ICS 77.040.99 CCS H 21
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T3658—2022 代替GB/T3658—2008
软磁金属材料和粉末冶金材料 20 Hz～100 kHz 频率范围磁性能的
环形试样测量方法
Methods of measurement of the magnetic properties of magnetically soft metallic andpowdermaterialsat frequencies in therange20Hzto1o0kHz
bytheuseof ring specimens
(IEC 60404-6:2018,Magnetic materials-
Part 6 :Methods of measurement of the magnetic properties of magnetically soft metallic and powder materials at frequencies in the range 20 Hz to 100 kHz by
the use of ring specimens, MOD)
2022-10-12发布
2022-10-12实施
国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会
发布 GB/T3658—2022
目 次
前言 1 范围
I
规范性引用文件术语和定义测量通则 4.1 环形试样方法原理 4.2 试样 4.3 绕组温度测量 6 测定相对幅值磁导率和交流磁化曲线 6.1 概述 6.2 设备和连接 6.3 次级电压和磁化电流的波形 6.4 磁性能测定 ....
2 3
4
5
6.4.1 磁场强度峰值的测定 6.4.2 磁通密度峰值的测定 6.4.3 有效幅值磁导率和相对幅值磁导率的测定 6.4.4 磁化曲线的测定用功率表法测量比总损耗 7.1 测量原理 7.2电压测量 7.2.1 平均电压表 7.2.2有效值电压表 7.3功率测量 7.4 比总损耗的测量程序 7.5 比总损耗的测定 8再现性 9测试报告附录A（资料性）本文件与IEC60404-6：2018技术差异及其原因附录B（资料性） 磁性测量设备校准方案附录C（资料性） 为使附加损耗降至最低而对绕组和所用仪器的要求附录D（资料性）用于磁性能测定和空气磁通补偿的数字采样技术附录E（资料性） 正弦波形的数字控制法：参考文献
7
.
-
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14
15 19 20
. GB/T3658—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件代替GB/T3658—2008《软磁材料交流磁性能环形试样的测量方法》，与GB/T3658—2008 相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：
a）材料范围增加了电工钢（见第1章)； b）频率范围由20Hz～20kHz变更为20Hz～100kHz(见第1章，6.1,2008年版的第1章，5.1)； c)1 修改了各类电压表和功率表的技术要求（见6.2、7.2、7.3，2008年版的5.2.1、6.1.1、6.1.2、
6.1.3); d）删除了用数字阻抗电桥测量磁性能和用数字方法测量磁性能（见2008年版的第7章、第8章）。 本文件修改采用IEC60404-6：2018《磁性材料第6部分：软磁金属材料和粉末冶金材料20Hz~
100kHz频率范围磁性能的环形试样测量方法》。
本文件与IEC60404-6：2018相比做了下述结构调整：
增加了附录A；增加了附录B；附录C对应IEC60404-6：2018中的附录A；
—附录D对应IEC60404-6:2018中的附录B；一附录E对应IEC60404-6：2018中的附录C。 本文件与IEC60404-6：2018相比，存在较多技术差异，在所涉及的条款的外侧页边空白位置用垂
直单线（I)进行了标示。这些技术差异及其原因一览表见附录A。
本文件做了下列编辑性修改：
为与现有标准协调，将标准名称改为《软磁金属材料和粉末冶金材料20Hz～100kHz频率范围磁性能的环形试样测量方法》；增加了注（见6.1、7.1、第8章、D.2)；
——删除了IEC60404-6:2018中7.2.1的注1；
