《T CPSS 1009-2020-磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法》

ICS號(hào)01.040.29

中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號(hào)K04

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CPSS1009－2020

磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法

Testmethodsofpowerlossofmagneticmaterialswith

highexcitation

2020-08-25發(fā)布2020-09-01實(shí)施

中國(guó)電源學(xué)會(huì)發(fā)布

T/CPSS1009—2020

磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了軟磁磁性材料在高勵(lì)磁下?lián)p耗的測(cè)量方法和測(cè)量技術(shù)要求。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于電子設(shè)備、開關(guān)電源和功率變換設(shè)備中感性元件的軟磁磁性材料。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T9637磁性材料與元件

GB/T20874磁性零件有效參數(shù)的計(jì)算

GB/T28869.1軟磁材料制成的磁心測(cè)量方法第1部分：通用規(guī)范

GB/T28869.2軟磁材料制成的磁心測(cè)量方法第2部分：低勵(lì)磁電平下的磁特性

GB/T28869.3軟磁材料制成的磁心測(cè)量方法第3部分：高勵(lì)磁電平下的磁特性

3術(shù)語(yǔ)和定義

GB/T9637、GB/T28869.1、GB/T28869.2和GB/T28869.3界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。

3.1

高勵(lì)磁highexcitation

為測(cè)量在給定磁通密度下的磁心損耗或磁導(dǎo)率所需施加的激勵(lì)。

4符號(hào)、代號(hào)和縮略語(yǔ)

下列符號(hào)、代號(hào)和縮略語(yǔ)適用于本文件。標(biāo)準(zhǔn)里的所有公式均采用SI單位制，當(dāng)采用倍數(shù)或子倍數(shù)

時(shí)，通常的數(shù)量級(jí)為10。

f：激勵(lì)的頻率，單位赫茲（Hz）；

Ts：激勵(lì)的周期，單位秒（s）；

Bm：磁心中磁通密度峰值，單位特斯拉（T）；

Hm：磁心中磁場(chǎng)強(qiáng)度峰值，單位安培每米（A/m）；

Pc：磁心損耗，單位瓦特（W）；

Pw：繞組損耗，單位瓦特（W）；

3

Pcv：總損耗（體積）密度，單位瓦特每立方米（W/m）；

2

Ae：試樣的有效截面積，單位為平方米（m）；

le：試樣的有效磁路長(zhǎng)度，單位為米（m）；

3

Ve：試樣的有效體積，單位為立方米（m）；

?：試樣的阻抗角，單位弧度（rad）；

??：勵(lì)磁電壓和電流的相位誤差，單位弧度（rad）；

N2：感應(yīng)繞組的匝數(shù)；

N1：勵(lì)磁繞組的匝數(shù)；

π：圓周率。

1

T/CPSS1009—2020

5技術(shù)要求

5.1儀器和設(shè)備

5.1.1激勵(lì)源

5.1.1.1總則

本標(biāo)準(zhǔn)引入的激勵(lì)源包括正弦波激勵(lì)源和方波激勵(lì)源（占空比為0.5的矩形波）。當(dāng)選擇磁通密度

（磁場(chǎng)強(qiáng)度）為激勵(lì)，則磁場(chǎng)強(qiáng)度（磁通密度）的波形允許有偏差。激勵(lì)源應(yīng)具有低內(nèi)阻抗和高穩(wěn)定度

的幅值和頻率。測(cè)量時(shí)，幅值和頻率的波動(dòng)應(yīng)保持在±0.1%之內(nèi)。

5.1.1.2正弦波激勵(lì)

當(dāng)激勵(lì)是正弦波時(shí)，激勵(lì)源的總諧波分量應(yīng)不大于1%。勵(lì)磁電壓是正弦波時(shí)，則磁通密度峰值計(jì)

算見公式（1）：

×

2Urms················································(1)

Bm=

2×××πfANe1×

式中：

Urms——?jiǎng)?lì)磁電壓有效值，單位伏特（V）。

5.1.1.3方波激勵(lì)

當(dāng)勵(lì)磁電壓是方波（占空比為0.5的矩形波）時(shí)，如圖1所示（負(fù)半波與正半波波形一樣）。過(guò)沖

Uo應(yīng)小于方波幅值的5%，頂降UD應(yīng)小于方波幅值的2%，上升時(shí)間tr和下降時(shí)間tf應(yīng)小于周期的1%，方

波激勵(lì)中直流偏磁不應(yīng)超過(guò)方波幅值的2%。勵(lì)磁電壓是方波時(shí)，則磁通密度峰值計(jì)算見公式（2）。

Um··················································(2)

