Расчет процессов в высокочастотных преобразовательных устройствах требует выработки моделей магнитных компонентов и определения параметров этих моделей, которые в большинстве случаев могут быть получены лишь в результате проведения серии измерений режимов перемагничивания материала. Разработка новых типов материалов, предназначенных для все более высоких рабочих частот, требует принципиально новой измерительной базы, обеспечивающей автоматизацию процесса измерений в широком диапазоне скоростей перемагничивания.
Наибольшее распространение в настоящее время получил цифровой осциллографический метод измерения параметров магнитных материалов [1]. Сущность метода состоит в перемагничивании по заданному закону образца исследуемого материала и измерении с помощью цифрового осциллографа напряжения и тока в обмотке, выполненной на образце. Оцифрованные значения тока и напряжения обрабатываются с помощью компьютера, в результате чего вычисляются значения магнитной индукции и напряженности магнитного поля, по которым восстанавливается форма петли магнитного материала. Реализация этого метода с помощью отдельных самостоятельных измерительных приборов (цифрового осциллографа, программируемого генератора, усилителя мощности), как правило, достаточно проблематична, так как перечисленные многофункциональные приборы имеют высокую стоимость. Например, суммарная стоимость оборудования, описанного в [2], превышает 20 000 $ USA. В то же время возможно создание специализированного измерительного комплекса, обладающего приемлемыми метрологическими характеристиками при существенно меньшей стоимости. Структурная схема такого программно-аппаратного комплекса представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема программно-аппаратного комплекса
Управление комплексом и обработка результатов осуществляется персональным компьютером. Связь с комплексом осуществляется с помощью интерфейса RS-232. Внутренняя шина комплекса обеспечивает обмен данными между отдельными его блоками. Перемагничивание образца магнитного материала осуществляется выходным сигналом усилителя мощности УМ с программируемым коэффициентом передачи. Сигнал перемагничивания формируется с помощью программируемого генератора, который позволяет формировать выходной сигнал произвольной формы в широком диапазоне частот благодаря применению в нем четырехстраничного быстродействующего ОЗУ емкостью 1 кБайт с микропрограммной схемой управления и синхронизации.
Ток намагничивания образца измеряется с помощью эталонного резистивного датчика тока R, сигнал с которого поступает на семиразрядный быстродействующий параллельный АЦП (канал I). Напряжение на обмотке перемагничивания образца через делитель с переменным коэффициентом передачи измеряется аналогичным АЦП (каналU). АЦП осуществляют синхронную оцифровку напряжения и тока, причем запуск АЦП в заданной точке цикла перемагничивания осуществляется сигналом синхронизации с программируемого генератора. Измеренные в точке значения тока и напряжения передаются через интерфейс в компьютер, после чего происходит следующее измерение. Такой способ оцифровки позволяет обойтись без дополнительного быстродействующего ОЗУ для хранения результатов измерения всей петли.
Особую проблему при измерениях представляет балансировка петли перемагничивания, которая должна осуществляться с высокой точностью для получения симметричных циклов перемагничивания. Для обеспечения балансировки служит интегратор INT, который выделяет постоянную составляющую тока намагничивания образца и в противофазе подает ее на усилитель намагничивания УМ. Коррекция смещения нуля интегратора осуществляется путем подстройки его опорного сигнала с помощью цифроаналогового преобразователя ЦАП.
Для измерения частных петель перемагничивания используется сигнал специальной формы [3], причем для предотвращения смещения нуля интегратора в течение цикла измерения он переводится в режим хранения сигналом стробирования.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. MOSES A.J., SHIRKOOHI G.H. Iron loss in non-oriented electrical steels under distorted flux condition. IEEE Transaction on magnetics, vol. MAG-23, No.5, 1987.
2. FIORILLO F., NOVIKOV A. An Improved Approach to Power Losses in Magnetic Laminations under Nonsinusoidal Induction Waveform. IEEE Transactions on Magnetics, vol.26, No.5, 1990.
3. NOVIKOV A., STROYEV N., STROYEV K., SHIRIAJEV A. PC-controlled complex for measuring parameters of soft magnetic materials at frequencies as high as 5 MHz// Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1994. Vol.133. N 1-3.
e-mail: amlmtr@yandex.u