增加了附录B(资料性)磁性测量设备校准方案。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国钢铁工业协会提出。 本文件由全国钢标准化技术委员会（SAC/TC183)归口。 本文件起草单位：宝山钢铁股份有限公司、长沙天恒测控技术有限公司、衡阳市金则利特种合金股
份有限公司、冶金工业信息标准研究院、湖南省计量检测研究院、重庆望变电气（集团股份有限公司。
本文件主要起草人：唐灵、周新华、王玉婕、沈杰、徐光辉、邹学良、邹红、徐昱、刘宝石、周星、贺超、 田浩。
本文件于1983年首次发布，1990年第一次修订，2008年第二次修订时，将GB/T5026一1985《软磁合金振幅磁导率测量方法》并人，本次为第三次修订。
I GB/T3658—2022
软磁金属材料和粉末冶金材料 20Hz~100kHz频率范围磁性能的
环形试样测量方法
1范围
本文件规定了除铁氧体以外的软磁材料在20Hz100kHz频率范围的交流磁性能测试方法。本文件涉及的材料包括电工钢、铸件和软磁复合材料、GB/T21220中列出的特殊合金以及GB/T24296 中列出的压制、烧结和金属注射成形的元件。
本文件旨在明确用环形试样测试软磁材料磁性能的通则和技术细节。对于粉末状材料，通过适当挤压的方法制成环形试样。
软磁材料的直流磁性能的环形试样测量方法见GB/T13012；软磁元件的磁特性测定见 GB/T28869.1。
通常在（23士5）℃的环境温度下检测，测试前环形试样先退磁。经供需双方协商后，检测也能在其他温度范围内进行。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T2900.60电工术语电磁学[GB/T2900.60—2002，eqvIEC60050(121)：1998] GB/T3655用爱泼斯坦方圈测量电工钢带（片）磁性能的方法（GB/T3655一2022，IEC60404-2：
1996,MOD)
GB/T9637电工术语磁性材料与元件[GB/T9637—2001，eqvIEC60050（221)：1990]
3术语和定义
GB/T2900.60和GB/T9637界定的术语和定义适用于本文件。
一
4测量通则
4.1环形试样方法原理
通过环形试样构建的闭合磁路和绕在其上的两个绕组形成一个空载的变压器进行测量。 注：磁性测量设备校准方案见附录B。
4.2试样
试样应为横截面为矩形的环形试样，可通过以下任意方式制取： a）薄带或线材绕成时钟弹簧型的铁芯；
1 GB/T 3658—2022
b）冲压、激光切割、线切割或光化学蚀刻成环样后叠片； c）粉末压制并烧结、金属注射成形、3D打印或铸造，对于粉末材料，如果通过金属注射成形或压制（可能需要加热）制作成环形试样，应按照材料生产方
的建议进行，以达到粉末材料的最佳磁性能，
所有类型的试样宜去除毛刺和锐边后再进行热处理。宜将试样装在可拆成两部分的非导磁的环形盒子内。盒子尺寸应与试样精密配合，避免对试样的材料产生应力。
环形试样的外径与内径之比应不大于1.4，宜小于1.25，以确保试样充分均匀地磁化。 对于固体和粉末压制材料，应采用合适的并经过校准的量具测量试样的尺寸，即环形试样的外径、
内径以及高度，量具的准确度应为士0.02mm或更优。相关尺寸应在试样的不同位置测量并计算平均值得到。试样的横截面积应按式（1)计算：
(D-d),
A=
(1)
2
式中： A—试样的横截面积，单位为平方米（m）； D—试样的外径，单位为米(m)； d 试样的内径，单位为米（m）； h 试样的高度，单位为米（m）。 对叠片或绕制铁芯环形试样，应由质量、密度和环样内外径计算得到试样的横截面积。应采用合适
的并经过校准的仪器称量试样，称量准确度应为士0.1%或更优，密度应为由生产方提供的材料约定密度。横截面积应按式（2)计算：
2m πp(D +d)
A :
..(2)
式中： m - 试样的质量，单位为千克（kg）；
材料的密度，单位为千克每立方来（kg/m"）。
0
对于磁场强度计算所需的试样有效磁路长度按式（3)确定：
1m=元 (D+d)
(3)
2
式中： l.—试样的有效磁路长度，单位为米(m）。 注：根据GB/T28869.1中的描述，测量软磁材料器件，需用到铁芯有效横截面积和有效磁路长度。试样外径与内
径之比越大，材料测量和器件测量之间的偏差就越大。 若需测定比总损耗，应采用合适的并经过校准的天平称量试样。
4.3绕组
试样上绕有一初级绕组和一次级绕组（见附录C）。 绕组的匝数取决于所使用的测量设备和方法。次级绕组应紧密地绕在试样上，以减小绕组下空气
间隙的影响。所有绕组应均匀地绕在试样的整个周长上。
