淺談互感器磁芯材料低磁場磁性測試
國家標準中對于磁性材料推選采用方圈和雙磁軛磁導(dǎo)儀來測量其交流磁性能，但適用于飽和磁場下的磁性能測試，而無法測量低磁場下的磁感應(yīng)強度。同時，美國材料與試驗協(xié)會標準ASTM及俄羅斯國家標準均提到，可選用環(huán)形互感器磁芯試樣作為材料測試磁性的標準試樣。為此，我們采用繞制的內(nèi)徑120mm作為標準試樣的內(nèi)徑，并參照相關(guān)俄羅斯國家標準選用外徑與內(nèi)徑之比為1.3，試樣的高度分別定為40mm和100mm，即試樣為內(nèi)徑120mm，外徑156mm，高分別為40mm和100mm的環(huán)形試樣(分別為進口A、B鐵芯材料各五件)。
為便于比較，選取具有代表性的LM363和LMH-550型產(chǎn)品中測量級鐵芯(進口B鐵芯材料，數(shù)量分別為五件和兩件)。
2.2 測試條件
為使試驗數(shù)據(jù)與生產(chǎn)檢驗有較強的比對性，采用與實際生產(chǎn)檢驗相似的試驗方法進行測試，即采用交流測試線路。
2.3 測試方法
(1)生產(chǎn)檢驗中，是對鐵芯改變一次線圈中勵磁電流的方式來施加外磁場，然后測量二次線圈兩端的感應(yīng)電動勢，再由下式(1)來獲得對應(yīng)當前磁場下的磁感應(yīng)強度值。
Uf=4.44 BSN2 f(1)
其中，Uf為次級繞組感應(yīng)電勢(V)
B為標定磁感應(yīng)強度(Gs)
S為試樣的橫截面積(cm2)
N2為次級繞組的匝數(shù)(匝)
f為交流磁場的重復(fù)頻率(50Hz)
(2)本文首先以磁感應(yīng)強度B為自變量，在0～20 000Gs之間選取數(shù)量的數(shù)據(jù)點，根據(jù)式(1)計算出當前磁感應(yīng)強度下的感應(yīng)電動勢Uf值，再通過調(diào)節(jié)一次線圈中的電流獲得Uf值，并記錄下此時一次線圈中的勵磁電流值I。再根據(jù)式(2)得出此時的H， 終獲得H—B的對應(yīng)關(guān)系。
H=N1·I/π·D平(2)
其中，H為外磁場強度值(A/m)
I為一次勵磁電流值(A)
N1為一次線圈的匝數(shù)(匝)
D平為試樣的平均直徑(cm)
3 分析與討論
B40—B材料高為40mm試樣
B100—B材料高為100mm試樣
A40—A材料高為40mm試樣
A100—A材料高為100mm試樣
550—LMH-550中測量級鐵芯
363—LM363中測量級鐵芯
H—退火后
Q—退火前
3.1 材料低磁場磁性分析
A與B系同牌號進口材料，其低磁場磁性比較如下：
(1)退火前，由圖2可見材料B的低磁場磁性明顯優(yōu)于A。
(2)退火后，比較圖3～5可以看出，從低磁場到中高磁場，B明顯優(yōu)于A。
3.2 鐵芯結(jié)構(gòu)對磁性的影響
(1)在同一內(nèi)外徑下，高度較高的磁性明顯優(yōu)于高度較低者(即材料磁性高時，其磁化曲線在磁性較材料的磁化曲線的左上方)，如圖3、圖6所示。
(2)如果用高與平均直徑之比來描述鐵芯的 結(jié)構(gòu)特征，則
LM363鐵芯 高/平均直徑=0.057
LMH-550鐵芯 高/平均直徑=0.181
120/156*40試樣 高/平均直徑=0.290
120/156*100試樣 高/平均直徑=0.725
?、儆蓤D6可見(在0～1 000Gs范圍內(nèi))，對同一材料，隨高徑比由高到低，磁性順次下降，即100高試樣、40高試樣、測量級鐵芯的曲線依次從左上方向右下方分布。
?、谟稍囼灴芍?曲線略)，大于1 000Gs后，其磁化曲線逐趨相近。
3.3 退火前后磁化曲線的比較
?、勹F芯在下料裁剪、繞制后經(jīng)去應(yīng)力退火后其磁性明顯升高。
?、谠?A/M磁場強度范圍以內(nèi)(即在對應(yīng)120Gs磁感范圍內(nèi))，B鐵芯材料未經(jīng)退火狀態(tài)下的磁性比退火后的A鐵芯材料還要好。
在磁場強度大于20A/M后，隨磁場強度增加，未經(jīng)退火的鐵芯磁性很快趨向飽和;而經(jīng)去應(yīng)力退火后，在較高磁場下其磁性仍呈線性變化。
3.4 產(chǎn)品鐵芯與試樣磁性比較
(1)LM363L和LMH550測量級鐵芯退火前低磁場磁性。
(2)LM363、LMH550鐵芯(B材料繞制)退火后的低磁場磁性與B材料試樣的磁性相近，稍遜，表明試樣具有代表性。
3.5 鐵芯材料顯微組織結(jié)構(gòu)的觀察和比較
(1)從材料單個晶粒中亞結(jié)構(gòu)可見，(B材料)中的胞狀亞結(jié)構(gòu)與(本試驗批A材料)相比較，其位向性較強且均勻;
(2)觀察材料晶界處可見，晶粒間胞狀亞結(jié)構(gòu)位向一致性明顯較圖9(b)的好。其中，B材料，本試驗批A材料，饜足LM363和LMH-550型產(chǎn)品中測量級鐵芯磁性要求的A材料。
(3)同批材料中低磁場磁性相對較差的顯微組織結(jié)構(gòu)，可見，其共同特征是局部晶界突起且較寬處(呈菱形其上均有條紋)較多，影響了整體組織的均勻和連續(xù)性。
由以上觀察和比較可知，鐵芯材料顯微組織結(jié)構(gòu)中，胞狀亞結(jié)構(gòu)位向一致性好且均勻、晶界較窄者其低磁場磁性較高。
4 結(jié)論
1.受制造工藝和工藝控制的影響，同一牌號但不同廠家生產(chǎn)的鐵芯材料、同一生產(chǎn)廠家不同期的鐵芯材料的低磁場磁性不盡相同;
2. B材料明顯較A材料的低磁場磁性要高;
3. 去應(yīng)力退火可升高鐵芯磁性,尤其可顯著改善磁場下材料的磁性,而未經(jīng)退火的鐵芯材料則在較高磁場下很快趨向飽和;
4. 同一內(nèi)外徑鐵芯,高度較高者磁性能較好;
5. 鐵芯材料顯微組織結(jié)構(gòu)中,胞狀亞結(jié)構(gòu)位向一致性好且均勻、晶界較窄者其低磁場磁性較高。
