随着我国电力系统的快速发展,发电机单机容量逐步增加,输电网的电压等级和输送容量也相应提高。作为电力系统中主要设备的变压器、互感器、电抗器等铁磁元件的容量也越来越大,其性能的好坏直接影响着电力系统的安全、经济运行。而空载特性(包括铁心损耗和励磁特性)测量是检测这些设备绕组和铁心故障的有效方法之一。但是随着铁磁元件的电压和容量的增加,使得常规工频法测量空载特性所需要的设备的电压和容量较大,试验操作复杂。而现有空载特性低频测量方法存在折算精度不高,所需的变频正弦波电源造价高等缺点,不适合工程应用的推广。为了降低试验设备体积和容量,同时降低试验成本使低频法具有更广的应用范围,提出了非正弦激励下的铁磁元件空载特性低频测量方法。本文首先推导得出非正弦激励(方波和三角波)下改进的铁心损耗分离方法,通过非正弦激励下多个频率的铁心损耗数据并结合最小二乘法原理求出折算至同频率以及工频正弦波的铁心损耗。再利用低频非正弦激励下的励磁特性曲线和磁滞回线,结合样条插值、多项式拟合等数值计算方法对磁化电流和涡流损耗电流进行补偿,从而得到折算至工频正弦波下的励磁特性曲线。利用可编程的变频电源在单相变压器、升压器、升流型电流互感器以及电磁式电流互感器等多种铁磁元件试品上开展了试验验证。结果表明应用低频测量方法计算得到的铁心损耗与工频实测法相比的平均相对误差约5%,励磁电压的计算误差在1%以内;对于变压器、升压器、升流互感器等励磁电流较大的试品,励磁电流的计算误差在3%以内;而对于高匝数比、二次侧励磁电流较小的电磁式电流互感器,其励磁电流的计算误差约5%。此外,与Omicron CT分析仪测量结果相比,本文所述方法的计算精度更高。此外,本方法所需电源容量随着频率的降低而成倍降低,同时,采用变频方波(或三角波)电源又避免了变频正弦波电源造成的大容量、高成本的缺点,具有一定的工程应用价值。