1J50W磁性材料在旋转变压器中的应用分析

张艳丽

(中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海 200233)



1J50W磁性材料在旋转变压器中的应用分析

张艳丽

(中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海 200233)

小型中磁密旋转变压器的铁心材料通常选用DG41，但因其易生锈，环境适应性差，且对环境有一定污染性，迫切需要选择不易生锈的软磁材料代替DG41。文章以20机座号旋转变压器为代表，对1J50W材料在旋转变压器中的应用进行了分析。

磁性材料；1J50W；旋转变压器

0 引 言

小型中磁密旋转变压器的磁性材料，通常选用高硅DG41，其优点是性能稳定、合格率高、磁密范围宽。但由于小型中磁密旋转变压器大多尺寸小、气隙小，定子内孔、转子外圆不能喷涂环氧铁红进行保护，产品易生锈，环境适应性差。同时，从环保角度考虑，DG41材料也逐步退出使用，因此，选择何种不易生锈的软磁材料代替DG41对于小型中磁密旋转变压器来讲是迫切需要解决的问题。本文以20机座号旋转变压器为代表，对1J50W材料在旋转变压器中的应用进行分析。

1 旋转变压器的原理

旋转变压器由定、转子两部分构成，定子激磁，通过电磁感应，转子方输出两相与定子机械转角分别按正、余弦函数变化信号。其基本方程：

(1)

(2)

(3)

式中：US1S3为定子绕组的激磁电压；UR1R3(UR2R4)为转子绕组的输出电压；K为变压比；θ为电气角。

旋转变压器绕组原理图如图1所示，结构图如图2所示。

图1 绕组原理图图2 旋转变压器结构图

2 基本电磁性能

旋转变压器常用的坡莫合金材料中1JH3、1J79磁性材料为低磁密范围使用，1J50为适用于中磁场的坡莫合金材料，其硬度较小，工艺要求高。1J50W材料的磁性能与1J50相当，其主要特点是硬度比1J50高，但不如DG41，其工艺敏感性要比1J50好得多，因此，工艺要求要比1J50低。此外，1J50W材料具有不易生锈的优点，能够适应交变湿热和盐雾环境。

各种磁性材料的优、缺点对比情况如表1所示。

表1 磁性材料对比

DG41 0.2冲片材料的性能如表2所示。

厂家提供的1J50W 0.2冲片材料经热处理后，经直流电磁性能测量所能达到的性能指标见表3，参照执行标准为GB3657、GBn198—88、GB/T15001—94。1J50W的正名为Ni50W2TiAl，其化学成分如表4所示。

表2 DG41的主要电磁性能

表3 1J50W的电磁性能

经热处理及氧化膜处理之后测得的1J50W 0.2性能如下：μ1=5.75×10-3H/m，μm=6.18×10-3H/m，Bc=1.42 T ，Hc=5.01 A/m。

表4 1J50W的化学成分

3 1J50W材料的应用分析

本文对分别采用1J50W和DG41作为铁心材料的20机座号旋转变压器进行性能对比分析。两种不同铁心材料的旋转变压器结构参数与电磁参数相同，定、转子槽数为Zs/Zr=16/12，激磁电压26 V，电源频率为400 Hz，基本设计参数如表5所示。

表5 基本设计参数

3.1 电性能分析

分别将10台采用DG41和采用1J50W冲片材料的产品试验数据进行对比分析。图3为相位移的对比曲线，由图可看出1J50W铁心材料的旋转变压器(以下简称1J50W旋转变压器)相位移平均10.84°左右，较DG41铁心材料的旋转变压器(以下简称DG41旋转变压器)相位移平均值11.56°略小。图4为开路输出阻抗对比曲线，图5为短路输出阻抗对比曲线，图6为开路输入阻抗对比曲线，由3个对比曲线图可以看出1J50W旋转变压器较DG41旋转变压器开路输出阻抗大9.2%.短路输出阻抗大3%，开路输入阻抗大9.1 %。

图7为变压比对比曲线，两种材料的旋转变压器变压比相差约0.01，可以忽略。

图8为零位电压对比曲线，由于1J50W硬度较DG41软，1J50W旋转变压器的零位电压在31 mV到53 mV之间，较DG41旋转变压器零位电压在21 mV到33 mV之间大，为降低零位电压，应进一步研究优化1J50W材料的加工工艺。

图9为交轴误差曲线，两种材料的交轴误差均在2′至7′之间。

图3 相位移对比曲线图4 开路输出阻抗对比曲线

图5 短路输出阻抗对比曲线图6 开路输入阻抗对比曲线

图7 变压比对比曲线图8 零位电压对比曲线

图9 交轴误差对比曲线

3.2 变压试验分析

使激磁电压在5.2 V至52 V之间变化，研究此时变压比、铁心磁密及谐波失真度之间的变化趋势。变压比随激磁电压变化对比如图10所示，输出电压波形失真度随磁密变化对比如图11所示。

图10 变压比随激磁电压变化对比图11 输出电压波形失真度随磁密变化对比

可以看出，激磁电压由5.2 V升至52 V，变压比变化不大，且1J50W较DG41变化略小，此时铁心磁负荷由0.128 T升至1.155 T，说明1J50W磁负荷能力强，可以代替DG41。

输出电压的波形失真度随激磁电压增大而增大(激磁电源波形失真度为0.20%)，如果要求失真度在1%范围，则铁心磁负荷最好在0.5 T之内。由图11可得出结论，不论采用何种软磁材料，要想输出电压波形失真度小，则铁心磁负荷愈低愈好。

失真度偏大对产品精度不利，为了减低磁负荷，可以适当的增大气隙，提高有效匝数。

20号机座旋转变压器的最佳激磁电压范围是U≤12 V，在此范围，其性能指标良好，对使用十分有利。

4 结 语

从磁性能分析和实验数据对比分析表明，采用1J50W作为小型中密度旋转变压冲片材料，可以满足产品电气性能。但由于1J50W硬度较DG41软，1J50W旋转变压器的零位电压较DG41旋转变压器零位电压大，为降低零位电压，应进一步研究优化1J50W材料的加工工艺。

[1] 吴彪.新型软磁合金实用磁特性曲线手册[M].上海：电子工业部第二十一研究所,1997.

Analysis of 1J50W Material Used in Resolver

ZHANGYan-li

(No.21 Research Institute of CETC, Shanghai 200233, China)

DG41 material is usually used for core material of reslovers which are small size and medium magnetic density.But DG41 material is rusty and pollutional, and a rustless soft magnetic material is required to substitute DG41.The application of 1J50W material used in resolvers was analysed in this paper.

magnetical material; 1J50W; resolver

2016-01-06

TM383.2

A

1004-7018(2016)07-0091-02