【国家标准(GB)】 用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的方法

ICS77.040.99
中华人民共和国国家标准
GB/T3655—2008/IEC60404-2:1996代替GB/T3655—2000
用爱泼斯坦方圈测量电工钢片（带）磁性能的方法
Methods of measurement of the magnetic properties of electrical steel sheetand strip by means of an Epstein frame(IEC60404-2:1996,IDT）
2008-10-10发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2009-05-01实施
GB/T3655-—2008/IEC60404-2:1996前言
规范性引用文件
交流测量的通则
比总损耗的测量步骤
磁极化强度峰值、磁场强度有效值、磁场强度峰值、比视在功率的测定，直流测量的通则
直流磁极化强度的测定
8测试报告·
附录A（资料性附录）
附录B（资料性附录）
次级感应电压正弦波形的数字控制方法波形因数修正
附录C（资料性附录）剪切试样引人的内应力对爱泼斯坦方圈法测量结果的影响..9
GB/T3655-—2008/IEC60404-2：1996本标准等同采用IEC60404-2：1996《磁性材料第2部分：用爱泼斯坦方圈测量电工钢片（带）磁性能的方法》（英文版），主要内容和结构与IEC60404-2：1996一致。为了便于使用，本标准做了下列编辑性的修改：“本部分”（指IEC60404第2部分）一词改为“本标准”；一用小数点“.”代替作为小数点的逗号“，”；删除国际标准的前言；
一规范性引用文件按对应的国家标准作了变更；一重新编排图片的位置；
一测试报告增加了部分内容；
一增加附录A、附录B和附录C。
本标准代替GB/T3655一2000《用爱泼斯坦法测量电工钢片（带）磁性能的方法》。本标准与GB/T3655—2000相比，主要内容变化如下：一一原3.5对电压和频率的要求由“应保持恒定在士0.1%之内”改为“士0.2%”；一取消原第8章；
替换原附录A和附录C；
-修改原附录B。
本标准的附录A、附录B和附录C均为资料性附录。本标准由中国钢铁工业协会提出。本标准由全国钢标准化技术委员会归口。本标准起草单位：宝山钢铁股份有限公司、武汉钢铁(集团)公司、冶金工业信息标准研究院。本标准主要起草人：胡志远、周星、李和平、冯超、任翠英、姚腊红、刘其中。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：-GB/T3655—1992、GB/T3655-2000。I
1范围
GB/T3655—2008/IEC60404-2：1996用爱泼斯坦方圈测量电工钢片（带）磁性能的方法
本标准适用于晶粒取向和晶粒无取向电工钢片（带）频率上限为400Hz的交流磁性能的测量及直流磁性能的测量。
本标准的目的是明确用爱泼斯坦方圈测量电工钢片(带)磁性能的通则和技术细节。爱泼斯坦方圈适用于测量由各级别电工钢片（带）制取的试样。其交流磁性能的测定是在给定的磁极化强度峰值(或磁场强度的峰值)和给定的频率及正弦感应电压的情况下进行的。测量在环境温度23℃士5℃下进行，测试前试样应先退磁。更高频率下的测量应根据GB/T10129的规定进行。注：本标准所使用的“磁极化强度”，在其他相关标准中，有使用“磁通密度”和“磁感应强度”的情况。在常规的测量条件下，上述不同定义的物理量之间的量值差别可以忽略。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T3102.5—1993电学和磁学的量和单位（neqISO31-5：1992，Quantitiesandunits—Part5：Electricity andmagnetism)
GB/T10129—1988电工钢片（带）中频磁性能测量方法（neqIEC60404-101988，Magneticmaterials--Part 1o: Methods of measurement of magnetic properties of magnetic steel sheet and strip atmediumfrequencies)
