電流互感器交流資料

1、電流互感器交流資料電流互感器交流資料 第一章 互感器基本原理和應(yīng)用一、電流互感器原理二、CT/PT在表計中的應(yīng)用方式一、電流互感器原理 電流互感器起到變流和電氣隔離作用。便于二次儀表測量需要轉(zhuǎn)換為比較統(tǒng)一的電流，避免直接測量線路的危險。 電流互感器是升壓（降流）變壓器，它是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護等二次設(shè)備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，電流互感器將高電流按比例轉(zhuǎn)換成低電流，電流互感器一次側(cè)接在一次系統(tǒng)，二次側(cè)接測量儀表、繼電保護等。 電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，

2、二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的二次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。1 1、概念、概念磁動勢平衡方程式磁動勢平衡方程式 1221NNII2121NNUU1I2I1U2U2 2、主要參數(shù)、性能、主要參數(shù)、性能電流誤差（比差 ）：互感器在測量電流時所出現(xiàn)的數(shù)值誤差。i相位差（角差 ）：一次電流與二次電流矢量的相位差。矢量方向是以理想電流互 感器的相位差為零來決定的。若二次電流矢量超前一次電流矢量時，相位差為 正值。 通常以分（）或厘弧度（crad）表示。i極性：電流互感器的極性為減極性，即當一次線圈的

3、電流從 “L1”端流入時，在二次線圈中的電流從“K1”端流入 外部回路（如右圖所示）；式中I2為實際二次電流( 有效值) , Z2為二次回路總阻抗, LC為鐵芯的平均磁路長度, f 為頻率, Ac 為鐵芯有效截面積, N2n為額定二次匝數(shù), (IN)1 為一次安匝,為二次阻抗(包括二次繞組和二次繞組外部回路阻抗) 角,為鐵芯磁導(dǎo)率,為鐵芯損耗角。 由以上兩式可以看出: 互感器的誤差與鐵芯的平均磁路長度Lc 成正比, 而后者又取決于窗口截面積SQ , 所以在確定導(dǎo)線及絕緣的情況下,應(yīng)力求減小SQ。鐵芯磁導(dǎo)率與誤差成反比, 即在其他參數(shù)不變的條件下, 越高, 誤差就越小; 而鐵芯損耗角增加, 電流

4、誤差將增加,但相位差將減小, 直到(+) 超過90時, 相位差變?yōu)樨撝怠７粗?若鐵芯損耗角減小,電流誤差也減小, 則相位差增加。誤差還與鐵芯有效截面積AC 成反比, 適當增加AC, 可減小鐵芯工作磁密, 從而降低勵磁電流I0 , 減小誤差。工頻絕緣強度：工頻絕緣強度： 電流互感器二次繞組接地，在一次繞組與二次繞組間施加額定工頻耐受電壓為3kV（方均根值），當指明按類防護絕緣要求時，工頻耐受電壓為4kV（方均根值）；持續(xù)1 min,漏電流設(shè)為1 mA。用耐壓試驗儀進行測量，電流互感器無擊穿。匝間絕緣強度：匝間絕緣強度： 將電流互感器二次繞組開路，一次繞組通以額定頻率的額定電流并維持一分鐘，互感器

5、內(nèi)匝間絕緣無損壞。絕緣電阻：絕緣電阻： 電流互感器一次繞組對二次繞組及對地之間的絕緣電阻應(yīng)大于500M/1000M； 互感器取樣電路互感器取樣電路電路如圖所示，T1為電壓互感器。其變比為Ku=N1/N2（N1： 原邊線圈匝數(shù)，N2：副邊線圈匝數(shù)），副邊電壓uxu（t）/Ki。 要注意的是電壓互感器的副邊所接負載的阻抗應(yīng)該很大，使之接近于空載或空載的狀態(tài)下工作，否則將產(chǎn)生很大的誤差，另外，電壓互感器的副邊絕對不允許短路，若短路將燒毀電壓互感器。T2為電流互感器。其變比為 Ki=N2/N1 ， 副邊電流iy（t）i（t）/Ki。 電流互感器副邊應(yīng)在接近短路或短路狀態(tài)下工作，所以所接負載電阻應(yīng)很小，

