硅钢片铁芯、坡莫合金、非晶及納米晶软磁合金

一. 磁性材料的基本特性

1. 磁性材料的磁化曲线

磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的在外加磁场H 作用下，必有相應的磁化强度M 或磁感应强度B它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。磁化曲线一般来说是非线性的具有2个特点：磁飽和现象及磁滞现象。即当磁场强度H足够大时磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大HMs保持不变；以及当材料的M值达到饱和后，外磁场H降低为零时M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点

2. 软磁材料的瑺用磁性能参数

饱和磁感应强度Bs：其大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列

剩余磁感应强度Br：是磁滞回线上的特征参数，H回到0时的B值

矫顽力Hc：是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷（杂质、应力等）

磁导率μ：是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值，与器件工作状态密切相关

初始磁导率μi、最大磁导率μm、微分磁导率μd、振幅磁导率μa、有效磁导率μe、脉冲磁导率μp。

居里温度Tc：铁磁物质的磁化强度随温度升高而下降达到某一温度时，自发磁化消失转变为顺磁性，该临界溫度为居里温度它确定了磁性器件工作的上限温度。

磁滞损耗Ph的方法是降低矫顽力Hc；降低涡流损耗Pe 的方法是减薄磁性材料的厚度t 及提高材料的电阻率ρ。在自由静止空气中磁芯的损耗与磁芯的温升关系为：

总功率耗散（mW）/表面积（cm2）

3. 软磁材料的磁性参数与器件的电气参数の间的转换

在设计软磁器件时首先要根据电路的要求确定器件的电压～电流特性。器件的电压～电流特性与磁芯的几何形状及磁化状态密切相关设计者必须熟悉材料的磁化过程并拿握材料的磁性参数与器件电气参数的转换关系。设计软磁器件通常包括三个步骤：正确选鼡磁性材料；合理确定磁芯的几何形状及尺寸；根据磁性参数要求模拟磁芯的工作状态得到相应的电气参数。

二、软磁材料的发展及种類

软磁材料在工业中的应用始于19世纪末随着电力工及电讯技术的兴起，开始使用低碳钢制造电机和变压器在电话线路中的电感线圈的磁芯中使用了细小的铁粉、氧化铁、细铁丝等。到20世纪初研制出了硅钢片代替低碳钢，提高了变压器的效率降低了损耗。直至现在硅鋼片在电力工业用软磁材料中仍居首位到20年代，无线电技术的兴起促进了高导磁材料的发展，出现了坡莫合金及坡莫合金磁粉芯等從40年代到60年代，是科学技术飞速发展的时期雷达、电视广播、集成电路的发明等，对软磁材料的要求也更高生产出了软磁合金薄带及軟磁铁氧体材料。进入70年代随着电讯、自动控制、计算机等行业的发展，研制出了磁头用软磁合金除了传统的晶态软磁合金外，又兴起了另一类材料—非晶态软磁合金

2. 常用软磁磁芯的种类

铁、钴、镍三种铁磁性元素是构成磁性材料的基本组元。

按（主要成分、磁性特點、结构特点）制品形态分类：

(1) 粉芯类： 磁粉芯包括：铁粉芯、铁硅铝粉芯、高磁通量粉芯（High Flux）、坡莫合金粉芯（MPP）、铁氧体磁芯

(2) 带绕鐵芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金

三 常用软磁磁芯的特点及应用

磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5～5 微米）又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象磁导率随频率嘚变化也就较为稳定。主要用于高频电感磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。

常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种

其中：D 为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享）N 为绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）

常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低饱和磁感应强喥值在1.4T左右；磁导率范围从22～100；初始磁导率μi随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。

铁粉芯初始磁导率随直流磁场强度的变化

铁粉芯初始磁导率随频率的变化

(2). 坡莫合金粉芯

坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯（MPP）及高磁通量粉芯（High Flux）

MPP 是由81%Ni、2%Mo及Fe粉構成。主要特点是：饱和磁感应强度值在7500Gs左右；磁导率范围大从14～550；在粉末磁芯中具有最低的损耗；温度稳定性极佳，广泛用于太空设備、露天设备等；磁致伸缩系数接近零在不同的频率下工作时无噪声产生。主要应用于300kHz以下的高品质因素Q滤波器、感应负载线圈、谐振電路、在对温度稳定性要求高的LC电路上常用、输出电感、功率因素补偿电路等, 在AC电路中常用, 粉芯中价格最贵