Bm=

4××fANe1×

式中：

Um——?jiǎng)?lì)磁電壓幅值，單位伏特（V）。

%Um

UOUD

100

00.5Ts

trtt(s)

f

說(shuō)明：

tr——上升延遲時(shí)間；

2

T/CPSS1009-2020

tf——下降延遲時(shí)間；

UD——頂降；

Uo——過(guò)沖。

圖1方波波形圖

5.1.1.4磁通密度峰值計(jì)算

對(duì)于任意波形勵(lì)磁電壓的磁通密度峰值計(jì)算見公式（3）：

U··················································(3)

Bm=

4××fANe1×

式中：

U——任意波形勵(lì)磁電壓整流后的平均值，單位伏特（V）。

5.1.2測(cè)量?jī)x表和儀器

5.1.2.1總則

電壓表或其他電壓測(cè)量?jī)x器應(yīng)是高阻抗儀器。探針應(yīng)具有高輸入電阻和低輸入電容。電壓表或其他

電壓測(cè)量?jī)x器的測(cè)量帶寬要覆蓋幅值是基波幅值1%的諧波的頻率。

5.1.2.2電壓表

宜采用精度小于0.2%的電壓表。

5.1.2.3數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器的采樣率應(yīng)不低于256個(gè)點(diǎn)每周波和分辨率應(yīng)不低于12位。

5.1.3傳感器

5.1.3.1采樣電阻器

采樣電阻器電阻值的誤差應(yīng)不大于0.1%（包含電阻的溫度漂移）。采樣電阻器的寄生電感感值應(yīng)

滿足公式（4）和公式（5）：

R

L≤×2δ················································(4)

2××πfa

R×tan(δ)

L≤φ·····················································(5)

2××πf

式中：

R——采樣電阻器的阻值，單位歐姆（?）；

δa——測(cè)試頻率下采樣電阻電壓的最大允許相對(duì)增加值，無(wú)量綱；

δ?——采樣電阻上電壓和電流相位差，單位弧度（rad）。

示例：

-4

若δa=0.1%,δ?=4.363×10rad=0.025°,R=1?,f=500kHz,則有：

1

L≤2×=0.00114.2nH·········································(6)

π××3

250010

1×tan(0.025)

≤=··············································(7)

L30.1389nH

2××π500×10

因此采樣電阻的寄生電感感值應(yīng)滿足：L≤0.1389nH。

3

T/CPSS1009—2020

5.1.3.2電流互感器

電流互感器的幅值差應(yīng)不大于±0.5%；相位差應(yīng)不大于0.00043635弧度，相當(dāng)于0.025°。

5.1.4其他說(shuō)明

5.1.4.1線路連接

測(cè)量電路中采用的連接線產(chǎn)生的寄生電阻、電感和電容在測(cè)量頻率范圍內(nèi)不應(yīng)產(chǎn)生額外的相位差和

幅值差。

測(cè)量電路中的連接應(yīng)盡可能短，測(cè)量通道之間的相位差在測(cè)量頻率范圍內(nèi)應(yīng)滿足公式（8）：

δ

?=±?P······················································(8)

QC

式中：

δP——功率損耗相對(duì)誤差，無(wú)量綱；

fB××mmH品質(zhì)因數(shù)，無(wú)量綱。

QC——Q=

C×

2Pcv，

示例:

若δP=±1%,QC=5,則有：

0.01

?=±?=±0.002···················································(9)

5

若勵(lì)磁為非正弦波，則應(yīng)計(jì)算各次諧波下的相位差。

5.1.4.2恒溫裝置

為了測(cè)量某個(gè)溫度下的磁性材料磁心損耗，須提供恒溫裝置，恒溫裝置的溫度誤差應(yīng)不大于±1℃。

5.2試樣

5.2.1磁心

用來(lái)測(cè)量的磁心應(yīng)來(lái)自正常生產(chǎn)并且形成閉合磁路。對(duì)于評(píng)價(jià)材料特性，應(yīng)采用外內(nèi)徑比小于或等

