-4 16:12
这个算式计算出的结果是有效值，峰点值还应乘以1.4。

硅钢片不需要算峰值或有效值吧？另外您的磁导率计算公式的1.78是什么系数？

WUYZHI

pcello 发表于 2026-1-4 16:21
硅钢片不需要算峰值或有效值吧？另外您的磁导率计算公式的1.78是什么系数？

    磁感应强度算出的就是有效值，标注到图上用峰点值才是唯一的值，这一点也被磁化曲线图证实。据有关资料介绍，Z11-B10=1.77T，我那磁化曲线图上显示正是1.77T。我的数据表中显示B10=17650Gs。
    1.256*1.41=1.78，前面是空气导磁率，后面是还原有效值，因为磁场强度是有效值，磁通密度也必须是有效值与之比较。

Ooh

一点小意见，电源、输出变压器设计范围里面，都看不到有磁场强度相关的计算，
我估计很多人可设计变压器也会不懂磁场强度，我也不懂。
不加入磁场强度会使事情更简单。