中国计量院磁性测量实验室在2023年参加的HEFMAG硅钢磁性测量国际比对中取得优异结果,实现国际等效。本次国际比对是近十年来国际上最最重要的一次电工钢磁性测量国际比对,是频率范围最宽、测量方法标准覆盖最全的一次电工钢磁性测量国际比对,很好反映了世界各国电工钢磁性测量技术的最新进展。
电工钢,也称为硅钢,它是一种具有优越磁性能的特殊功能材料,广泛应用于变压器、电机、电抗器和磁放大器等领域。磁性能是电工钢牌号划分的最重要参数,也是电工钢贸易结算的依据。由于电工钢在交流磁化下会产生不可忽略的损耗,导致电能的损失。随着器件小型化及电机转速提高,研发和应用更低损耗和更高磁感的高性能电工钢,不断提高使用频率,已成为变压器和电机能效提升、促进绿色低碳发展的重要举措。
为了提高能源效率,要求不断改进测量方法和测量装置以准确测量电工钢的损耗,将磁性测量要求的磁极化强度峰值、频率和温度范围扩展到现有IEC标准规定的测量范围之外,并提高磁性能测量准确性。因此,欧洲计量组织EUROMET于2020年启动了高效能量转化电工钢磁性计量项目(HEFMAG)项目,开展高性能电工钢磁性计量研究。
2023年,欧洲计量组织EUROMET按计划举行了电工钢磁性测量国际比对,主导实验室为捷克计量院(CMI)。本次国际比对是近十年来国际上最新的一次电工钢磁性测量国际比对,也是频率范围最宽、测量方法标准覆盖最全的一次电工钢磁性测量国际比对,很好反映了世界各国电工钢磁性测量技术的最新进展。
1、主导实验室和参加实验
本次国际比对主导实验室为捷克计量院(CMI),中国计量院(NIM)参加了本次电工钢磁性测量国际比对。本次国际比对的参加实验室包括磁性测量主要的国家计量院、著名电机研究机构、磁测仪器制造商以及电工钢生产商,参加单位情况见下表。
表 参加实验室
类别 |
参加实验室 |
国别 |
主导实验室,国家计量院 |
捷克计量院(CMI) |
捷克 |
国家计量院 |
意大利计量院(INRIM) |
意大利 |
德国计量院(PTB) |
德国 |
|
英国计量院(NPL) |
英国 |
|
中国计量院(NIM) |
中国 |
|
电机研究单位 |
英国诺丁汉大学(UNOTT) |
英国 |
磁测仪器制造商 |
德国玛格力磁电公司(MPS) |
德国 |
电工钢生产商 |
中国宝钢(Baosteel) |
中国 |
蒂森克虏伯公司(TK) |
德国,法国 |
2、传递样品和比对方案
本次电工钢磁性测量国际比对的样品传递方案采用两个环形传递。
本次电工钢磁性测量国际比对,包括爱泼斯坦方圈法、单片磁导计法,对应的电工钢磁性测量方法IEC标准为:
- IEC60404-2, Magnetic materials - Part 2: Methods of measurement of the magneticproperties of electrical steel sheet and strip by means of an Epstein frame
- IEC60404-3, Magnetic materials - Part 3: Methods of measurement of the magnetic properties of electrical steel strip and sheet by means of a single sheet tester
- IEC60404-10, Magnetic materials - Part 10: Methods of measurement of magnetic properties of electrical steel strip and sheet at medium frequencies
与IEC标准对应的国家标准分别为:
GB/T 3655 用爱泼斯坦方圈测量电工钢带(片)磁性能的方法
GB/T 13789 用单片测试仪测量电工钢带(片)磁性能的方法
GB/T 10129 电工钢带(片)中频磁性能测量方法
本次电工钢磁性测量国际比对,测量频率涵盖了现有标准的全部频率范围,从工频50Hz到标准规定的最高频率上限10kHz,磁极化强度峰值最大值为1.8T,测量温度为室温。
本次国际比对的电工钢样品包括爱泼斯坦方圈样品(5付)、单片硅钢样品(5片)。样品的材质包括晶粒取向电工钢、晶粒无取向电工钢、磁畴细化取向电工钢。包括厚度0.2mm和0.3mm高性能无取向电工钢,以及厚度0.18mm、0.2mm和0.3mm高性能取向电工钢。
图1 爱泼斯坦方圈样品
图2 单片硅钢样品
3、样品的测量
对于方圈样品,无取向电工钢的最高测量频率为10kHz,取向电工钢的最高测量频率为1kHz。除了包括比总损耗常见的P1.5和P1.7,本次国际比对在取向电工钢样品上增加了P1.8。对应测量方法标准IEC60404-2,IEC60404-10。
对于单片样品,测量频率除了常用的工频50Hz外,还增加了频率为100Hz下的比对内容。对应测量方法标准IEC60404-3。
样品的测量点具体见下表。
- 比对结果
本次国际比对报告已经发布,比对结果已在2023年IEEE-EUROCON HEFMAG会议上报告。
本次电工钢磁性测量国际比对,中国计量院(NIM)取得了好的结果,获得国际等效,测量结果与国际平均值保持一致。
图一为无取向电工钢样品不同频率下的比对结果。图二为取向电工钢样品不同频率下的比对结果。红色圆圈代表中国计量院(NIM)的测量结果,接近国际平均值xref。
图3 无取向电工钢比对结果:(左)P1.5/50,(右)P1.5/400
图4 取向电工钢比对结果:(左)P1.8/50,(右)P1.0/1000
本次国际比对,反映了中国计量院近些年在电工钢磁性测量技术的进步,如数字波形反馈技术、同步采样技术、低功率因素损耗测量技术、数字补偿技术和宽频大功率励磁技术等。
本次国际比对结果充分验证了我国电工钢爱泼斯坦方圈法、单片磁导计法磁性测量结果持续保持国际先进水平,有效支撑我国电工钢磁性测量的国际测量与校准能力(CMC)。
本次国际比对也将满足我国高性能电工钢制造和新能源汽车等领域对于电工钢磁性准确测量的需求,推动节能减排和绿色低碳发展。
文:龚文杰,联系电话:18611316275