6、相當于短路。特別要注意的是，電流互感器副邊不能開路，若開路，副邊電壓將產(chǎn)生很高的電壓，可能高達數(shù)千伏，將擊穿絕緣或燒毀電路。二、二、CT/PTCT/PT在表計中的應(yīng)用方式在表計中的應(yīng)用方式上圖中T1T2都是電流互感器。電阻R1的阻抗遠大于電流互感器的激磁感抗，電流 副邊電壓 ，這個電路的電流iu（t）將稍微滯后于電壓u（t），因此應(yīng)作超前補償。,)()(1Rtutiu)(tKuuxV-I-V型 第二章 鐵芯材料一、金屬材料的分類二、磁性材料的基本特性及分類三、非晶、納米晶軟磁材料四、磁芯（鐵芯）的概念及分類五、非晶、納米晶磁芯的特性六、非晶、納米晶磁芯的應(yīng)用一、金屬材料的分類一、金屬材料的分類

7、可以根據(jù)好多種原則對材料進行分類,既可以從材料的應(yīng)用領(lǐng)域分類,也可以根據(jù)材料的性能, 結(jié)構(gòu), 成分等其它方面進行分類： 結(jié)構(gòu)材料是以力學(xué)性能為基礎(chǔ)，以制造受力構(gòu)件所用材料，當然，結(jié)構(gòu)材料對物理或化學(xué)性能也有一定要求，如光澤、熱導(dǎo)率、抗輻照、抗腐蝕、抗氧化等。 功能材料是指那些具有優(yōu)良的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、力學(xué)、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)功能，特殊的物理、化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)，能完成功能相互轉(zhuǎn)化，主要用來制造各種功能元器件而被廣泛應(yīng)用于各類高科技領(lǐng)域的高新技術(shù)材料。二、磁性材料的基本特性及其分類二、磁性材料的基本特性及其分類磁性材料的基本特性磁性材料的基本特性 磁性材料的特性有許多種，這里介紹的是最基

8、本的特性。居里溫度居里溫度TcTc： 鐵磁物質(zhì)的磁化強度隨溫度升高而下降，達到某一溫度時，自發(fā)磁化消失，轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕撆R界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。所有的磁性材料都要工作在居里溫度以下。磁場，磁場強度磁場，磁場強度H H運動電荷的周圍，普通磁體的周圍及電流周圍的空間具有的特殊的物理性能，這個空間叫磁場磁場。磁場記為H，磁場的大小稱磁場強度磁場強度，磁場單位為奧斯特（Oe）或安/米（A/m）。1奧斯特（Oe）= 79.58 安/米（A/m）。磁力磁力磁體相互作用的力，或磁體對其它物體的作用力叫磁力。 異性磁極吸引，同性磁極相排斥。磁能磁能磁體在磁場作用下具有的能量。如磁鐵

9、吸引鐵等物質(zhì)或者電線通電時產(chǎn)生的自感現(xiàn)象等均為磁能的表現(xiàn)。磁極磁極磁體的兩端叫磁極，分為N極和S極。地球就是一個巨大的永磁體,也具有磁性，磁針指北的一端叫北極，記為N極。指南的一端叫南極，記為S極。磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度B B：鐵磁性物質(zhì)在外磁場作用下所感生的磁性。記為B。計量單位為高斯（G)）或特斯拉（T）。10000（G）=1（T）。起始磁化曲線起始磁化曲線: :是磁場單調(diào)增加時所得到的H-B曲線。磁滯回線磁滯回線: :是磁場在正負兩個方向往復(fù)變化時所得到的一個閉和的H-B曲線。起始磁化曲線和磁滯回線是所有磁性材料的最基本的特性。磁致伸縮系數(shù)磁致伸縮系數(shù): : 磁性材料在外磁場作用下,材料體