于2的環(huán)形磁心，以保證磁心磁場(chǎng)分布的基本均勻性。

試樣的磁心應(yīng)去磁（按GB/T28869.1執(zhí)行）。

5.2.2繞組

5.2.2.1繞組繞制

繞組應(yīng)采用損耗較小的繞線盡可能地貼著磁心單層繞制。對(duì)于環(huán)形磁心，繞組均勻地沿磁心圓周繞

滿分布；對(duì)于非環(huán)形磁心，應(yīng)盡量使磁心中磁通均勻分布。與勵(lì)磁繞組相接的連接頭必須絕緣，并且要

確保繞線絕緣沒(méi)有被破壞。

試樣的自諧振頻率應(yīng)高于測(cè)試頻率的10倍。

5.2.2.2雙繞組

建議首選雙繞組繞制試樣，雙繞組分別為勵(lì)磁繞組和感應(yīng)繞組，兩個(gè)繞組的耦合系數(shù)盡可能接近1，

建議采用雙股并繞。

5.2.2.3單繞組

若測(cè)量?jī)x器不能測(cè)量雙繞組試樣的磁特性時(shí)，則可采用單繞組繞制試樣。單繞組試樣繞組損耗與磁

心損耗相比足夠小時(shí)，可忽略繞組損耗，否則需采取一定的措施扣除繞組損耗。推薦以下措施：

a)當(dāng)激勵(lì)是正弦波時(shí)，且繞線直徑小于兩倍的測(cè)量頻率下的透入深度，則繞組的交流電阻近似等

于直流電阻，利用公式（10）計(jì)算繞組損耗。

PI=2×R·····················································(10)

wrmsdc

4

T/CPSS1009-2020

式中：

Irms——?jiǎng)?lì)磁電流的有效值，單位安培（A）；

Rdc——繞線的直流電阻，單位歐姆（?）。

b)當(dāng)激勵(lì)是正弦波時(shí)，且繞線直徑大于兩倍的測(cè)量頻率下的透入深度，則利用公式（11）和（12）

計(jì)算繞組的交流電阻和繞組損耗。

(d/(2×?))2

RR=×······································(11)

ac(dd/(2×?))22?(/(2×?)?1)dc

2(12)

PIw=rms×Rac·····················································

式中：

d——繞線的直徑，單位米(m)；

?——透入深度，單位米(m)；

Irms——?jiǎng)?lì)磁電流的有效值，單位安培（A）；

Rac——繞線的交流電阻，單位歐姆（?）。

c)當(dāng)激勵(lì)是方波，因?yàn)槔@組損耗的線性性質(zhì)，可利用傅里葉諧波分析法計(jì)算繞組損耗，計(jì)算見公

式（13）和（14）。

n

··································(13)

it()=∑Irmsk×2cos(k××2π?×f×+tk)

k=1

n

2··················································(14)

Pw=∑IRrmsk×ack

k=1

式中：

i(t)——?jiǎng)?lì)磁電流的瞬時(shí)值，單位安培（A）；

Irmsk——?jiǎng)?lì)磁電流中k次諧波電流的有效值，單位安培（A）；

?k——?jiǎng)?lì)磁電流中k次諧波電流的初相位，單位幅度（rad）；

n——建議勵(lì)磁電流的n次諧波幅值是基波幅值的1%；

Rack——?jiǎng)?lì)磁電流中k次諧波電流頻率下的交流電阻，單位歐姆（?）。

d)當(dāng)試樣采用環(huán)形磁心，以相同尺寸的空心磁心替代原磁心并以相同繞組繞制空心試樣，利用阻

抗分析儀或LCR表測(cè)量空心試樣的不同諧波頻率的交流電阻即為測(cè)量試樣的繞組等效交流電

阻。

5.2.3磁心的固定

環(huán)形試樣距離外部金屬不小于20mm，非環(huán)形試樣應(yīng)盡量遠(yuǎn)離金屬。

5.2.4試樣的參數(shù)

試樣的有效截面積Ae、有效磁路長(zhǎng)度le和有效體積Ve的計(jì)算參照GB/T20874。

5.3測(cè)量條件

5.3.1與實(shí)際工況有關(guān)的說(shuō)明

選擇合適的測(cè)量條件、測(cè)量方法和測(cè)量過(guò)程，使測(cè)量結(jié)果可以預(yù)測(cè)實(shí)際工況下的損耗。但是并不苛

求實(shí)驗(yàn)條件（特別是與激勵(lì)有關(guān)的條件）要與實(shí)際工況一致。

5.3.2有效參數(shù)

本標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)量方法是測(cè)量磁性材料損耗的有效量。

5.3.3測(cè)量的磁狀態(tài)

試樣磁心應(yīng)在穩(wěn)定和可重復(fù)的磁狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，應(yīng)消除材料的各種剩磁和時(shí)間效應(yīng)。測(cè)量全過(guò)程

