微型電流互感器常用鐵芯材料的性能分析與應(yīng)用

摘 要：微型電流互感器作為信號(hào)源器件，廣泛應(yīng)用于電力計(jì)量各種裝置中，其性能的優(yōu)劣直接影響計(jì)量的準(zhǔn)確性。微型電流互感器目前常用的三種鐵芯材料有硅鋼、超微晶、坡莫合金，鐵芯材料的性能直接影響微型電流互感器的傳變特性，通過(guò)分析可知坡莫合金鐵芯材料的微型電流互感器優(yōu)于超微晶及硅鋼材料。

關(guān)鍵詞：微型電流互感器；鐵芯材料；比差；角差

引言

計(jì)量用微型電流互感器作為信號(hào)源器件，廣泛應(yīng)用于電力計(jì)量各種裝置中，其性能的優(yōu)劣直接影響計(jì)量的準(zhǔn)確性，也直接影響電力儀器儀表的測(cè)量精度[1]。而鐵芯材料又是決定微型電流互感器精度的關(guān)鍵所在。微型電流互感器目前常用的三種鐵芯材料有硅鋼鐵芯、超微晶鐵芯、坡莫合金鐵芯，材料特性及應(yīng)用在此做一個(gè)詳細(xì)的分析，供工程技術(shù)人員參考。

1 微型電流互感器傳變特性的誤差分析

微型電流互感器的傳變特性用角差f與比差δ來(lái)衡量的，依據(jù)文獻(xiàn)[2]有其中：I1分別為一次線圈電流、？漬為鐵芯損耗角、α為二次負(fù)載的阻抗角、N1為一次線圈的匝數(shù)、I0為鐵芯中的激磁電流。

由上式中可以看出，微型電流互感器的誤差主要是由提供磁通的勵(lì)磁電流產(chǎn)生，而勵(lì)磁電流主要決定因數(shù)是鐵芯材料的性能。

2 微型電流互感器常用鐵芯材料的性能分析

2.1 硅鋼鐵芯材料的性能

硅鋼鐵芯材料飽和磁密度Bs/T在2.1T左右[3]，矩形比Br/BS較低，初始磁導(dǎo)率μi在1K左右，最大磁導(dǎo)率μm在40K左右，矯玩力HC為30A/m，鐵芯損耗PFe為50HZ/1.7T-10 mW/cm3，密度d為7.65 g/cm3。硅鋼鐵芯材料價(jià)格低廉，適用于微型電流互感器，精度一般不超0.5級(jí)[4]，精度再高就難于實(shí)現(xiàn)了。

2.2 超微晶鐵芯的性能

超微晶鐵芯材料飽和磁密度Bs/T在1.23T左右，矩形比在Br/BS低中高，初始磁導(dǎo)率μi在3M左右，最大磁導(dǎo)率μm在4M左右，矯玩力HC為064A/m，鐵芯損耗PFe為20kHZ0.5T-140mW/cm3、40kHZ0.3T-180mW/cm3、100kHZ0.3T-900mW/cm3，密度d為7.25g/ cm3。超微晶鐵芯材料價(jià)格較硅鋼貴些，適用于微型電流互感器，精度可達(dá)到0.2級(jí)。

2.3 坡莫合金鐵芯材料的性能

坡莫合金鐵芯材料飽和磁密度Bs/T在1.6T左右，矩形比Br/BS在低中高，初始磁導(dǎo)率μi在3M左右，最大磁導(dǎo)率μm在4M左右，矯玩力HC為064A/m，鐵芯損耗PFe為10kHZ0.5T-270mW/cm3，密度d為8.25g/cm3。坡莫合金鐵芯材料價(jià)格較超微晶更貴些，適用于微型電流互感器，精度可達(dá)到0.1級(jí)。

3 微型電流互感器常用鐵芯材料的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 微型電流互感器的設(shè)計(jì)制作及測(cè)試

在廣東省智能電力測(cè)控儀表工程技術(shù)研發(fā)中心廣東雅達(dá)電子股份有限公司設(shè)計(jì)制作了3種鐵芯材料（硅鋼鐵芯尺寸10*15*10（mm）、超微晶鐵芯尺寸為9.5*13*5（mm）、坡莫合金鐵芯尺寸9.5*13*5（mm））單匝穿芯式單鐵芯結(jié)構(gòu)微型電流互感器各3個(gè)并進(jìn)行測(cè)試，變比5A/2.5mA，次級(jí)匝數(shù)設(shè)計(jì)為2000T。設(shè)備廠家/型號(hào)/名稱：沈陽(yáng)中川/HESE/互感器校驗(yàn)裝置一套，精度為0.005級(jí)，試驗(yàn)線路圖見(jiàn)圖1，測(cè)試環(huán)境25℃，41%RH。三種材料各抽樣3個(gè)進(jìn)行測(cè)試，在電流互感器一次側(cè)依次施加（0.25A、1A、2.5A、5A、6A）標(biāo)準(zhǔn)正弦波電流信號(hào)[5]，負(fù)載均為20Ω，測(cè)量微型電流互感器的比差和角差，各取1個(gè)樣品的數(shù)據(jù)來(lái)分析。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

三種鐵芯微型電流互感器比差和角差的試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

參照電流互感器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1208-2006，從表1數(shù)據(jù)可以分析得出硅鋼鐵芯精度準(zhǔn)確級(jí)達(dá)到1級(jí)、超微晶鐵芯精度準(zhǔn)確級(jí)接近達(dá)到0.2級(jí)，坡莫合金鐵芯精度準(zhǔn)確級(jí)達(dá)到0.1級(jí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

微型電流互感器目前常用的三種鐵芯材料硅鋼鐵芯、超微晶鐵芯、坡莫合金鐵芯中，通過(guò)分析可以看出坡莫合金鐵芯電流互感器的性能指標(biāo)是最優(yōu)的。根據(jù)能滿足工程需要的前提下，結(jié)合生產(chǎn)成本，綜合考慮選用鐵芯材料。

參考文獻(xiàn)

[1]李春來(lái)，湯曉宇，羅坤明.計(jì)量用電流互感器在3種鐵心條件下傳變特性的試驗(yàn)與分析[J].儀表技術(shù)與傳感器，2015（4）：104-106.

[2]張振洪，趙有俊.高精度零磁通電流傳感器的研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2009（10）：52-54.

[3]楊玉剛.現(xiàn)代電子電力的磁技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006：115-136.

[4]中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)，全國(guó)互感器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB1208-2006.電流互感器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[5]李春來(lái)，湯曉宇，羅坤明.0.1級(jí)超微晶微型電流互感器的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2015（7）：52-53+60.