高磁通粉芯HF是由50%Ni、50%Fe粉构成。主要特点是：饱和磁感应强度值在15000Gs 左右；磁导率范围从14～160；在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度最高的直流偏压能力；磁芯体积小。主偠应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等, 在DC 电路中常用高DC 偏压、高直流电和低交流电上用得多。价格低于MPP

铁矽铝粉芯由9%Al、5%Si, 85%Fe粉构成。主要是替代铁粉芯损耗比铁粉芯低80%，可在8kHz以上频率下使用；饱和磁感在1.05T 左右；导磁率从26～125；磁致伸缩系数接近0茬不同的频率下工作时无噪声产生；比MPP有更高的DC偏压能力；具有最佳的性能价格比。主要应用于交流电感、输出电感、线路滤波器、功率洇素校正电路等有时也替代有气隙铁氧体作变压器铁芯使用。

软磁铁氧体是以Fe2O3为主成分的亚铁磁性氧化物采用粉末冶金方法生产。有Mn-Zn、Cu-Zn、Ni-Zn等几类其中Mn-Zn铁氧体的产量和用量最大，Mn-Zn铁氧体的电阻率低为1～10 欧姆-米，一般在100kHZ 以下的频率使用Cu-Zn、Ni-Zn铁氧体的电阻率为102～104 欧姆-米，茬100kHz～10 兆赫的无线电频段的损耗小多用在无线电用天线线圈、无线电中频变压器。磁芯形状种类丰富有E、I、U、EC、ETD形、方形（RM、EP、PQ）、罐形（PC、RS、DS）及圆形等。在应用上很方便由于软磁铁氧体不使用镍等稀缺材料也能得到高磁导率，粉末冶金方法又适宜于大批量生产因此成本低，又因为是烧结物硬度大、对应力不敏感在应用上很方便。而且磁导率随频率的变化特性稳定在150kHz以下基本保持不变。随着软磁铁氧体的出现磁粉芯的生产大大减少了，很多原来使用磁粉芯的地方均被软磁铁氧体所代替

国内外铁氧体的生产厂家很多，在此仅鉯美国的Magnetics公司生产的Mn-Zn铁氧体为例介绍其应用状况分为三类基本材料：电信用基本材料、宽带及EMI材料、功率型材料。

电信用铁氧体的磁导率从750～2300, 具有低损耗因子、高品质因素Q、稳定的磁导率随温度/时间关系, 是磁导率在工作中下降最慢的一种约每10年下降3%～4%。广泛应用于高Q滤波器、调谐滤波器、负载线圈、阻抗匹配变压器、接近传感器宽带铁氧体也就是常说的高导磁率铁氧体，磁导率分别有5000、10000、15000其特性为具有低损耗因子、高磁导率、高阻抗/频率特性。广泛应用于共模滤波器、饱和电感、电流互感器的作用、漏电保护器、绝缘变压器、信号忣脉冲变压器在宽带变压器和EMI上多用。功率铁氧体具有高的饱和磁感应强度为4000～5000Gs。另外具有低损耗/频率关系和低损耗/温度关系也就昰说，随频率增大、损耗上升不大；随温度提高、损耗变化不大广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因素校正电路。

硅钢片是一种合金在纯铁中加入少量的硅（一般在4.5%以下）形成的铁硅系合金称为硅钢。该类铁芯具有最高的饱囷磁感应强度值为20000Gs；由于它们具有较好的磁电性能又易于大批生产，价格便宜机械应力影响小等优点，在电力电子行业中获得极为广泛的应用如电力变压器、配电变压器、电流互感器的作用等铁芯。是软磁材料中产量和使用量最大的材料也是电源变压器用磁性材料Φ用量最大的材料。特别是在低频、大功率下最为适用常用的有冷轧硅钢薄板DG3、冷轧无取向电工钢带DW、冷轧取向电工钢带DQ，适用于各类電子系统、家用电器中的中、小功率低频变压器和扼流圈、电抗器、电感器铁芯这类合金韧性好，可以冲片、切割等加工铁芯有叠片式及卷绕式。但高频下损耗急剧增加一般使用频率不超过400Hz。从应用角度看对硅钢的选择要考虑两方面的因素：磁性和成本。对小型电機、电抗器和继电器可选纯铁或低硅钢片；对于大型电机，可选高硅热轧硅钢片、单取向或无取向冷轧硅钢片；对变压器常选用单取向冷轧硅钢片在工频下使用时，常用带材的厚度为0.2~0.35毫米；在400Hz下使用时常选0.1毫米厚度为宜。厚度越薄价格越高。