GB/T19289电工钢片（带）的密度、电阻率和叠装系数的测量方法（GB/T19289一2003，IEC60404-13:1995, Magnetic materials-Part 13: Methods of measurement of density,resistivity and stacking factor of electrical steel sheet and strip,MOD)IEC60404-4：2000软磁材料第4部分：软磁材料直流磁性能的测量方法IEC60404-3：1982单片电工钢片带磁性能测量方法3交流测量的通则
3.125cm爱泼斯坦方圈法的原理
25cm爱泼斯坦方圈由初级线圈、次级线圈和作为铁芯的试样组成，它形成一个空载的变压器，其交流特性按照以下描述的方法进行测量。3.2试样
试样的样片用双搭接接头方式（见图1)装成一个方框，并形成长度和横截面积都相等的四束。图1双搭接方式
GB/T3655—2008/IEC60404-2:1996样片应按照相关的产品标准要求制取。样片应使用不产生明显边缘毛刺的方法剪切，如果有要求，应根据相关的产品标准进行热处理。样片应具有以下尺寸：
—宽度：b=30mm士0.2mm；
长度：280mm≤l≤320mm。
样片长度的公差为士0.5mm。
当要沿轧制方向或垂直该方向剪切样片时，应以母板的轧制方向为参考。对于规定方向和实际剪切方向之间的角度，应满足下面的公差：-对于晶粒取向电工钢片为士1°；对于晶粒无取向电工钢片为士5。样片应平直。测量应在无附加绝缘的情况下进行。组成试样的样片数应是4的倍数，并且符合相关的产品标准规定。对于长度为280mm的试样，试样的有效质量至少为240g，按公式(1)计算。3.325cm爱泼斯坦方圈
25cm爱泼斯坦方圈（以下简称爱泼斯坦方圈）由四个线圈组成，构成试样的样片插人其中（见图2)。爱泼斯坦方圈应包含一个用于空气磁通补偿的互感线圈。支撑线圈的绕组骨架由硬的绝缘材料制成，如酚醛树脂纸板。绕组骨架具有矩形横截面，其内部宽度为32mm。推荐高度约为10mm。线圈安装在一个绝缘的无磁性的底板上，形成一个方框（见图2）。由样片的内缘形成的正方形边长为220±。mm（见图2）。
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图2标准25cm爱泼斯坦方圈
4个线圈中的每一个都应有2个绕组：初级绕组，外层（磁化绕组）；次级绕组，内层（感应电压绕组）。注：在这些绕组之间可以加一层静电屏蔽。绕组应该均匀分布在至少190mm的长度上，每个线圈的匝数应为总线圈匝数的四分之一。4个线圈的各初级绕组应串联，各次级绕组也应串联。初级和次级线圈的匝数应与电源、测量仪器2
和频率的特定条件匹配。
注：常规使用的线圈总匝数推荐为700匝或1000匝。GB/T3655-—2008/IEC60404-2：1996为了尽可能降低绕组阻抗的影响，方圈的结构应满足以下要求：≤1. 25×10-*
≤2.5×10-9H
式中：
初级线圈的电阻，单位为欧姆（Q)；次级线圈的电阻，单位为欧姆(2)；初级线圈的电感，单位为亨利（H)；次级线圈的电感，单位为亨利（H)；初级线圈的匝数；
次级线圈的匝数。
注：例如，有下列特性的绕组满足上述条件：总匝数：N=700，N2=700
5×10-6m
≤2.5×10-9H
初级绕组（外层）：四个线圈各用标称截面积约为1.8mm2的双股铜线并排密绕三层，计175匝；次级绕组（内层）：四个线圈各用标称截面积为0.8mm2的单股铜线绕一层，计175匝。磁回路有效磁路长度lm，按约定取0.94m。因此，有效质量ma，即待测试样的磁性有效质量，按公式(1)计算：
式中：此内容来自标准下载网
试样的有效质量，单位为千克（kg）；m
m———试样的总体质量,单位为千克(kg);1试样条片长度，单位为米（m）；4m
lm—约定的有效磁路长度，单位为米（m)(lm=0.94m）。3.4空气磁通补偿
（1）
空气磁通补偿的互感线圈放置在4个线圈所围空间的中心，其轴线垂直于4个线圈轴线构成的平面。互感线圈的初级绕组应与爱泼斯坦方圈的初级绕组串联，互感线圈的次级绕组应与爱泼斯坦方圈的次级绕组反方向串联（见图3）。H
空气磁通补偿的互感线圈。
图3功率表法的电路原理图
GB/T3655—2008/IEC60404-2：1996互感值应按以下方式调节，当爱泼斯坦方圈中无试样时，在初级绕组中通一交流电流，使在次级绕组非公共端间测量的电压不大于爱泼斯坦方圈次级绕组本身电压的0.1%。这样，在串联次级绕组中感应电压整流后的平均值正比于试样中磁极化强度的峰值。3.5电源
