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本文首先研究了一种测量软磁材料交流磁导率的频域方法——“线圈阻抗法”。该方法根据磁芯线圈集总参数等效电路模型,由测得的线圈阻抗间接获得被测磁芯材料的磁导率。本文基于“线圈阻抗法”给出了两种实际应用的交流磁导率测试方法:“改进的伏安法”(30kHz以下频率测试用)和“矢量网络分析仪阻抗测试法”(30kHz~10MHz频率范围内测试用)。“改进的伏安法”仅使用示波器测量线圈和采样电阻的电压有效值即可达到线圈阻抗测量的目的,没有传统伏安法需要测量电压相位的缺点,且可以通过示波器实时监测电压波形以避免信号失真导致的测量错误。“矢量网络分析仪阻抗测试法”使用矢量网络分析仪阻抗测试功能测量线圈阻抗。为提高阻抗测量精度,该方法在矢量网络分析仪测试端口与被测线圈之间加入了一个阻抗匹配电路。为了求得精确的磁导率值,本文建立了考虑线圈固有电容和绕组交流电阻影响的被测磁芯线圈集总参数等效电路模型。
在以上两种测试方法的基础上,本文研究了软磁材料磁芯在偏置磁场作用下的交流磁导率测试方法,偏置磁场包括直流偏置磁场和频率为50Hz与150Hz的交流偏置磁场。为抑制测试同路与偏置磁场加载回路之间的耦合,采用“双磁芯双线圈法”加载偏置磁场。两个磁芯线圈具有相同的电磁参数,因此同一回路中两个线圈的感应电动势会相互抵消,从而抑制了两个回路之间的耦合。直流偏置磁场加载时的测试方法采用“改进的伏安法”和“矢量网络分析仪阻抗测试法”;交流偏置磁场加载时的测试方法采用“矢量网络分析仪阻抗测试法”,并使用矢量网络分析仪的“平均扫描测试”功能以克服交流偏置磁场引起的阻抗测量的不稳定。
本文采用所研究的交流磁导率测试方法测量了锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铁粉芯和坡莫合金的复磁导率。试验结果显示:锰锌铁氧体和坡莫合金适合要求高磁导率和高饱和磁感应强度且没有偏置磁场叠加的低频(<1MMz)应用;镍锌铁氧体适合对磁导率要求不高、偏置磁场不大的高频(>1MHz)应用;铁粉芯则特别适合在高偏置磁场作用下使用。另外,通过测量开气隙的锰锌铁氧体磁芯的磁导率发现,气隙的引入虽然会导致磁导率显著地降低,但能够有效地改善软磁材料的偏磁性能。
本文还研究了采用双通道示波器的软磁材料脉冲磁导率测试方法,并测量了锰锌铁氧体磁芯的脉冲磁导率。测量数据表明:脉冲磁导率随着脉冲电平增大而增大,直至达到一个极限值,此后脉冲电平继续增大对脉冲磁导率基本没有影响;当脉冲电平保持不变时,脉冲宽度的增大会使得脉冲磁导率迅速地增大。