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1 引言 長期以來，由于互感器鐵芯材料的供應(yīng)只提供飽和磁場磁性，不提供低磁場磁性指標(biāo)，故其低磁場磁性不明。而生產(chǎn)用互感器鐵芯對低磁場磁性要求較高，造成生產(chǎn)極大被動。往往同一種不同批次較高牌號(尤其是不同生產(chǎn)廠家)的鐵芯材料，其低磁場磁性懸殊很大。以前對此認(rèn)識不足，曾將大量精力花費在其退火處理上，但并不奏效，大量的鐵芯因磁性不能通過生產(chǎn)檢驗而報廢。為滿足生產(chǎn)急需，只能在眾多鐵芯中選用少量合格品，若選擇納米晶或坡莫合金則成本急劇上升。隨著生產(chǎn)產(chǎn)值逐年增加和生產(chǎn)周期的縮短，鐵芯磁性成為制約生產(chǎn)的嚴(yán)重問題。 為此，我們試用了進(jìn)口的B鐵芯材料(與進(jìn)口的A材料屬同牌號)，生產(chǎn)投用后，磁性跟蹤效果很好，暫時緩解了制約生產(chǎn)急需的問題。為從根本上改善因鐵芯材料低磁場磁性不明而造成的大量廢品浪費并擺脫盲目的生產(chǎn)狀態(tài)，本文通過對互感器鐵芯材料低磁場磁性的測試和研究，為鐵芯的材料選擇和設(shè)計制作提供了重要依據(jù)。 2 試驗方法及測試手段 2.1 試樣 國家標(biāo)準(zhǔn)中對于磁性材料推薦采用方圈和雙磁軛磁導(dǎo)儀來測量其交流磁性能，但僅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(biāo)準(zhǔn)ASTM及俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)均提到，可選用環(huán)形鐵芯試樣作為材料測試磁性的標(biāo)準(zhǔn)試樣。為此，我們采用繞制的內(nèi)徑120mm作為標(biāo)準(zhǔn)試樣的內(nèi)徑，并參照相關(guān)俄羅斯國家標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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一定的外磁場，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(dāng)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(biāo)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之間選取一定數(shù)量的數(shù)據(jù)點，根據(jù)式(1)計算出當(dāng)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，最終獲得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(jìn)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一定結(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。 ②由試驗可知(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提高。
?、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，僅稍遜，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，滿足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)力退火可提高鐵芯磁性,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。 |
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