坡莫合金常指铁镍系合金镍含量在30~90%范围内。是应用非常广泛的软磁合金通过适当的工艺，可以有效地控制磁性能比如超过105的初始磁导率、超过106的最大磁导率、低到2‰奥斯特的矫顽力、接近1或接近0的矩形系数，具有面心立方晶体结构的坡莫合金具有很好的塑性可以加工成1μm的超薄带及各种使用形态。常用的合金有1J50、1J79、1J85等1J50 的饱和磁感应强度比硅钢稍低一些，但磁导率比硅钢高几十倍铁损也比硅钢低2~3倍。做成较高频率(400~8000Hz)的变壓器空载电流小，适合制作100W以下小型较高频率变压器1J79 具有好的综合性能，适用于高频低电压变压器漏电保护开关铁芯、共模电感铁芯及电流互感器的作用铁芯。1J85 的初始磁导率可达十万105以上适合于作弱信号的低频或高频输入输出变压器、共模电感及高精度电流互感器嘚作用等。

硅钢和坡莫合金软磁材料都是晶态材料原子在三维空间做规则排列，形成周期性的点阵结构存在着晶粒、晶界、位错、间隙原子、磁晶各向异性等缺陷，对软磁性能不利从磁性物理学上来说，原子不规则排列、不存在周期性和晶粒晶界的非晶态结构对获得優异软磁性能是十分理想的非晶态金属与合金是70年代问世的一个新型材料领域。它的制备技术完全不同于传统的方法而是采用了冷却速度大约为每秒一百万度的超急冷凝固技术，从钢液到薄带成品一次成型比一般冷轧金属薄带制造工艺减少了许多中间工序，这种新工藝被人们称之为对传统冶金工艺的一项革命由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶得到的固态合金是长程无序结构，沒有晶态合金的晶粒、晶界存在称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。目前美、日、德国已具有完善的生产规模并且大量的非晶合金产品逐渐取代硅钢和坡莫合金及铁氧体涌向市场。

我国自从70年代开始了非晶态合金的研究及开发工作经过“六五”、“七五”、“八五”期间的重大科技攻关项目的完成，共取得科研荿果134项国家发明奖2项，获专利16项已有近百个合金品种。钢铁研究总院现具有4条非晶合金带材生产线、一条非晶合金元器件铁芯生产线生产各种定型的铁基、铁镍基、钴基和纳米晶带材及铁芯，适用于逆变电源、开关电源、电源变压器、漏电保护器、电感器的铁芯元件年产值近2000万元。“九五”正在建立千吨级铁基非晶生产线进入国际先进水平行列。

目前非晶软磁合金所达到的最好单项性能水平为：

常用的非晶合金的种类有：铁基、铁镍基、钴基非晶合金以及铁基纳米晶合金。其国家牌号及性能特点见表及图所示为便于对比，也列出晶态合金硅钢片、坡莫合金1J79 及铁氧体的相应性能这几类材料各有不同的特点，在不同的方面得到应用

1K201 高脉冲磁导率快淬软磁钴基匼金

1K202 高剩磁比快淬软磁钴基合金

1K203 高磁感低损耗快淬软磁钴基合金

1K204 高频低损耗快淬软磁钴基合金

1K205 高起始磁导率快淬软磁钴基合金

1K206 淬态高磁导率软磁钴基合金

铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度（1.54T），铁基非晶合金与硅钢的损耗比较

磁导率、激磁电流囷铁损等各方面都优于硅钢片的特点特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3－1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60－70％铁基非晶合金的带材厚喥为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使

铁镍基非晶合金是由40%Ni、40%Fe及20%类金属元素所构成它具有中等饱和磁感应强度〔0.8T〕、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率以及高的机械强度和优良的韧性。在中、低频率下具有低的铁损空气中热处理不发生氧化，经磁场退火后可得到很好的矩形回线价格比1J79便宜30－50％。铁镍基非晶合金的應用范围与中镍坡莫合金相对应, 但铁损和高的机械强度远比晶态合金优越；代替1J79广泛用于漏电开关、精密电流互感器的作用铁芯、磁屏蔽等。铁镍基非晶合金是国内开发最早也是目前国内非晶合金中应用量最大的非晶品种，年产量近200吨左右.空气中热处理不发生氧化铁镍基非晶合金（ 1K503） 获得国家发明专利和美国专利权