5

T/CPSS1009—2020

完成時(shí)間需要根據(jù)磁心材料損耗對(duì)溫度的敏感性確定。對(duì)鐵氧體磁心，建議時(shí)間不超過(guò)3秒，對(duì)磁粉心

磁心不應(yīng)超過(guò)10秒，測(cè)試結(jié)束應(yīng)及時(shí)斷開激勵(lì)源避免磁心過(guò)熱。

6測(cè)量方法

6.1概述

磁性材料高勵(lì)磁損耗測(cè)量方法有四種：交流功率法、有效值法、直流功率法和量熱法。

交流功率法可測(cè)量任意波形激勵(lì)下的磁性材料損耗。但是對(duì)于阻抗角接近90度的磁性材料，很小的

相位誤差會(huì)帶來(lái)很大的測(cè)量誤差。

有效值法利用高精度有效值電壓表獲得磁性材料損耗，其可測(cè)量正弦波激勵(lì)下的損耗。對(duì)于阻抗角

接近90度的磁性材料，很小的相位誤差會(huì)帶來(lái)很大的測(cè)量誤差。

直流功率法測(cè)量方波激勵(lì)下磁心損耗，需較大功率恒壓源和DC/AC逆變電路產(chǎn)生方波，測(cè)量精度

受DC/AC逆變電路損耗的影響但可采取某些措施消除或校準(zhǔn)。

量熱法理論上是最精確的方法，可測(cè)量任何波形激勵(lì)的磁心損耗，通過(guò)測(cè)量損耗導(dǎo)致的量熱罐里的

熱工質(zhì)的溫升獲得磁心損耗，但測(cè)量過(guò)程冗長(zhǎng)，操作繁瑣。三種方法適用情況見表1。制造廠商和客戶

協(xié)商采用何種測(cè)量方法。

表1磁性材料損耗測(cè)量方法比較

測(cè)量方法勵(lì)磁波形激勵(lì)源繞組損耗的分離阻抗角的影響頻率的影響

交流功率法任意高頻大功率激勵(lì)源可分離（雙繞組）有影響有影響

有效值法正弦高頻大功率激勵(lì)源可分離（雙繞組）有影響有影響

直流功率法方波或PWM波恒壓源不可分離無(wú)影響有影響

量熱法任意無(wú)要求不可分離無(wú)影響無(wú)影響

6.2交流功率法

6.2.1概述

高頻激勵(lì)源通過(guò)勵(lì)磁線圈給試樣施加一定的勵(lì)磁交流磁場(chǎng)，采樣勵(lì)磁電壓和電流的瞬時(shí)值，兩者乘

積在一個(gè)周期的平均值得到平均功率，即是磁性材料損耗。

6.2.2基本電路圖

交流功率法基本電路如圖2所示。

i

**

高**+高電流傳感器+

頻頻

激N1N2激N1N2

u2u2

勵(lì)勵(lì)

_DUTDUT

源+uR_源_

R

a)雙繞組繞制試樣，電阻采樣勵(lì)磁電流b）雙繞組繞制試樣，電流探頭采樣勵(lì)磁電流

i

++

高高電流傳感器

頻頻

激N1激N1u1

u1

勵(lì)勵(lì)DUT

_DUT_

源+uR_源

R

c)單繞組繞制試樣，電阻采樣勵(lì)磁電流d）單繞組繞制試樣，電流探頭采樣勵(lì)磁電流

6

T/CPSS1009-2020

說(shuō)明：

元件：

R——電阻器

N1——?jiǎng)?lì)磁繞組

N2——感應(yīng)繞組

電源：

高頻激勵(lì)源——信號(hào)發(fā)生器+功率放大器或DC/AC逆變電路

圖2交流功率法測(cè)量電路圖

6.2.3測(cè)量裝置

6.2.3.1高頻激勵(lì)源

高頻激勵(lì)源由信號(hào)發(fā)生器和功率放大器組成或者DC/AC逆變電路。

6.2.3.2勵(lì)磁繞組N1和感應(yīng)繞組N2

根據(jù)勵(lì)磁電流和感應(yīng)電壓以及激勵(lì)源的電壓和電流容量設(shè)計(jì)勵(lì)磁繞組N1的匝數(shù)和線徑，推薦感應(yīng)