10、積的變化量。磁滯回線圖磁性材料分類磁性材料分類根據(jù)材料矯頑力的大小來區(qū)分: 永（硬）磁材料 矯頑力( 100A/m) 半永（硬）磁材料 矯頑力(10-100A/m) 軟磁材料 矯頑力( 10A/m)金屬軟磁材料的最主要特性金屬軟磁材料的最主要特性 軟磁材料除具有磁性材料所共有的基本特性外,還有軟磁材料所特有的一些特性。這些特性又可分為直流特性和交流特性兩種:當磁化電流為直流時，所測材料的磁性為直流特性。當磁化電流為交流時，所測材料的磁性為交流特性。18 金屬軟磁材料的常用磁性能參數(shù)金屬軟磁材料的常用磁性能參數(shù) 飽和磁感應(yīng)強度飽和磁感應(yīng)強度Bs:Bs:磁化場最大時的B,B,對于軟磁材料來說,當H

11、=800A/m（10 Oe）時,既認為材料已經(jīng)飽和。其大小取決于材料的成分，它所對應(yīng)的物理狀態(tài)是材料內(nèi)部的磁化矢量整齊排列。剩余磁感應(yīng)強度剩余磁感應(yīng)強度Br:Br:是磁滯回線上的特征參數(shù)，為H回到0時的B值。矩形比：矩形比：BrBs 矯頑力矯頑力Hc:Hc:是磁滯回線上的特征參數(shù)，為B回到0時的H值。是表示材料退磁化難易程度的量，取決于材料的成分及結(jié)構(gòu)缺陷（雜質(zhì)、應(yīng)力等）及制備工藝等。磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率:是磁滯回線上任何點所對應(yīng)的B與H的比值。19初始磁導(dǎo)率初始磁導(dǎo)率0 :0 :磁化場接近零時的磁導(dǎo)率。對于高0 材料來說，0 0 為磁化場為0.08A/m（1/1000 Oe）時的值。對于鐵基非晶材料

12、來說，0 0 為磁化場為0.8A/m（1/100 Oe）時的值。 最大磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率m m ：在磁化曲線上，各個點的磁導(dǎo)率不同。當某點的磁導(dǎo)率最大時，此磁導(dǎo)率為最大磁導(dǎo)率磁滯損耗：磁滯損耗：由磁性材料中的磁滯所引起的損耗。降低磁滯損耗的方法是降低材料的矯頑力。渦流損耗：渦流損耗：由磁性材料中的渦流效應(yīng)所引起的損耗。降低渦流損耗 的方法是減薄磁性材料的厚度及提高材料的電阻率。金屬磁性材料又可以按照其晶體的結(jié)構(gòu)分類金屬磁性材料又可以按照其晶體的結(jié)構(gòu)分類根據(jù)原子排列方式把物質(zhì)劃分為兩類：晶體晶體 物質(zhì)里面的原子排列是整齊有序的叫做晶體。非晶體非晶體物質(zhì)的原子排列是混亂的叫做非晶體（也稱謂“無序材料

13、”，”玻璃態(tài)材料“等。其特點是短程有序而長程無序）。金屬納米晶屬于晶體,但是它的晶粒尺寸為納米級,約10-20納米,所以稱為納米晶。而一般的金屬晶體材料的晶粒尺寸比納米要大的多。晶晶 體體非非 晶晶納米晶納米晶22三、非晶、納米晶軟磁材料三、非晶、納米晶軟磁材料非晶材料的獲得非晶材料的獲得通常情況下，金屬及合金在從液態(tài)凝固成固體時，原子總是從液體的混亂排列轉(zhuǎn)變成整齊的排列，即成為晶體。如果金屬或合金的凝固速度非常快（例如用每秒高達一百萬度的冷卻速率），原子來不及整齊排列便被凍結(jié)住了，最終的原子排列方式類似于液體，是混亂無序的，這就是非晶合金（又稱為金屬玻璃)。 冶煉爐 (A), 中間包 (B)