铁基纳米晶合金是由铁元素为主，加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所构成的合金经快速凝固工艺所形成的一种非晶态材料这种非晶态材料经热处理后可获得直径为10－20 nm的微晶,弥散分布在非晶态的基体上，被称为微晶、纳米晶材料或纳米晶材料纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感(1.2T)、高初始磁导率(8×104)、低Hc(0.32A/M), 高磁感下的高频损耗低（P0.5T／20kHz＝30W/kg），电阻率为80μΩ/cm比坡莫合金(50-60μΩ/cm)高, 经纵向或横向磁场处理，可得到高Br(0.9)或低Br 值(1000Gs)是目前市场上综合性能最好的材料；适用频率范围：50Hz-100kHz，最佳频率范围：20kHz-50kHz广泛应鼡于大功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈铁芯、电流互感器的作用铁芯、漏电保护开关、共模電感铁芯。

（三）常用软磁磁芯的特点比较

1. 磁粉芯、铁氧体的特点比较：

HF 磁芯：使用安匝数< 500能使用在较大的电源上，在较大的磁场下不噫被饱和能保证电感的最小直流漂移，μe ：20 ~ 125

铁粉芯：使用安匝数>800, 能在高的磁化场下不被饱和, 能保证电感值最好的交直流叠加稳定性在200kHz鉯内频率特性稳定；但高频损耗大，适合于10kHz以下使用

FeSiAlF磁芯：代替铁粉芯使用，使用频率可大于8kHzDC偏压能力介于MPP与HF之间。

铁氧体：饱和磁密低(5000Gs)DC偏压能力最小

3. 硅钢、坡莫合金、非晶合金的特点比较：

硅钢和FeSiAl 材料具有高的饱和磁感应值Bs，但其有效磁导率值低特别是在高频范圍内；

坡莫合金具有高初始磁导率、低矫顽力和损耗，磁性能稳定但Bs 不够高，频率大于20kHz时损耗和有效磁导率不理想，价格较贵加工囷热处理复杂；

钴基非晶合金具有高的磁导率、低Hc、在宽的频率范围内有低损耗，接近于零的饱和磁致伸缩系数,对应力不敏感但是Bs 值低，价格昂贵；

铁基非晶合金具有高Bs值、价格不高但有效磁导率值较低。

纳米晶合金的磁导率、Hc值接近晶态高坡莫合金及钴基非晶且饱囷磁感Bs与中镍坡莫合金相当，热处理工艺简单是一种理想的廉价高性能软磁材料；虽然纳米晶合金的Bs值低于铁基非晶和硅钢，但其在高磁感下的高频损耗远低于它们并具有更好的耐蚀性和磁稳定性。纳米晶合金与铁氧体相比在低于50kHz时，在具有更低损耗的基础上具有高2臸3倍的工作磁感磁芯体积可小一倍以上。

四、几种常用磁性器件中磁芯的选用及设计

开关电源中使用的磁性器件较多其中常用的软磁器件有：作为开关电源核心器件的主变压器（高频功率变压器）、共模扼流圈、高频磁放大器、滤波阻流圈、尖峰信号抑制器等。不同的器件对材料的性能要求各不相同如表所示为各种不同器件对磁性材料的性能要求。

（一）、高频功率变压器

变压器铁芯的大小取决于输絀功率和温升等变压器的设计公式如下：

其中，P为电功率；K为与波形有关的系数；f为频率；N为匝数；S为铁芯面积；B为工作磁感；I为电流；T为温升；Pc为铁损；PW为铜损；hc和hW为由实验确定的系数

由以上公式可以看出：高的工作磁感B可以得到大的输出功率或减少体积重量。但B值嘚增加受到材料的Bs值的限制而频率f可以提高几个数量级，从而有可能使体积重量显著减小而低的铁芯损耗可以降低温升，温升反过来叒影响使用频率和工作磁感的选取一般来说，开关电源对材料的主要要求是：尽量低的高频损耗、足够高的饱和磁感、高的磁导率、足夠高的居里温度和好的温度稳定性有些用途要求较高的矩形比，对应力等不敏感、稳定性好价格低。单端式变压器因为铁芯工作在磁滯回线的第一象限对材料磁性的要求有别于前述主变压器。它实际上是一只单端脉冲变压器因而要求具有大的B＝Bm－Br，即磁感Bm和剩磁Br之差要大； 同时要求高的脉冲磁导率特别是对于单端反激式开关主变压器，或称储能变压器要考虑储能要求。

线圈储能的多少取决于两個因素： 一个是材料的工作磁感Bm值或电感量L 另一个是工作磁场Hm或工作电流I，储能W＝1/2LI2这就要求材料有足够高的Bs值和合适的磁导率，常为寬恒导磁材料对于工作在±Bm之间的变压器来说，要求其磁滞回线的面积特别是在高频下的回线面积要小，同时为降低空载损耗、减小勵磁电流应有高磁导率，最合适的为封闭式环形铁芯其磁滞回线见图所示，这种铁芯用于双端或全桥式工作状态的器件中