繞組N2的匝數(shù)等于勵(lì)磁繞組N1的匝數(shù)，感應(yīng)繞組N2的線徑可以很小。

6.2.3.3采樣電阻器R

該電阻器是無(wú)感電阻器，其阻值由被測(cè)的電流峰值決定且應(yīng)滿足功率要求。該采樣電阻器規(guī)范應(yīng)該

滿足5.1.3.1。也可采用同軸分流器。

6.2.3.4數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器參照5.1.2.3。

6.2.4測(cè)量步驟

測(cè)量步驟如下：

a)測(cè)量前應(yīng)對(duì)試樣先進(jìn)行退磁（按GB/T28869.1執(zhí)行）。

b)按照?qǐng)D2中a)或b)或c)或d)將測(cè)量電路接好。

c)數(shù)字采集器采樣感應(yīng)繞組上的感應(yīng)電壓和采樣電阻器上電壓或勵(lì)磁繞組上的勵(lì)磁電壓和電流。

d)測(cè)量時(shí)應(yīng)從低磁通密度向高磁通密度測(cè)量。

6.2.5測(cè)量原理

當(dāng)試樣單繞組繞制時(shí)（如圖2中c）和d）所示），磁性材料損耗密度的計(jì)算見公式（15）：

1

=××······································（15）

Pcv∫u1()ti()tdt

TS

TVse×

式中：

感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，單位伏特（）；

ut1()——V

it()——?jiǎng)?lì)磁電流瞬時(shí)值，單位安培（A）。

當(dāng)試樣雙繞組繞制時(shí)（如圖2中a）和b）所示），磁性材料損耗密度的計(jì)算見公式（16）：

1N

=×1××···································（16）

Pcv∫u2()ti()tdt

TS

TVse×N2

式中：

感應(yīng)電壓瞬時(shí)值，單位伏特（）；

ut2()——V

it()——?jiǎng)?lì)磁電流瞬時(shí)值，單位安培（A）。

根據(jù)磁性材料損耗計(jì)算公式可以推導(dǎo)勵(lì)磁電壓為正弦波時(shí)的相對(duì)誤差公式(17)：

???PUI

=++tan????·······································（17）

PUI

7

T/CPSS1009—2020

式中：

?P——磁性材料損耗測(cè)量誤差，單位瓦特（W）；

P——磁性材料損耗，單位瓦特（W）；

?U——電壓有效值測(cè)量誤差，單位伏特（V）；

U——電壓有效值，單位伏特（V）；

?I——電流有效值測(cè)量誤差，單位安培（A）；

I——電流有效值，單位安培（A）。

因此，交流功率法測(cè)量磁性材料損耗的相對(duì)誤差由三個(gè)部分構(gòu)成：

a)電壓有效值的測(cè)量誤差；

b)電流有效值的測(cè)量誤差；

c)阻抗角?的正切和相位誤差的乘積。

6.2.6注意事項(xiàng)

當(dāng)試樣的阻抗角趨于90°時(shí)，微小的相位誤差也會(huì)產(chǎn)生非常大的測(cè)量誤差。

6.2.7具體測(cè)試方法

6.2.7.1B-H分析儀法

B-H分析儀法是指利用儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)采集器采樣感應(yīng)電壓和勵(lì)磁電流計(jì)算磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，

B-H磁滯回線的面積即是一周期磁心損耗。

注：現(xiàn)有B-H分析儀的通道是共地的，勵(lì)磁線圈和感應(yīng)線圈應(yīng)采用同名端共地，否則兩線圈間的分布電容和電壓差

會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。

6.2.7.2功率分析儀法

功率分析儀法是利用儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)采集器采樣感應(yīng)電壓瞬時(shí)值和電流瞬時(shí)值，兩者乘積并在一個(gè)周

期內(nèi)求平均值獲得磁心損耗。

注：對(duì)于通道隔離的功率分析儀，勵(lì)磁繞組和感應(yīng)繞組的同名端共地或異名端共地不會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，推薦采用同

名端接地；對(duì)于通道非隔離的功率分析儀，應(yīng)采用同名端共地。

6.2.7.3電容無(wú)功補(bǔ)償法

電容無(wú)功補(bǔ)償法是利用電容的容性無(wú)功功率補(bǔ)償試樣的感性無(wú)功功率，從而減小采樣電流和電壓之

間的相位差角，以提高交流功率法的測(cè)量精度。有串聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償法和并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償法。電容補(bǔ)償法

也有助于減小所需激勵(lì)源的容量。電路如圖3所示，損耗計(jì)算見公式(18)。

并聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償法可降低激勵(lì)源電流容量要求，但難以扣除繞組損耗。串聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償法可降

