直流与交流磁场作用下铁心磁特性的比较分析

在铁心同时有直流和交流激磁时，动态磁回线不再是对称的，而是如图2.11（a）所示的不对称局部回线。保持交流激磁不变，改变直流电流，得到一组不对称的磁回线，直流激磁越大，则所得局部磁回线越小，如图2.11（b）所示。

交流与直流同时激磁时，H＝Hk＋Hmsinωt，Hk为直流激磁磁场强度，Hm为交流磁场强度幅值。相当于在Hk上叠加一个正弦交变磁场强度Hmsinωt，铁心磁状态变化区域向一个方向移动，H 到达正的最大值时，铁心饱和；H 由最大值开始减少，并由正值变化到负值，磁状态工作点由正饱和点下降，还没有到达负饱和点，H 又从最小值增大变为正值，因此，一周期内磁状态只有沿不对称磁回线变化。当增大直流激磁时，铁心工作区域继续向正饱和方向移动，局部磁回线就更小。

利用基本磁化曲线无法同时表示有交流与直流激磁时的铁心特性。为了计算和分析的方便，这种激磁情况的磁特性以交直流同时磁化曲线族Bm＝f（Hm，Hk）表示，如图2.12所示。图2.13表示交直流同时磁化曲线族的测试线路。两个被试铁心上除了激磁绕组Ng和Nk外，还有测量绕组N0。u（t）＝Umsinωt，Uk为直流电源电压。

图2.11　交流与直流磁场作用下铁心的动态磁特性回线

图2.12　交流与直流同时磁化曲线族Bm＝f（Hm、Hk）

图2.13中利用高内阻伏特表测量铁心的感应电势为

式中：U 为伏特表读数；R0为量测回路电阻；RA为伏特表内阻。

一般应尽可能减少测量线路中交流激磁回路的电阻，以保证铁心中磁感应为正弦，采用双铁心结构布置使直流激磁回路中感应电势的谐波分量最小。电流表A1及A2读数分别为Ig（有效值）和Ik，则B 及H 可按式（2.4）和式（2.5）计算

图2.13　交流与直流同时磁化曲线测试线路

式（2.5）中，交流磁场强度也可用平均值表示。

交流与直流同时磁化曲线族与许多因素有关，如磁材料性能、硅钢片厚度、铁心结构形式及绕组布置方式、电源频率及测量换算方法等。

由图2.12可见，交流与直流同时磁化曲线族中任意一条曲线一般由3段组成，Oa 及bc 段变化较平坦，ab段较陡，直流激磁磁场强度越大，则Oa段越长。

从交流与直流同时激磁时铁心动态磁回线的特点，即磁状态不对称变化，可以说明交流与直流同时磁化曲线族的形状，并作定性的理论解释。

已知交流磁场强度为正弦，H＝Hmsinωt。(www.xing528.com)

图2.14中给出了B（ωt）、H（ωt）以及相应的B＝f（H）（包括Hk＝0以及Hk＝常数时，Hm由小到大三种情况）。图2.14（a）为Hk＝0，且仅有正弦交流激磁时的各组曲线；图2.14（b）、（c）、（d）分别给出Hk＝常数，而Hm＜Hk、Hm＞Hk、Hm≫Hk三种情况的各组曲线。

当没有直流激磁时，则铁心仅在交流激磁作用下工作，铁心的磁特性可用图2.12中Hk＝0的曲线表示。当Hm足够大时，铁心磁状态沿极限磁回线变化，正负方向均能达到饱和状态，磁感应变化量最大，ΔB＝2Bs，如图2.14（a）所示。从图2.13上绕组N0两端测得的感应电势最大，E0＝Es，相当于磁化曲线上饱和段的某点，Es＝2×4.44f N0ScBs。

在某一直流激磁Hk作用下，相当于磁状态工作区域有一位移，设Hm很小，则磁状态在一周内只沿很小的局部磁回线变化，这时B 的变化也很小，如图2.14（b）所示，因此，测得的感应电势很小，这时B 和Hm的关系相当于图2.12中Hk＝6A/m 的磁化曲线上O a段某点。

保持直流磁场强度Hk不变，增大Hm，使铁心在正方向达到饱和后，再去磁，变化到负的磁特性区域，在还没有到达负饱和状态，又转回到正的磁特性区域，这时B 的变化量增大了，如图2.14（c）所示。但由于达不到负饱和点，ΔB＜2Bs，同样绕组感应电势E0虽然增大，却仍小于Es，这相当于图2.12中Hk＝6A/m 的曲线上ab段的某点。

继续增大Hm，则铁心磁状态变化一周期内正负方向均可达到饱和，由于直流激磁的位移作用，在正饱和区域停留时间更长些。这时ΔB＝2Bs，如图2.14（d）所示，与图2.14（a）相仿。于是在磁化曲线上表现为进入饱和段，相当于图2.12中Hk＝6A/m 的曲线bc段上某点。

图2.14　同时有直流与交流激磁的铁心磁化过程，不同Hm时一周内铁心磁状态变化

（a）Hk＝0；（b）Hk＝常数，Hm＜Hk；（c）Hm＞Hk；（d）Hm≫Hk

交流与直流同时磁化曲线族是计算和分析饱和电抗器的主要依据之一。表示铁心在交直流激磁状态工作的特性，除了Hk一定时，Bm＝f（Hm）外，还有Hm一定时，Bm与Hk的关系以及Bm一定时，磁感应的直流分量B0＝f（Hk）等几种磁特性。