电工钢广泛应用于变压器、电机、发电机等领域,其具有低损耗和高磁通密度等特性。电工钢的磁特性参数与材料价格和能源转化效率直接相关,是材料生产、产品设计和贸易的最重要参数。因此,电工钢磁特性参数的准确测量显得尤为重要。工业上,测量电工钢磁特性参数主要有两种标准方法:爱泼斯坦方圈法和单片磁导计法。其中,爱泼斯坦方圈法是判定电工钢牌号的主要标准方法,应用最为广泛,影响范围最大;而单片磁导计法虽然操作简单,但主要用于判定激光刻痕取向电工钢产品的牌号。
基于此重要性,国际上组织了多次电工钢测量的国际比对,中国计量科学研究院作为多边比对的一方参加了比对,取得了很好的一致性。
一、方圈法和单片法电工钢测量国际比对
主要任务:基于国际标准IEC60404-2,IEC60404-3,采用方圈法和单片法测量电工钢磁特性参数的国际比对。
- 严格按照IEC60404-3(1992),比对单片法比总损耗的测量复现性。
- 更新20年前人们对方圈法分散性(复现性)的知识,特别是高性能取向电工钢。
- 提供方圈法和单片法测量结果之间关系的新数据。
传递样品
本次比对的传递样品为:5副取向爱泼斯坦方圈样品,5片取向单片样品,材料包括高磁感样品和激光刻痕样品。测量频率为20Hz~100Hz。
参加实验室
比对参加实验室包括NIM、NPL、INRIM三个国家计量院,以及法国TKES、德国TKES,德国Brockhaus,瑞典ABB,美国AK steel,中国宝钢,中国武钢等七家电工钢制造商、电工钢用户、磁测仪制造商,如下表所示。
实验室 |
国别 |
实验室性质 |
INRIM(主导实验室) |
意大利 |
国家计量院 |
PTB |
德国 |
国家计量院 |
NPL |
英国 |
国家计量院 |
NIM |
中国 |
国家计量院 |
ThyssenKrupp Electrical Steel |
法国 |
电工钢制造商 |
ThyssenKrupp Electrical Steel |
德国 |
电工钢制造商 |
Brockhaus |
德国 |
磁测仪制造商 |
ABB |
瑞典 |
电工钢用户 |
AK steel |
美国 |
电工钢制造商 |
宝钢 |
中国 |
电工钢制造商 |
武钢 |
中国 |
电工钢制造商 |
图(电工钢)单片样品和方圈样品的国际比对结果
Fig.Results of the Round Robin Test on SST and Epstein HGO samples.
图比总损耗的分散性:单片法和方圈法
Fig. Dispersion of Ps: SST and Epstein methods
比对结果
本次比对结果显示,方圈法和单片法的比总损耗相对标准偏差均在1%以内,对于高性能电工钢,也具有非常好的复现性。当限定为更严格的国家计量实验室后,测量结果的分散性变得更好。
比对结论
通过本次比对,中国计量科学研究院取得了很好的国际一致性,尤其对于高性能取向电工钢,比总损耗的测量结果与国际平均值的偏差在0.3%以内。本次比对,对于确保我国电工钢磁性能量值的国际等效性,提升电工钢磁特性测量水平,具有重要意义。
此外,本次比对结果,还对总结单片法与方圈法之间的关系,提供了新的、统计性的数据支撑。在此基础上,结合以往开展的研究,形成了IEC技术报告IEC/TR62981-2017《Studies and comparisons of magnetic measurements on grainorientedelectrical sheet steel determined by the Single Sheet Test method andEpstein test method》,对于未来形成基于单片法的取向电工钢典型牌号的技术指标,具有积极意义。
图IEC/TR62981-2017(不同牌号)单片法与方圈法的关系
Fig. Relationship between SST and Epstein methods