铁芯磁化实验
变压器铁芯的磁化(一)
变压器铁芯的磁化（一）
脉冲序列对单激式开关电源变压器铁芯的磁化
为了简单起见，我们把单激式变压器开关电源等效成如图2-1所示电路，其中我们把直流输入电压通过控制开关通、断的作用，看成是一序列直流脉冲电压，即单极性脉冲电压，直接给开关变压器供电。
这里我们特别把变压器称为开关变压器，以表示图2-1所示电路与一般电源变压器电路在工作原理方面还有区别的。
在一般的电源变压器电路中，当电源变压器两端的输入电压为0时，表示输入端是短路的，因为电源内阻可以看作为0；而在开关变压器电路中，当开关变压器两端的输入电压为0时，表示输入端是开路的，因为电源内阻可以看作为无限大。
在图2-1中，当一组序列号为1、2、3、…的直流脉冲电压分别加到开关变压器初级线圈a、b两端时，在开关变压器的初级线圈中就会有励磁电流流过，同时，在开关变压器的铁芯中就会产生磁场，在磁场强度为H的磁场作用下又会产生磁通密度为B的磁力线通量，简称磁通，用“Φ ”表示。
在变压器铁芯中，磁通密度B或磁通Φ受磁场强度H的作用而发生变化的过程，称为磁化过程；因此，用来描述磁通密度B与磁场强度H之间对应变化的关系曲线，人们都把它称为磁化曲线。
图2-2是单激式开关变压器铁芯被磁化时，磁通密度B与磁场强度H之间对应变化的关系曲线图。
顺便指出，在分析变压器铁芯的磁化过程中，经常使用磁通密度和磁感应强度这两个名称，这两个名称在本质上没区别，互相可以通用，不同场合使。
公伯峡水电站4 #机组定子铁芯磁化试验
Ｓ 、 ３ Ｉｘ３× ．× ４ ４ ８０ ６ｋＡ ＝ ／ ＝ ／ ６ ７ ． ＝ ． （ ） Ｕ ３ ２ １０ ｖ
４ 试 验设 备选择
根据现场实际情况 ，我们采用 ６ ｋ ． Ｖ电源做励 ３ 磁 电源。 根据上述参数计算电源容量 ， 电线路及开 送 关柜额定电流不小于 １０ 。 ０Ａ 试验负荷 电源选用 ＡＣ ． 两相 ， 同时试 验要求 电源稳定 ， 所以必须采用专线供 电， 并确保供 电容量 。为确保试验可靠进行， 在现场 设 置一 台 ６ Ｖ高压试 验开关柜， 试验开关柜为现 ｋ 地控制， 电线路 和试验开关柜之 间采用 １ｋ 、 × 供 ０Ｖ ３ ３ｍ ｚ ５ ｍ 的高压供电电缆连接。其它设备见表 １ 。
１ Ｌ
励 线 缠 磁 圈 绕 Ｉ 测温 置 置 装 布
上
６１ 定子本体 准备 ．
定子铁芯叠片已完成 ，检查所有铁芯螺栓均在
特定 的力矩下紧固； 认真检查 定子 内 、 通风沟内 、 上 下端处不应有铁磁物质遗 留；吹掉定子铁芯通风沟
Ｉ 验表 线调 试 仪 接 与 整Ｉ
定子铁芯制造质量和安装单位装配质量的重要手段，同时用来检验 定子铁 芯 自身温升和绝缘性能
的重要试 验 。
关键 词
定子 铁 芯
磁 化试 验
温 升
１ 概 述
水轮发 电机定子磁化试验是检验定子铁芯制造 厂家制造质量和安装单位装配质量的重要手段 ， 下 面以公伯峡水 电站 ４ 机定子磁化试验来进行论述。 公伯峡水 电站安装有 五台 ３０ Ｗ 水轮发 电机组 ， ０Ｍ
铁磁材料的磁化特性的研究(精)
2
d2 dt
n d dt
2 是线圈n中产生的感应电动势
2 n 次级线圈中的磁通链数
