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高频測試電源工作模式揭秘

  在動態磁性測量領域,最核心的部分是測試電源。所謂測試電源,它既是功率電源,又是檢測與測量儀器。它的功能強弱,直接關係到測試系統的性能。

  在磁性材料的動態測量中,有二種測量模式:一種是給定磁感應強度Bm(以下簡稱定B或鎖B)測量材料的損耗Ps;一種是給定磁場強度Hm(以下簡稱定H或鎖H)測量材料的磁感應強度Bm。這就要求功率電源有二種不同的工作模式:對應於定B測量,功率電源工作於電壓源模式;對應於定H測量,功率電源工作於電流源模式。

  電壓與磁感應強度之間的計算公式為:Vrms = 4.44 × f × N × S × Bm ,式中:Vrms為電壓的有效值,f為信號頻率,N為線圈匝數,S為磁性樣品的有效截面積。
  電流與磁場強度之間的計算公式為:Im = Hm × L / N ,式中:Im為電流的峰值,L為磁性樣品的有效磁路長度,N為線圈匝數。
  從上面的公式可以看出,磁感是與電壓的有效值成正比的,磁場是與電流的峰值成正比的,這就是鎖B和鎖H的不同。

  由於磁性材料的非線性,磁性樣品中的磁場和磁感不可能同時是正弦的。為了獲得測量結果的可比性,交流動態測量的一個基本條件就是保持磁通正弦,即磁感正弦,也就是電壓正弦。這是一個很難實現的條件,特別是當測試點處於飽和區和深飽和區的時候。
  實踐證明:在測量損耗Ps時,必須保持磁通正弦,如果磁通正弦條件得不到保證,對測量結果的影響將會很大;而測量磁感時,波形失真對測量結果影響很小。這就使得我們在設計電源時可以充分考慮到這一點,在定H測量時可以降低波形失真的要求。

  現在,終於到了我要說的主題:定B測量,要求B正弦,鎖定的是正弦電壓的有效值;定H測量,不刻意要求H正弦,鎖定的是尖峰電流的峰值。在實際的電路中,測量尖峰電流的峰值比測量正弦電壓的有效值要困難得多,並且也難測準確,這就使得鎖H比鎖B的難度要大得多。

  早在上個世紀九十年代初期,我們就在低頻段(45Hz∼1000Hz)實現了鎖B和鎖H的功能。也就是說,在同一台電源中,通過不同的反饋方式,可將電源自由切換到電壓源或電流源狀態,這就是我們的MATS-2010M矽鋼測量裝置中使用的TPS-500M矽鋼測試電源。當時,TPS-500M由於工作頻率較低,我們並沒有採用測量電流峰值的辦法來鎖定磁場的峰值,而是巧妙地在電流回路中串入一個電流互感器,通過測量互感器次級電壓的平均值來鎖定磁場的峰值。TPS-500M的設計是非常嚴謹的。

  當測試電源的頻率升高到幾十k甚至幾百k以後,採用電流互感器來測量電流已經不合適,只能在電流回路中串入無感電阻來測量電流,這樣就直接面臨著檢測電流峰值的難題。我們原有的高頻測試電源,只有一種鎖B的測量模式,這使得我們的這類測量儀器在與國外產品的競爭中經常處於不利的地位。

  隨著這幾年來對國外同類產品的不斷接觸和瞭解的加深,我們在學習和借鑒國外先進技術的基礎上,認真總結,大膽創新。終於,在TPS-200SA軟磁交流測試電源上實現了鎖H的功能,我們的MATS-2010SA軟磁交流測量裝置就同時具備了鎖B和鎖H二種測量模式,這標誌著我們的MATS-2010SA已經達到了國際產品的標準。


 
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