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磁芯脉冲磁化特性

发布时间:

2023-08-23


磁芯脉冲磁化特性

       测量磁芯脉冲磁化特性是进行脉冲磁元件的设计和性能分析的必要环节。该文采用理论与实验相结合的方法分析了磁芯的脉冲磁化特性测量及不同测量方法的适用范围。由单绕组测量回路得到的 B-H 曲线包含磁芯磁化及空间磁化两部分,由双绕组测量回路得到的 B-H 曲线仅反映磁芯脉冲磁化特性。采用单绕组脉冲磁化特性测量获得的磁芯伏秒积、平均饱和电感偏大,获得非线性电感的特性,适用于磁开关和带磁芯脉冲电感的设计和性能分析;而双绕组脉冲磁化特性测量电路更适用于测量磁芯本身的脉冲磁化特性,适用于脉冲变压器和磁芯式电流互感器的设计和磁芯材料脉冲磁化特性的研究。

       随着脉冲功率技术的应用由国防向民用、工业领域拓展,由单次脉冲向重复脉冲功率技术发展,脉冲磁元件的应用需求越来越大。脉冲磁元件是脉冲功率系统的重要组成部分,被广泛应用于脉冲能量产生的各个环节:磁开关因其优越的重复频率工作性能,广泛应用于气体放电、污水处理等领域;磁芯式脉冲变压器体积小、成本低,是各种紧凑型脉冲发生器中最常用的升压设备之一 ;含铁心的脉冲电感及电流互感器在脉冲功率系统中也得到广泛应用。与电力变压器和电力电子领域中的磁芯不同,脉冲磁元件中的磁芯在高压快脉冲作用下以极快速度磁化,磁化速率 dB/dt 常常超过 1 T/μs,在某些场合甚至可达 50 T/μs [1-5] 。脉冲功率系统中磁元件的实际工作重复频率并不高,而单次脉冲的等值频率非常高,可达 MHz 数量级。因此,在脉冲激励下磁芯的工作环境具有两个重要特点:高磁化速率与高等值频率。这两个因素决定了脉冲激励下磁芯的磁化特性及损耗具有特殊性,直接用工频下的磁参数来指导脉冲磁元件的设计、性能分析,必然存在较大误差。典型脉冲磁元件工作时都是沿着某一初始磁化曲线或脉冲磁滞回线,进行器件设计时需从初始磁化曲线、脉冲磁滞回线获得磁率、饱和时间、损耗等重要磁参数。测量脉冲激励下磁芯初始磁化曲线和脉冲磁滞回线是脉冲磁元件合理设计的必要环节  。

        目前,测量高磁化速率下磁芯脉冲磁化特性时主要考虑脉冲磁元件的实际工况,在相同或近似工况下测量磁芯的磁化曲线。相关研究主要可分为两大类:一类是以磁开关等磁元件为主,采用余弦脉冲激励获得磁芯的磁化曲线,如采用脉冲压缩法或基于 1 阶磁脉冲压缩电路测试磁芯的动态磁化特性,测量结果直接用于磁开关设计,取得了较好的效果;另一类是通过施加近似方波的脉冲电压激励,获得恒定 dB/dt 下磁芯的脉冲磁化特性。一般采用储能电容或脉冲形成线  对非线性电感放电的 LC 铁磁谐振回路,获得磁芯的高频脉冲磁化曲线,辅助脉冲磁元件的设计。

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