电源应具有低内阻和高度稳定的电压和频率。在测量时，电压和频率应保持恒定在士0.2%之内。对于比总损耗、比视在功率和磁场强度的有效值测量，次级电压的波形因数应该为1.111士1%。注：可以用几个方式达到要求，例如使用一个电子控制的电源或负反馈电源放大器。次级电压的波形因数是其有效值与整流平均值之比。附录A描述了次级感应电压正弦波形的数字控制方法。需要用两个电压表来测量次级电压的波形因数，-个用于测量次级电压的有效值，一个用来测量次级电压整流后的平均值。
注：次级感应电压的波形宜用一个示波器来检验，以确保只存在基波分量。3.6电压测定
爱泼斯坦方圈次级电压的测量应使用具有内阻不小于1000α/V的电压表测量。3.6.1平均值电压表
应使用具有整流后平均值测量准确度为士0.2%或更好的电压表。注：优先使用的仪表是数字电压表。3.6.2有效值电压表
应使用具有有效值测量准确度为士0.2%或更好的电压表。注：优先使用的仪表是数字电压表。3.6.3峰值电压表
应使用具有峰值测量准确度为士0.2%或更好的电压表。3.7频率测量
应使用具有准确度为士0.1%或更好的频率计。3.8功率表
应使用在实际功率因数和波形因数下准确度为士0.5%或更好的功率表。功率表电压回路的直流电阻至少应为其电抗的5000倍，除非功率表对其电抗进行了补偿。如果在电路里包括电流测量仪表，在调节次级电压和测量损耗时，该仪表应短路。4比总损耗的测量步骤
4.1测量的准备
爱泼斯坦方圈和测量设备应按图3连接。称量试样，称量误差在士0.1%以内。称量后，样片应在拐角处按双搭接方式叠放在爱泼斯坦方圈中，在方圈的每一分支中样片的数目相同，使所形成的内缘正方形边长为220±。mm。当样片按半数是平行于轧制方向和半数是垂直于轧制方向剪切时，轧制方向剪切的条片应插入方圈的两个相对的分支里，而那些垂直于轧制方向剪切的样片插入另外两个分支里。应注意确保在搭接部分片与片之间的空气间隙尽可能小。允许在每个搭接角处垂直于样片的搭接面施加一个大约1N的力。待测试样应在一个初始磁场高于先前测试磁场的退磁场下，逐渐降低交流磁场进行退磁。4.2电源的调节
电源的输出应缓慢增加，同时观察初级回路的电流表，确保功率表电流回路不过载，直到爱泼斯坦方圈次级电压整流后的平均值IU,I达到预定值。IU2I预定值由所要求的磁极化强度值通过式(2)计算：
(U,I = 4fN2 R,+R
...........
式中：
U.I—是次级线圈感应电压的平均值，单位为伏特(V)；f
是频率，单位为赫兹（Hz)；
N2-是次级线圈的匝数；
R;一一是次级回路仪表的总电阻值，单位为欧姆(α)；R，—是次级绕组和互感的串联电阻，单位为欧姆（α)；A一—是试样的横截面积，单位为平方米（m\）；1
一是磁极化强度的峰值，单位为特斯拉（T）。试样的横截面积应按公式(3)计算：A
式中：
A一一试样的横截面积，单位为平方米（m）；m———试样的总质量，单位为千克(kg）；1—试样的样片长度，单位为米（m）；GB/T3655—2008/IEC60404-2：1996（3）
Pm———试样材料密度的约定值，或采用按照GB/T19289方法的测定值，单位为千克每立方米（kg/m）。4.3功率的测量
初级回路的电流表应短路，必要时重新调节次级电压。应根据3.5的内容测定次级电压的波形因数，然后记录功率表的读数。
4.4比总损耗的计算
功率表测量的功率P包含了次级回路中仪表的损耗。因此，试样的总损耗功率Pc应按公式（4）计算：
(1.111 |Uz/)2
式中：
Pc—计算出的试样损耗功率，单位为瓦特(W)；N,—初级线圈的匝数；
N2—次级线圈的匝数；
Pm—功率表测量的功率，单位为瓦特(W)；|U2|次级整流电压的平均值，单位为伏特(V)；R：一次级回路仪表的总电阻，单位为欧姆（0），测量的比总损耗P.按式(5)计算，Pc除以试样的有效质量m。P, = Pc = Pe4l
式中：
P,-试样的比总损耗，单位为瓦每千克（W/kg)；Pc一一计算出的试样总损耗，单位为瓦特(W)；m。试样的有效质量，单位为千克(kg）；l试样的样片长度，单位为米(m)；m
试样的总质量，单位为于克（kg）；-约定的有效磁路长度，单位为米（m）。4.5比总损耗测量的再现性
（4）
（5）
使用本章叙述的方法所得到结果的再现性用相对标准偏差表示，在磁极化强度不大于1.7T时，晶5
GB/T3655-2008/IEC60404-2:1996粒取向电工钢的测量和不大于1.5T时，晶粒无取向电工钢的测量均为1.5%。对于较高磁极化强度下的测量，预计其相对标准偏差将增大。磁极化强度峰值、磁场强度有效值、磁场强度峰值、比视在功率的测定5