当I2R2 Q / C2 时， 2 I 2 R2
电容C两端的电压：
I2
dQ dt
C2
dU y dt
2
C2 R2
dU y dt
Uy
nS C2 R2
B
该式表明示波器垂直偏转板上的电压，即电容两端的电 压Uy是正比例于磁感应强度B的。
3 磁滞现象：
铁磁材料的磁化过程是不可逆的。
当铁磁质达到饱和
a
后，减小H，B沿图 ab下降；当H=0时B
Br b
＝Br，称为剩磁。 当H＝Hc时，B=0，
c
f
bc段是退磁曲线
-Hc
Hc称为矫顽力；反
-Br e
向继续增大H，铁 磁质反向沿cd段达
d
到饱和；
反向减小H到0，则B沿de到－Br。H按原方向增加经ef到Hc； 继续增大H，则B沿fa回到原来饱和状态。
不同的铁磁质具有不同形状的磁滞回线，按矫顽力 的大小，铁磁材料可分为： 软磁材料：矫顽磁力很小 ，适合于做变压器、
电机中的铁芯等。 硬磁材料：矫顽磁力很大，常用做永磁体。
常用在电表、收音机、扬声器中。 矩磁材料：它的磁滞回线接近于矩形，可以用做
“记忆”元件。 如电子计算机中存储 器的磁芯.
实验仪器介绍
CH2通道
Ｘ－Ｙ控制键 Ｘ－Ｙ触发
测
ε
量 仪
号
器
饱和磁感应强度
初始磁化曲线 当电流从0逐渐增加，线圈中的磁场强度H也随之增加， 这样就可以测出若干组B,H值。以H为横坐标，B为纵坐标， 画出B随H的变化曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。当H 增大到某一值后，B几乎不再变化，这时铁磁材料的磁化状 态为磁饱和状态。此时的磁感应强度Bs叫做饱和磁感应强度。
大型水电站定子铁芯磁化试验简析
额 定功 率 因数 ： ０ ． ９ （ 滞后 ）
额定转 速 ： １ ６ ６ ． ７ ｒ ／ ａｉ ｒ ｎ
２ ） 计算励 磁绕 组 匝数 ｃ １ ） ． 轭部 的有 效截 面积Ｓ ＝Ｋ・ （ Ｌ －ｎ ・ ｂ ） ・ ｈ ａ
Ｓ ＝ ０ ． ９ ４ ｘ（ ３ ３ ３ － ６ ４Ｘ ０ ． ６ ） ×３ ５ ． ３ ３ ９ ７ ８ ３ ． ７ ２ ４ ９ ２ （ ｃ ｍ ）
大于该 型号 硅钢 片 的１ ． ３ 倍 的参 考值 。 ３ ． ３ 铁芯磁 化试验 参数 选择
水沟。 水库正常蓄水位１ ６ ４ ６ ｍ， 回水长度７ ． ５ ｋ ｎ， ｉ 相应库容１ ４ ０ １ 万ｍ ； 水库死水
位１ ６ ４ ０ ｍ， 固定 库容９ ０ ５ 万 ｍ２ ， 调 节库 容仅４ ９ ６ 万 。 电站 总装ｔ ￣ Ｊ Ｌ ４ ８ ０ 万 千瓦（ ８ 台 ×６ ０ 万千 瓦） ， 多年 平均年 发电量２ ４ ２ ． ３ 亿千 瓦时 。 首部设 低闸 ， 闸址 以上流 域面 积１ ０ ． ３ Ｊ ７ 平方 千米 ， 闸址处 多年平均 流量１ ２ ２ ０ ｍ ／ ｓ ， 本 身具有 日 调 节功 能 ， 与锦
Ｄ 一铁 心 内径（ ｃ ｍ） ｈ ～定 子铁 心槽 深 （ ｃ ｍ）
ｈ ＝（ Ｄ 一 Ｄ ） ／ ２ 一 ｈ （ １ ２ ｏ ｏ 一１ ０ ８ ７ ） ／ ２ －２ １ ． １ ７ ３ ５ ． ３ ３ ｃ ｍ Ａ∞＝ （ Ｄ － ｈ ａ ） ・ Ｈ＝ ３ ． １ ４ １ ６×（ １ ２ ０ ０ －３ ５ ． ３ ３ ） ×２ ． ２ ８ ０ ４ ９ ． ６ ４