14、, 冷卻輥 (C), 厚度和寬度檢測 (D1,D2), 卷帶 (E). 23由于不同的物質(zhì)形成非晶所需要的冷卻速度大不相同。單一金屬需要每秒高達一億度以上的冷卻速度才能形成非晶態(tài)。實際生產(chǎn)中難以達到如此高的冷卻速度，普通的單一的金屬難以制成非晶。為了獲得非晶態(tài)的金屬，一般將金屬與其它物質(zhì)混合形成合金。合金具有兩個重要性質(zhì)：合金具有兩個重要性質(zhì)：1、合金的熔點遠低于純金屬，例如FeSibB合金的熔點一般為1200度以下，而純鐵的熔點為1538度；2、由于原子的種類多了，合金在液態(tài)時它們的原子更加難以移動，在冷卻時更加難以整齊排列，也就是說更加容易被“凍結(jié)”成非晶。有了上面的兩個條件，合金才可能比

15、較容易地形成非晶。目前所有的非晶合金都是兩種或更多種元素組成的合金，如Fe-Si-B，F(xiàn)e-Ni-P-B等。 25非晶、納米晶軟磁材料的分類非晶、納米晶軟磁材料的分類1 1、鐵基非晶合金、鐵基非晶合金 1K101-1K1061K101-1K1062、鐵基、鐵基納米晶納米晶( (超微晶超微晶) ) 合金合金 1K1071K1073 3、鈷基非晶合金、鈷基非晶合金 1K201-1K206 1K201-1K206 4 4、鐵鎳基非晶合金、鐵鎳基非晶合金 1K501-1K5021K501-1K502 26鐵基非晶合金鐵基非晶合金(1K101-1K106)(1K101-1K106)鐵基非晶合金鐵基非晶合

16、金1K1011K101：分子式：分子式 Fe78 Si9 B13.Fe78 Si9 B13. (Fe：91.72 wt % Si：5.32 wt% B：2.96 wt%) 性能特點：性能特點：在幾乎所有的非晶合金材料中具有最高的飽和磁感應(yīng)強度，同時具有高Br、低矯頑力、低損耗（相當于硅鋼的1/3-1/5）、低激磁電流和良好的溫度穩(wěn)定性和時效穩(wěn)定性。 應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：主要用于替代硅鋼片，作為各種形式、不同功率的工頻中頻變壓器、配電變壓器，工作頻率從50Hz到10kHz；作為大功率開關(guān)電源電抗器鐵心材料，使用頻率可達 20kHz。 鐵基非晶合金的物理性能（國標牌號鐵基非晶合金的物理性能（國標牌

17、號1K1011K101）飽和磁感應(yīng)強度Bs1.56T硬度Hv 960kg/mm2 居里溫度Tc 410C 密度d 7.18g/cm3 晶化溫度Tx 550C 電阻率 130-cm 飽和磁致伸縮系數(shù)s 2710-6 27 鐵基非晶合金經(jīng)過縱向磁場退火后的磁滯回線 28鈷基非晶合金鈷基非晶合金(1K201-1K206)(1K201-1K206)鈷基非晶合金：鈷基非晶合金：由鈷和硅、硼等組成。由于含鈷它們價格較貴。性能特點：性能特點：在所有的非晶合金中具有最高的導(dǎo)磁率,低矯頑力、低損耗、優(yōu)異的耐磨性和耐蝕性，良好的溫度穩(wěn)定性和時效穩(wěn)定性，耐沖擊振動。具有較低的飽和磁感應(yīng)強度。應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：替代