本章叙述了以下特性的测定方法：一磁极化强度峰值了；
—磁场强度有效值H;
-磁场强度峰值H；
比视在功率Ss。
5.1试样
试样要求与3.2一致。
5.2测量
5.2.1磁极化强度的峰值j
磁极化强度的峰值应按照第4章叙述的内容，以测量的次级电压整流后的平均值按公式(2)计算得到。5.2.2磁场强度的有效值
磁场强度的有效值应由图4所示回路中的有效值电流表测量的电流有效值计算得出。另一种方法应使用一个典型值为0.1Q～12，准确度为0.1%的精密电阻，接人电路取代电流表，再按照3.6的要求，用一只能测量有效值的电压表测量这个电阻上产生的电压。频率应按需求值设置。根据公式(2)调节爱泼斯坦方圈的次级电压，使磁极化强度的峰值达到设定值。测量并记录电流的有效值。磁场强度的有效值应按公式(6)计算得出：H=i
式中：
H-磁场强度的有效值,单位为安培每米(A/m);N1——初级线圈的匝数；
I1—励磁电流的有效值，单位为安培（A)；lm——有效磁路长度，单位为米（m)(lm=0.94m）。M一空气磁通补偿的互感线圈。
图4测量磁化电流有效值的电路原理图5.2.3磁场强度的峰值
·（6）
磁场强度的峰值应由励磁电流的峰值I得出，它是用图5所示的峰值电压表，通过测量一个准确6
GB/T3655—2008/IEC60404-2:1996度为0.1%的已知阻值的精密电阻R上的电压降计算得到。对于这个测量，次级电压的波形因数允许超过规定值（见3.5）。
磁场强度的峰值应按式(7)计算：Ni
式中：
H-—磁场强度的峰值,单位为安培每米(A/m)；Ni——初级线圈的匝数；
,——励磁电流的峰值(,-号)
),单位为安培(A)；
lm—有效磁路长度，单位为米（m）（m=0.94m）)。M-
空气磁通补偿的互感线圈。
图5用峰值电压表测量磁场强度峰值的电路原理图·（7）
另一种励磁电流I,的峰值的测定方法，电路如图6所示，应通过测量准确度为0.5%的互感器MD次级绕组电压整流后的平均值得出。互感器的初级绕组与爱泼斯坦方圈的初级绕组串联。使用这种方法应确保（如通过观察示波器的波形)该互感器次级绕组的电压波形中，每个周期不应出现两个以上的过零。电压表可以用测量爱泼斯坦方圈次级电压的同一电压表。用这种方法，磁场强度的峰值应按式(7a)计算：
式中：
H = 4fMpla
H—磁场强度的峰值,单位为安培每米(A/m);Ni
初级线圈的匝数；
频率，单位为赫兹（Hz）；
Im—有效磁路长度，单位为米（m)（l=0.94m）；Mp
图6所示电路中的互感器的互感值，单位为亨利(H)；次级回路的电阻，单位为欧姆（2）；平均值电压表的内阻，单位为欧姆(2)；-Mp互感器的次级绕组感应电压整流后的平均值，单位为伏特（V)。5.2.4比视在功率
（7a）
对于设定的磁极化强度和频率值，测量相应的励磁电流（见5.2.2)和爱泼斯坦方圈次级电压的有效值。电压有效值的测量应使用符合3.6要求的电压表，在爱泼斯坦方圈的次级绕组的两端测得。7
GB/T3655—2008/IEC60404-2:1996Mp
M-—空气磁通补偿的互感线圈。图6用互感器Mp测量磁场强度峰值的电路原理图比视在功率由式(8)给出：
S. = 10, N = i,0, N
式中：
S。-—比视在功率，单位为瓦每千克（W/kg)；N.—初级线圈的匝数；
N2次级线圈的匝数；
i,-—励磁电流的有效值,单位为安培(A)；U,-—次级线圈电压的有效值,单位为伏特(V);1一一试样的样片长度，单位为米(m)；m
试样的总质量，单位为千克（kg）；lm——有效磁路长度，单位为米（m)(=0.94m）；m。
试样的有效质量，单位为千克（kg）。5.3再现性
（8）
使用本章叙述的方法所得到结果的再现性基本上取决于使用的测量仪表的准确度和对测量设备物理细节的关注程度。当所用仪表的准确度为土0.5%或更好时，测量结果的再现性用相对标准偏差表示，约为2%，而比视在功率的再现性用相对标准偏差表示，在2%（对低于磁化曲线膝点的磁极化强度值)到7%(对于接近饱和的磁极化强度值)之间。6直流测量的通则
6.125cm爱泼斯坦方圈法的原理
25cm爱泼斯坦方圈由初级线圈、次级线圈和作为铁芯的试样组成，它形成一个空载的变压器，其直流特性按照以下描述的方法进行测量。6.2试样
试样与3.2要求一致。
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