∞． ＝Ｕ． ／ （ ｅ ・ ６） ＝１ ０ ０ ０ ０ ／ （ ４ ． ４ ４ ｆ Ｂ Ｓ・ ６） ＝１ ０ ０ ０ ０ ／ （ ４ ． ４ ４×５ ０ Ｘ ９ ７ ８ ３ ． ７ ２ ４ ９ ２×１ ０ － ４ ×１ ． １ ） ４ ２ （ 匝） ，
磁铁的磁滞回线实验
磁铁的磁滞回线实验磁滞回线实验是一种常见的物理实验，通过制作磁滞回线图来展示磁铁在不同磁场强度下的磁化特性。
本文将介绍磁滞回线实验的原理、实验步骤和实验结果的分析。
一、实验原理磁滞回线实验是通过改变磁铁的外部磁场，测量磁铁的磁化强度与外部磁场强度的关系。
在应用过程中，磁铁的磁化强度并不是简单地随外部磁场强度的升高而线性增加，而是出现一定的滞后现象，这种滞后现象被称为磁滞。
二、实验步骤1. 准备实验所需材料：一块铁芯、螺线管、直流电源、电流表以及磁场强度计等。
2. 将螺线管绕在铁芯上，固定好，并将电流表接在螺线管两端。
3. 将铁芯置于电磁铁的磁场中，并调整直流电源的电流，使其产生不同的磁场强度。
4. 测量电流表的读数和磁场强度计的读数，并记录下来。
5. 依次改变磁场强度，并重复步骤4，直到得到一条完整的磁滞回线。
三、实验结果分析通过实验得到的磁滞回线图能够直观地表达磁铁的磁滞现象。
在图中，横轴表示外部磁场强度，纵轴表示磁化强度。
磁滞回线的形状会告诉我们关于磁铁的磁化特性。
磁滞回线图的形状可以呈现出以下几种情况：1. 矩形：矩形回线表示磁铁完全磁化时的特征，当外部磁场的方向与磁铁相同时，磁滞回线为一个闭合的矩形。
2. S形：当外部磁场的方向与磁铁相反时，磁滞回线呈现出S 形，这是因为磁铁开始磁化时，其磁感应强度增大速度比较快，而当磁铁接近饱和时，磁感应强度增大速度减慢，因此形成曲线较为平缓的部分。
3. 弯曲：弯曲的磁滞回线表明磁铁的磁化特性具有不对称性，也就是当外部磁场强度减小或增大时，磁滞回线出现了偏移。
通过观察磁滞回线图，我们可以了解磁铁的磁化特性，包括饱和磁感应强度、残余磁感应强度、矫顽力等参数。
在实际应用中，磁滞回线的形状也会对磁铁的使用产生一定的影响，因此对磁滞回线进行研究具有重要的意义。
总结起来，磁滞回线实验是一种用来展示磁铁磁化特性的常见实验方法。
通过测量磁铁在外部磁场作用下的磁化强度，并制作磁滞回线图，可以直观地了解磁铁的磁化特性和滞后现象。
变压器铁芯的磁化(二)
变压器铁芯的磁化（二）
磁场强度H下降到零，但变压器铁芯中的磁通密度不能跟随磁场强度下降到零，而只能下降到某个磁通密度剩余值，这种现象称为变压器铁芯具有磁矫顽力，简称矫顽力，用Hc表示。
变压器铁芯具有磁矫顽力，这是铁磁材料或磁性材料最基本的性质。
同理，当第二个直流脉冲加到变压器初级线圈a、b两端时，变压器铁芯中的磁通密度B将按图2-2中新的磁化曲线2-3上升，磁通密度被磁场强度磁化到第二个最大值Bm2，使磁通密度产生一个增量ΔB，ΔB = Bm2－Br1 。
第二个直流脉冲结束以后，流过变压器初级线圈中的励磁电流下降到零，变压器初、次级线圈产生的反电动势，又会使磁通密度按另一条新的退磁化曲线3-4返回到第二个剩余磁通密度Br2处；当然，Br2同样也只是变压器铁芯被退磁时磁通密度变化过程中的又一个临时剩余值。