低激勵(lì)源電壓容量要求，采用雙繞組時(shí)可以扣除繞組損耗，勵(lì)磁繞組匝數(shù)應(yīng)等于感應(yīng)繞組匝數(shù)。

1

=××?······································（18）

Pcv∫u1()ti()tdt

TS

TVse×

式中：

電壓瞬時(shí)

ut1()——

值，單位伏特（V）。

i

i+

高高**

iC+N1

頻頻N2

激激L

CNu1u

勵(lì)1勵(lì)DUT1

源L源

RDUT_C

R_

a)并聯(lián)電容b）串聯(lián)電容

元件：

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T/CPSS1009-2020

R——電流采樣電阻器

N1——?jiǎng)?lì)磁繞組

N2——感應(yīng)繞組

C——可調(diào)電容器

圖3電容無(wú)功補(bǔ)償法電路圖

6.3有效值法

6.3.1概述

有效值法利用高精度有效值電壓表測(cè)量圖4中U1和U2，利用公式計(jì)算磁心損耗。

6.3.2基本電路圖

有效值法基本電路如圖4所示。

+

+**++*++

N1NU3N2

2N1U3

__

*

U

US1U

DUTSU2

DUT

++

RURU

_R_R

____

a)b)

元件：

DUT——被測(cè)試樣

R——采樣電阻器

N1——?jiǎng)?lì)磁繞組

N2——感應(yīng)繞組

電源：

正弦激勵(lì)源

US——

圖4有效值法電路圖

6.3.3測(cè)量裝置

6.3.3.1高頻激勵(lì)源

高頻激勵(lì)源是正弦電壓激勵(lì)源。

6.3.3.2勵(lì)磁繞組N1和感應(yīng)繞組N2

根據(jù)勵(lì)磁電流設(shè)計(jì)勵(lì)磁繞組N1的匝數(shù)和線徑，感應(yīng)繞組N2的匝數(shù)應(yīng)使其感應(yīng)電壓有效值與采樣電

阻上電壓有效值的數(shù)量級(jí)相同，感應(yīng)繞組N2的線徑可以很小。

6.3.3.3采樣電阻器R

該電阻器是無(wú)感電阻器，其阻值由被測(cè)的電流峰值決定且應(yīng)滿足功率要求。該電阻規(guī)范應(yīng)該滿足

5.1.3.1。也可采用同軸分流器。

6.3.3.4有效值電壓表

有效值電壓表參照5.1.2.1。

9

T/CPSS1009—2020

6.3.4測(cè)量步驟

測(cè)量步驟如下：

a)測(cè)量前應(yīng)對(duì)試樣先進(jìn)行退磁（按GB/T28869.1執(zhí)行）。

b)按照?qǐng)D4中a）將測(cè)量電路接好。

c)有效值電壓表測(cè)量圖4中a）圖中的U1。

d)按照?qǐng)D4中b）將測(cè)量電路接好。

e)有效值電壓表測(cè)量圖4中b）圖中的U2。

f)利用公式（20）計(jì)算磁性材料損耗。

6.3.5測(cè)量原理

采用無(wú)感電阻器R，則利用公式（20）得到磁性材料損耗：

22

UU12?

P=·············································（19）

4/××RN21N

根據(jù)損耗計(jì)算公式可以得到激勵(lì)電壓為正弦波時(shí)的相對(duì)誤差公式（21）：

dP22U×dU+×UdU

=1122+tan(?θ?×)dθ···························（20）

P4UUR3××cos(?θ?)

式中：

dP——磁性材料損耗測(cè)量誤差，單位瓦特（W）；

P——磁性材料損耗，單位瓦特（W）；

dU1，dU2——電壓有效值測(cè)量誤差，單位伏特（V）；

R——采樣電阻器的阻值，單位歐姆（?）；

θ——采樣電阻的阻抗角，單位弧度（rad）；

dθ——采樣電阻上電壓和電流的相位誤差，單位弧度（rad）。

因此，相對(duì)誤差由三個(gè)部分構(gòu)成：

a)電壓的測(cè)量誤差；

b)試樣阻抗角?的余弦；

c)試樣的阻抗角?的正切和相位誤差的乘積。

6.3.6注意事項(xiàng)