18、坡莫合金和鐵氧體，作為開關(guān)電源中的高頻變壓器、濾波電感、磁放大器等鐵芯，使用頻率可達到200kHz以上。同時可應(yīng)用于ISDN隔離變壓器鐵芯及共模電感鐵芯、超級市場及圖書館防盜系統(tǒng)傳感器和音頻視頻磁頭鐵芯等。 鈷基非晶帶材的物理性能（國標牌號鈷基非晶帶材的物理性能（國標牌號1K2011K201、1K2021K202） 飽和磁感應(yīng)強度Bs0.50.8T 硬度Hv 960kg/mm2居里溫度Tc 320C 密度d 8g/cm3 晶化溫度Tx 520C 電阻率130-cm 飽和磁致伸縮系數(shù)s 5*10-5居里溫度360 C 密度7.7g/cm3晶化溫度470 C 連續(xù)工作溫度-40110 C 初始導(dǎo)磁

19、率300031鐵鎳基非晶合金經(jīng)過退火后的磁滯回線鐵鎳基非晶合金經(jīng)過退火后的磁滯回線 32鐵基鐵基納米晶納米晶( (超微晶超微晶) ) 合金合金 (1K107)(1K107)鐵基納米晶合金：鐵基納米晶合金：分子式Fe73.5 Cu1 Nb3 Si13.5 B9。首先制成非晶帶材，然后經(jīng)過適當適當熱處理，形成微晶和非晶的混合組織。性能特點：性能特點：高飽和磁感應(yīng)強度、高導(dǎo)磁率、低矯頑力、低損耗及良好的穩(wěn)定性、耐磨性、耐蝕性，同時具有較低的價格，在所有的金屬軟磁材料中具有最佳的性能價格比。應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域：可用在高頻（20kHz100kHz）開關(guān)電源中的大中小功率的主變壓器、控制變壓器、濾波電感、

20、儲能電感、電抗器、磁放大器和飽和電抗器鐵芯、EMC濾波器共模電感和差模電感鐵芯、ISDN微型隔離變壓器鐵芯及互感器鐵芯等。 33 納米晶合金的物理性能納米晶合金的物理性能（國標牌號（國標牌號1K1071K107）飽和磁感應(yīng)強度Bs 1.25 T 飽和磁致伸縮系數(shù) 210-6 居里溫度Tc 560 密度d 7.2 g/cm3 晶化溫度Tx510 電阻率 130u-cm 硬度Hv 880kg/mm2 34 鐵基納米晶鐵基納米晶( (超微晶超微晶) )合金的磁性能合金的磁性能產(chǎn)品類型產(chǎn)品類型 橫向磁場退火橫向磁場退火 無磁場退火無磁場退火縱向磁場退火縱向磁場退火初始導(dǎo)磁率初始導(dǎo)磁率2104 8104

21、 10104 最大導(dǎo)磁率最大導(dǎo)磁率5104 4510450104剩余磁感應(yīng)強度剩余磁感應(yīng)強度0.85T矯頑力矯頑力1.8A/m0.8A/m1.8A/m鐵損鐵損P(20kHz,0.5T) P(20kHz,0.5T) 50W/kg25W/kg90W/kg鐵損變化率鐵損變化率(-55(-55125)125)15%15%15%35鐵基納米晶經(jīng)過退火后的磁滯回線鐵基納米晶經(jīng)過退火后的磁滯回線 鐵基納米晶的磁滯回線鐵基納米晶的磁滯回線36非晶合金的國家標準牌號非晶合金的國家標準牌號1K101-1K1061K101-1K106鐵基非晶合金鐵基非晶合金1K1071K107鐵基鐵基納米晶納米晶( (超微晶超微晶

22、) ) 合金合金 1K201-1K206 1K201-1K206 鈷基非晶合金鈷基非晶合金1K501-1K5021K501-1K502鐵鎳基非晶合金鐵鎳基非晶合金 鐵基超微晶合金與其它軟磁材料的特性對比鐵基超微晶合金與其它軟磁材料的特性對比 基本磁性參數(shù)基本磁性參數(shù) 鐵基超微晶合金鐵基超微晶合金 坡莫合金坡莫合金1J851J85鐵氧體鐵氧體 飽和磁感應(yīng)強度飽和磁感應(yīng)強度Bs(T) Bs(T) 1.250.750.5 飽和磁致伸縮系數(shù)飽和磁致伸縮系數(shù)( (1010-6-6) ) 224 電阻率電阻率( (-cm)-cm) 8056106 居里溫度居里溫度()() 57040080,00080,0