其余依次类推，第3、4个直流脉冲电压同样也会让磁通密度增加一个增量ΔB，即：
ΔB = Bm3－Br2 = Bm4－Br3 = Bm1－0 （2-9）
（2-9）式中，ΔB为磁通密度增量；只要作用于开关变压器线圈上的脉冲电压的幅度U和脉冲宽度τ不变，则变压器铁芯片的磁化过程就会在磁通密度增量为常数（∆B = 常数）的条件下进行。
但在直流脉冲的幅度和宽度不变的情况下，磁通密度的增量ΔB不改变，并不意味着磁场强度的增量可以保证不变，这是磁强度度与磁场强度之间的一个重要区别。
经过n个直流脉冲电压之后，变压器铁芯中的最大磁通密度Bm和剩余磁通密度Br才能基本稳定在某个数值之上，即：脉冲序列的作用达到稳定状态。
铁芯磁化曲线
铁磁材料的磁滞回线和磁化曲线铁磁物质是一种性能特异、用途广泛的材料。
如航天、通信、自动化仪表及控制等都无不用到铁磁材料(铁、钴、镍、钢以及含铁氧化物均属铁磁物质)。
因此，研究铁磁材料的磁化性质，不论在理论上，还是在实际应用上都有重大的意义。
本实验使用单片机采集数据，测量在交变磁场的作用下，两个不同磁性能的铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线。
1)铁磁材料的磁化及磁导率铁磁物质的磁化过程很复杂，这主要是由于它具有磁滞的特性。
一般都是通过测量磁化场的磁场强度H和磁感应强度B之间的关系来研究其磁性规律的。
图20—1起始磁化曲线和磁滞回线图20—2基本磁化曲线当铁磁物质中不存在磁化场时，H和B均为零，即图20—1中B～H曲线的坐标原点0。
随着磁化场H的增加，B也随之增加，但两者之间不是线性关系。
当H增加到一定值时，B不再增加(或增加十分缓慢)，这说明该物质的磁化已达到饱和状态。
Hm和Bm分别为饱和时的磁场强度和磁感应强度(对应于图中a点)。
如果再使H逐渐退到零，则与此同时B也逐渐减少。
然而H和B对应的曲线轨迹并不沿原曲线轨迹a0返回，而是沿另一曲线ab下降到Br，这说明当H下降为零时，铁磁物质中仍保留一定的磁性，这种现象称为磁滞，Br称为剩磁。
将磁化场反向，再逐渐增加其强度，直到H=-Hc，磁感应强度消失，这说明要消除剩磁，必须施加反向磁场Hc。
Hc称为矫顽力。
它的大小反映铁磁材料保持剩磁状态的能力。
图20—1表明，当磁场按Hm→0→-Hc→-Hm→0→Hc→Hm次序变化时，B所经历的相应变化为Bm→Br→0→-Bm→-Br→0→Bm。
于是得到一条闭合的B～H曲线，称为磁滞回线。
所以，当铁磁材料处于交变磁场中时(如变压器中的铁心)，它将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。
在此过程中要消耗额外的能量，并以热的形式从铁磁材料中释放，这种损耗称为磁滞损耗。
可以证明，磁滞损耗与磁滞回线所围面积成正比。
应该说明，对于初始态为H=0，B=0的铁磁材料，在交变磁场强度由弱到强依次进行磁化的过程中，可以得到面积由小到大向外扩张的一簇磁滞回线，如图20—2所示。
吉林台水电站发电机定子铁芯磁化试验
是确 认定 子铁 芯硅 钢片设 计制 造 、 现场叠 片 、 紧等 压