當(dāng)試樣的阻抗角趨于90°時(shí)，微小的相位誤差會(huì)產(chǎn)生非常大的測(cè)量誤差。

6.4直流功率法

6.4.1概述

通過(guò)一個(gè)DC-AC逆變電路將直流電壓逆變?yōu)樗璧姆讲妷菏┘拥奖粶y(cè)磁件上，測(cè)量直流輸入的

有功功率得到方波激勵(lì)磁性材料損耗。直流功率法可用于測(cè)量有偏磁或無(wú)偏磁方波激勵(lì)下的磁心損耗。

6.4.2基本電路圖

直流功率法基本電路如圖5所示。

Ii-dc

i

i

L

DC/AC

N1

Ui逆變電路

DUT

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T/CPSS1009-2020

元件：

DUT——被測(cè)試樣

DC/AC逆變電路——全橋電路或半橋電路

電源：

Ui——直流電壓源

圖5直流法電路圖

6.4.3測(cè)量裝置

6.4.3.1直流電壓源Ui

可采用合適功率的直流電壓源。

6.4.3.2DC/AC逆變電路

可采用全橋逆變電路或半橋逆變電路等。

6.4.3.3試樣DUT

根據(jù)試樣DUT伏秒積設(shè)計(jì)試樣的匝數(shù)，根據(jù)最大電流設(shè)計(jì)繞線的線徑。

6.4.3.4測(cè)量平均值的直流電流表和直流電壓表

測(cè)量誤差應(yīng)小于±0.1%。

6.4.4測(cè)量步驟

測(cè)量步驟如下：

a)測(cè)量前應(yīng)對(duì)試樣先進(jìn)行退磁（按GB/T28869.1執(zhí)行）。

b)按照?qǐng)D5將測(cè)量電路接好。

c)平均值直流電流表和直流電壓表測(cè)量輸入電壓和輸入電流直流分量，數(shù)字采集器采樣被測(cè)試樣

的勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流。

d)測(cè)量時(shí)應(yīng)從低磁通密度向高磁通密度測(cè)量。

6.4.5測(cè)量原理

直流激勵(lì)源Ui經(jīng)DC/AC逆變電路轉(zhuǎn)換成施加在試樣上的PWM波激勵(lì)電壓，直流激勵(lì)源Ui的輸

出功率等于激勵(lì)源以外電路消耗總功率，計(jì)算見公式(22)和(23)：

P=UI×···················································(21)

inii-DC

P=P++PP·················································(22)

inexcw

式中：

Pin——直流激勵(lì)源Ui的輸出功率，單位瓦特（W）；

Ui——輸入直流激勵(lì)源電壓值，單位伏特（V）；

Ii_DC——輸入端電流的直流分量，單位安培（A）。

Pex——除磁性元件損耗以外的其它損耗，單位瓦特（W）；

若Pex和Pw與Pc相比非常小，則直流激勵(lì)源Ui的輸出功率等于試樣的磁心損耗。因此，只要測(cè)量

直流電源Ui的電壓值和輸入端電流的直流分量Ii_DC便可得到試樣磁心損耗，規(guī)避了試樣阻抗角對(duì)測(cè)量

精度的影響。

6.4.6注意事項(xiàng)

6.4.6.1逆變電路損耗補(bǔ)償

推薦采用空心電感作為定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)定標(biāo)補(bǔ)償逆變電路損耗。

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T/CPSS1009—2020

6.4.7具體測(cè)試方法

6.4.7.1差值直流功率法

差值直流功率法是利用兩次直流功率測(cè)量法的差值來(lái)消除DC/AC逆變電路損耗帶來(lái)的測(cè)量誤差，

電路原理圖如圖6所示。開關(guān)S斷開時(shí)，功率計(jì)算公式如式（24）；保證Ui不變合上開關(guān)S2，則功率計(jì)

算公式如式（25）：

(23)

PPPin1=ex1+L1···················································

(24)

Pin2=Pex2++PPL1c················································

式中：

Pin1、Pin2——直流激勵(lì)源Ui的輸出功率，單位瓦特（W）；

Pex1、Pex2——除磁性元件損耗以外的其它損耗（逆變電路損耗），單位瓦特（W）；

PL1——參考電感器的損耗，單位瓦特（W）；

Pc——被測(cè)試樣的損耗，單位瓦特（W）。

若被測(cè)試樣的感值遠(yuǎn)大于參考電感器的感值，則被測(cè)試樣的接入對(duì)DC/AC逆變器的工況和損耗基

本沒(méi)有影響，因此有：

(25)

PPex1=ex2······················································

則被測(cè)試樣的損耗為：

(26)

PPc=in2?Pin1···················································

Ii-dc

ii

S

DC/AC

L1N

Ui逆變電路1

DUT

元件：

DUT——被測(cè)試樣

S——開關(guān)