对于频率高于工频的测量，应注意避免电容和其他效应相关的影响。见附录C。 应注意确保在绕线过程中不要损坏电线的绝缘，避免绕线与试样短路。应采用合适的绝缘电阻测
量仪进行电气检查，确保绕组与试样之间绝缘性能良好。
5温度测量
当对试样的表面温度有要求时，应在试样上黏附一个校准过的非磁性热电偶（如T型热电偶）进行
2 GB/T3658—2022
测量。如果试样封装在环形盒内，应在不损伤试样的情况下，在盒子上制一个孔，使热电偶与磁芯材料牢固接触。若无法打孔，则应将热电偶黏附在环形盒上，并在测试报告中说明。热电偶应与合适的经过校准的数字电压表连接，测量其输出电压，通过热电偶对照表得出相应的温度。
如果磁化后发现试样的温度随时间变化，应在达到供需双方商定的温度或时间后进行磁性能的测量。如果要在高温下测量，应将试样置入烘箱，并在要求的温度下进行，
一个次要的、较小的与时间相关的磁弛豫效应也能影响磁性能。对于本文件涉及的材料类型，该效应通常被温度变化所掩盖。但是，如果该磁弛豫效应变得明显，宜将试样在给定的磁通密度或磁场强度下保持一段预定的时间后进行最终的测量。
6测定相对幅值磁导率和交流磁化曲线
6.1概述
本文件涉及的环形试样测量方法通常在20Hz100kHz的频率范围使用，更高的使用频率将受限于所用仪器的性能。
如果有合适的、经过校准的仪器，且仔细绕线以减小绕组间电容，则频率上限可达到1MHz（见附录C)。 6.2 2设备和连接
设备应按图1的电路进行连接。
4
Y
标引符号说明：
电源（通常是一个振荡信号发生器和功率放大器）；
Hz 频率计； N; 初级绕组；
次级绕组；
N2 OSC 示波器； V,
平均值电压表；
Vz 有效值电压表；
电流表。
A
图1测装置电路示意图
测量正弦电流时，磁化绕组N1宜串联一个无感精密电阻，确保磁化电路电阻至少大于10倍的试样磁化绕组N，的阻抗。
在测量过程中，交流电源的输出端电压和频率的各自偏差不应超过设定值的士0.2%，频率计的准确度以士0.1%或更优为宜。交流电源应与个在测量频率范围内准确度为士0.2%或更优的无感精密电阻及试样的磁化绕组N1串联，电阻两端连接一只高输入阻抗（通常大于1MQ)准确度为士0.5%或更优的有效值或峰值电压表，用于测量磁化电流。
次级电路包括两个与次级绕组N2并联的电压表。其中一个电压表（V2）测量有效值，另一个电压表（V,)测量整流后的平均值，也可按照1.111倍换算得到。应使用高输人阻抗（通常大于1MQ)准确度为士0.5%或更优的电压表。
3 GB/T3658—2022
次级绕组N2感应的次级电压的波形宜用示波器确认，保证只含有基波成分。 注1：采用数字采样技术测定相对幅值磁导率和磁化曲线，注2：数字采样技术的应用见附录D。
6.3次级电压和磁化电流的波形
为了获得可比较的测量值，测量前应明确选择次级感应电压或磁化电流保持为正弦波，即波形系数为1.111，在相对允差士1%内。对保持磁化电流为正弦波的情况，需要在磁化电路中串联一个无感精密电阻。
注1：次级感应电压和磁化电流的波形测量采用数字采样技术，见附录D。 无感精密电阻的时间常数要低，以确保波形在规定的范围内。 无感精密电阻可以是用于测量磁化电流的同一电阻。 注2：正弦波形的控制通过数字方式实现（见附录E) 在频率为20Hz～100kHz的范围内，次级感应电压的波形系数通过与次级绕组连接的两个具有
高阻抗（并联5pF～20pF时的典型值大于1MαQ)的电压表测定。应用其中一个电压表测量电压的有效值，用另一个测量次级电压整流后的平均值。然后，波形系数由有效值与平均值的比率确定。
为获得最佳的功率传输，可能需要优化初级绕组的匝数，使其与电源的输出阻抗相匹配。匹配性由式（4)确定：
Z=jwL
(4)
式中： Z———电源的输出阻抗，单位为欧姆(Q)； i一-复数符号； w-—电源的输出角频率，单位为弧度每秒(rad/s)； L—环形试样的初级绕组的有效电感，单位为亨利(H)。 由式(5)计算得出：
NApopr
L=
(5)
Im
式中： N, 初级绕组的匝数； A
试样的横截面积，单位为平方米（m"）；磁性常数，单位为亨利每米（H/m），μ。=4元×10-7H/m；相对幅值磁导率；试样的有效磁路长度，单位为米（m）。
μo μr Im 如果相对磁导率未知，可按照6.4.1和6.4.2对磁场强度和磁通密度进行初步测定，再按照6.4.3计
算相对磁导率。 6.4 磁性能测定 6.4.1磁场强度峰值的测定
测量所需的磁场强度峰值由式(6)计算：
A-Ni
...(6)
Im
式中： H-—磁场强度峰值，单位为安培每米(A/m); 4