整体 质量 ， 检查 铁 片间是 否有 短路情 况 ， 绝缘是 否 良 好 。发 电机定子 铁 芯 是 由薄硅 钢 片现 场 叠装 而 成 ，
在铁芯 硅钢 片 的制 造 或 现 场叠 装 过 程 中 ， 能 发生 可
摘
要： 对于定子在现场组装的水轮发电机组 ， 磁化试验是定子铁芯硅钢 片叠片完成后必 须进 行 的一 项重要试验 ， 目的是 检查 其
定子铁芯制造和现场安装的整体质量。本 文对吉林 台水 电站首台发电机组 （ ４号机组） 定子铁芯磁化 试验的方 法和结果作 了介绍。 关键词 ： 磁化试验 ； 磁感应强度； 温度 ； 单位铁损值 ； 吉林台水电站
片间绝缘 损 坏 ， 而造 成 片间 短 路 。为 了防 止运 行 从 中因 片间短 路引起 局部 过 热 ， 胁机组 的安 全运 行 ， 威 所 以 ， 现场 定子 铁芯 组装 完成后 ， 须按 照规 范及 在 必
４ 基本参数计算
试 验前 需 要 计算 励 磁 绕 组 的匝 数 、 励磁 电流 大 小 及变 压器 的容量 ， 计算 所用 的基 本参 数如下 ：
得 的励磁 电流 、 电压 计 算 出铁 芯 的有 功 损耗 。把 测 量、 计算结 果 与设计 要求 相 比 ， 来判 断定 子铁 芯 的制 造 、 装整 体质 量 。 安
机定子机座采用分瓣制造 、 运输 ， 在安装现场进行组
装焊 接 、 芯 叠 片及 定 子 下 线 等工 作 。铁 芯 磁 化 试 铁
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水 电 站 设 计 第 ２ 卷 第 ３ ２ 期
Ｄ Ｈ Ｐ Ｓ
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定子铁芯磁化试验
1.1磁化试验的
发电机定子铁心是由薄硅钢片现场叠装而成。
在硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，从而造成片间短路。
为了防止运行中因片间短路引起局部过热，甚至威胁到机组的安全运行，在定子铁心组装完成后，必须进行铁损试验，以检查铁心片间绝缘是否短路，同时通过磁场振动叠装的冲片，使其更密实，在磁化试验完成后对铁心进行最终压紧。
试验中，测量定子铁心的总有功损耗及定子铁心机座等各部位的温度，查找局部过热点，从而计算出铁心的单位损耗及温升，发现可能存在的局部缺陷，综合判断定子铁心的制造、安装质量是否符合设计要求。
1.2磁化试验的原理
在叠装完成的发电机定子铁心上缠绕励磁绕组，绕组中通入交流电流，使之在铁心内部产生接近饱和状态的交变磁通使铁心磁化，从而在铁心中产生涡流和磁滞损耗，使铁心发热。
同时，如铁心中片间绝缘受损或劣化部分将产生较大的涡流，温度升高较快。
用埋设的热电偶测量铁芯上下压板及定子机座的温度，计算出温升和温差；用红外线测温仪查找局部过热点及辅助测温；在铁心上缠绕测量绕组，测量其感应电压，计算出铁心总的有功损耗。
计算出温升与单位铁损。
根据测量结果与设计要求比较，来判断定子铁心的制造、安装质量。
文献：
[1]三峡左岸电站大型水轮发电机定子铁芯磁化试验。