L1——參考電感器

圖6差值直流功率法電路圖

6.5量熱法

6.5.1概述

測(cè)量被測(cè)件損耗在熱工質(zhì)中的發(fā)熱引起的溫升獲得磁心損耗。被測(cè)試樣的勵(lì)磁波形可以是任意波

形，也可施加直流偏磁。

6.5.2基本電路圖

量熱法基本原理如圖7所示。

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高頻激勵(lì)源溫度

傳感器

DUT

隔熱容器

熱工質(zhì)

元件：

DUT——被測(cè)試樣

電源：

高頻激勵(lì)源——高頻電壓源或DC/AC逆變電路

圖7量熱法原理圖

6.5.3測(cè)量裝置

6.5.3.1定標(biāo)恒壓源

可采用合適功率的恒壓源。

6.5.3.2高頻激勵(lì)源

高頻交流電壓源或DC/AC逆變電路。

6.5.3.3定標(biāo)電阻

定標(biāo)電阻的阻值由被測(cè)試樣的損耗決定，應(yīng)有很低的熱溫度系數(shù)。

6.5.3.4溫度傳感器

溫度傳感器的精度應(yīng)不大于±0.1°C。

6.5.3.5隔熱容器

隔熱容器的保溫性能應(yīng)非常好。

6.5.3.6熱工質(zhì)

推薦硅油作為熱工質(zhì)。

6.5.3.7試樣DUT

應(yīng)根據(jù)試樣的勵(lì)磁伏秒積設(shè)計(jì)試樣匝數(shù)。

6.5.4測(cè)量步驟

測(cè)量步驟如下：

a)測(cè)量前應(yīng)對(duì)試樣先進(jìn)行退磁（按GB/T28869.1執(zhí)行）。

b)按照?qǐng)D7將測(cè)量電路連接好。

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c)溫度傳感器測(cè)量初始溫度并定時(shí)。

d)高頻勵(lì)磁電源開始給試樣施加勵(lì)磁電壓，計(jì)時(shí)開始。

e)待熱工質(zhì)溫升上升到預(yù)設(shè)的值，停止激勵(lì)。

f)待工質(zhì)熱平衡后，溫度傳感器測(cè)量最終溫度。

g)根據(jù)試樣所在容器中熱工質(zhì)的溫升計(jì)算磁心損耗。

6.5.5測(cè)量原理

激勵(lì)線圈給試樣施加一定的勵(lì)磁，通過(guò)采樣勵(lì)磁電壓計(jì)算磁通密度，采樣放置試樣的隔熱容器中熱

工質(zhì)的溫升獲得損耗，計(jì)算見公式(28)和(29)。

W=Cm××?T···················································(27)

W·····················································(28)

Pcv=

tV×e

式中：

W——試樣在熱工質(zhì)中產(chǎn)生的熱量，單位焦耳（J）；

C——比熱容，單位J/(kg·°C)；

m——試樣的質(zhì)量，單位千克（kg）；

?T——熱工質(zhì)中的溫升，單位攝氏度（°C）；

t——時(shí)間，單位秒（s）。

6.5.6注意事項(xiàng)

6.5.6.1采用量熱法測(cè)量損耗，不僅熱工質(zhì)吸收熱量外，而且被測(cè)件、隔熱容器內(nèi)筒、溫度計(jì)和磁子

等都吸收熱量，且各自的吸熱情況不一樣，各種因素非常復(fù)雜，單純采用熱工質(zhì)的比熱容計(jì)算損耗會(huì)導(dǎo)

致較大的測(cè)量誤差。推薦定標(biāo)量熱法和比對(duì)量熱法。

6.5.6.2應(yīng)采用必要措施使熱工質(zhì)和試樣熱平衡。

6.5.6.3繞組損耗應(yīng)扣除。

6.5.7具體測(cè)試方法

6.5.7.1定標(biāo)量熱法

定標(biāo)量熱法針對(duì)量熱法比熱容難以確定的問(wèn)題，在與測(cè)量環(huán)境相同的工況下，定標(biāo)電阻器代替被測(cè)

試樣作為參考熱源，測(cè)量定標(biāo)電阻在已知直流功率下的發(fā)熱導(dǎo)致的熱工質(zhì)的溫升，改變功率重復(fù)實(shí)驗(yàn)，

獲得功率與溫升的曲線并采用線性擬合得到擬合系數(shù)。然后測(cè)量所需激勵(lì)的試樣磁心損耗在熱工質(zhì)中發(fā)

熱引起的溫升得到磁心損耗。測(cè)量原理如圖8所示。功率與溫升的函數(shù)關(guān)系見公式（30）。建議每次測(cè)