23、00 最大導(dǎo)磁率最大導(dǎo)磁率(Gs/Oe)(Gs/Oe)200,000600,00020,000 矯頑力矯頑力Hc(A/m)Hc(A/m)216 鐵損鐵損(20KHz,0.5T) (W/kg)(20KHz,0.5T) (W/kg)35不能用 鐵損鐵損(50KHz,0.3T) (W/kg)(50KHz,0.3T) (W/kg)60不能用磁芯（鐵芯）磁芯（鐵芯）軟磁材料制成的具有高起始導(dǎo)磁率、低損耗和磁性能穩(wěn)定等特點的構(gòu)件。四、磁芯（鐵芯）的概念及其分類磁芯的分類：磁芯的分類：1 1、硅鋼片磁芯、硅鋼片磁芯 硅鋼片是一種合金，在純鐵中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的鐵硅系合金稱為硅鋼。該類鐵

24、芯具有最高的飽和磁感應(yīng)強度值為20000Gs；由于它們具有較好的磁電性能，又易于大批生產(chǎn)，價格便宜，機械應(yīng)力影響小等優(yōu)點，在電力電子行業(yè)中獲得極為廣泛的應(yīng)用，如電力變壓器、配電變壓器、電流互感器等鐵芯。是軟磁材料中產(chǎn)量和使用量最大的材料。也是電源變壓器用磁性材料中用量最大的材料。特別是在低頻、大功率下最為適用。2 2、坡莫合金磁芯、坡莫合金磁芯 坡莫合金常指鐵鎳系合金，鎳含量在3090%范圍內(nèi)。是應(yīng)用非常廣泛的軟磁合金。通過適當?shù)墓に?，可以有效地控制磁性能，比如超過105的初始磁導(dǎo)率、超過106的最大磁導(dǎo)率、低到2奧斯特的矯頑力、接近1或接近0的矩形系數(shù)，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)的坡莫合金具有很好

25、的塑性，可以加工成1m的超薄帶及各種使用形態(tài)。常用的合金有1J50、1J79、1J85等。1J50 的飽和磁感應(yīng)強度比硅鋼稍低一些，但磁導(dǎo)率比硅鋼高幾十倍，鐵損也比硅鋼低23倍。做成較高頻率(4008000Hz)的變壓器，空載電流小，適合制作100W以下小型較高頻率變壓器。1J79 具有好的綜合性能，適用于高頻低電壓變壓器，漏電保護開關(guān)鐵芯、共模電感鐵芯及電流互感器鐵芯。1J85 的初始磁導(dǎo)率可達十萬105以上，適合于作弱信號的低頻或高頻輸入輸出變壓器、共模電感及高精度電流互感器等。3 3、非晶及納米晶軟磁合金磁芯、非晶及納米晶軟磁合金磁芯（Amorphous and Nanocrystall

26、ine alloys） 硅鋼和坡莫合金軟磁材料都是晶態(tài)材料，原子在三維空間做規(guī)則排列，形成周期性的點陣結(jié)構(gòu)，存在著晶粒、晶界、位錯、間隙原子、磁晶各向異性等缺陷，對軟磁性能不利。從磁性物理學(xué)上來說，原子不規(guī)則排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對獲得優(yōu)異軟磁性能是十分理想的。非晶態(tài)金屬與合金是70年代問世的一個新型材料領(lǐng)域。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等。由于它的性能優(yōu)異、工藝簡單，大量的非晶合金產(chǎn)品逐漸取代硅鋼和坡莫合金及鐵氧體涌向市場。五、非晶、納米晶磁芯的特性五、非晶、納米晶磁芯的特性特性特性1、高飽和點（Bs）可達到1.251.50T 2、高初導(dǎo)（0）可達