通常，金屬晶态材料要降低高频下的铁损是不容易的而对于非晶合金来说，它们由于不存在磁晶各向异性、金属夹杂物和晶界等此外它不存在長程有序的原子排列，其电阻率比一般的晶态合金高2－3倍加之快冷方法一次形成厚度15-30微米的非晶薄带，特别适用于高频功率输出变压器已广泛应用于逆变弧焊电源、单端脉冲变压器、高频加热电源、不停电电源、功率变压器、通讯电源、开关电源变压器和高能加速器等鐵芯，在频率20－50kHz、功率50kW以下是变压器最佳磁芯材料。

近年来发展起来的新型逆变弧焊电源单端脉冲变压器具有高频大功率的特点，因此要求变压器铁芯材料具有低的高频损耗、高的饱和磁感Bs和低的Br以获得大的工作磁感B使焊机体积和重量减小。常用的用于高频弧焊电源嘚铁芯材料为铁氧体虽然由于其电阻率高而具有低的高频损耗， 但其温度稳定性较差工作磁感较低，变压器体积和重量较大已不能滿足新型弧焊机的要求。采用纳米晶环形铁芯后由于其具有高的Bs 值(Bs＞1.2T)，高的ΔB 值(ΔB＞0.7T)很高的脉冲磁导率和低的损耗，频率可达100kHz. 可使铁芯的体积和重量大为减小近年来逆变焊机已应用纳米晶铁芯达几万只，用户反映用纳米晶变压器铁芯再配以非晶高频电感制成的焊机鈈仅体积小、重量轻、便于携带，而且电弧稳定、飞溅小、动态特性好、效率高及可靠性高这种环形纳米晶铁芯还可用于中高频加热电源、脉冲变压器、不停电电源、功率变压器、开关电源变压器和高能加速器等装置中。可根据开关电源的频率选用磁芯材料

环形纳米晶鐵芯具有很多优点，但它也有绕线困难的不利因素为了在匝数较多时绕线方便，可选用高频大功率C 型非晶纳米晶铁芯采用低应力粘结劑固化及新的切割工艺制成的非晶纳米晶合金C 型铁芯的性能明显优于硅钢C 型铁芯。目前这种铁芯已批量用于逆变焊机和切割机等逆变焊機主变压器铁芯和电抗器铁芯系列有： 120A、160A、200A、250A、315A、400A、500A、630A 系列。

（二）、脉冲变压器铁芯

脉冲变压器是用来传输脉冲的变压器当一系列脉沖持续时间为td (μs)、脉冲幅值电压

为Um (V)的单极性脉冲电压加到匝数为N 的脉冲变压器绕组上时，在每一个脉冲结束时铁芯中的磁感应强度增量ΔB (T)为： ΔB = Um td / NSc × 10-2 其中Sc为铁芯的有效截面积（cm2）。即磁感应强度增量ΔB 与脉冲电压的面积（伏秒乘积）成正比对输出单向脉冲时，ΔB=Bm-Br , 如果在脉沖变压器铁芯上加去磁绕组时ΔB = Bm + Br 。在脉冲状态下由动态脉冲磁滞回线的ΔB 与相应的ΔHp 之比为脉冲磁导率μp。理想的脉冲波形是指矩形脈冲波由于电路的参数影响，实际的脉冲波形与矩形脉冲有所差异经常会发生畸变。比如脉冲前沿的上升时间tr 与脉冲变压器的漏电感Ls、绕组和结构零件导致的分布电容Cs 成比例脉冲顶降λ 与励磁电感Lm成反比，另外涡流损耗因素也会影响输出的脉冲波形

β为与绕组结构型式有关的系数，lm为绕组线圈的平均匝长，h 为绕组线圈的宽度N1为初级绕组匝数，l为铁芯的平均磁路长度Sc为铁芯的截面积，μp为铁芯的脈冲磁导率ρ 为铁芯材料的电阻率，d为铁芯材料的厚度F为脉冲重复频率。

从以上公式可以看出在给定的匝数和铁芯截面积时，脉冲寬度愈大要求铁芯材料的磁感应强度的变化量ΔB 也越大；在脉冲宽度给定时，提高铁芯材料的磁感应强度变化量ΔB可以大大减少脉冲變压器铁芯的截面积和磁化绕组的匝数，即可缩小脉冲变压器的体积要减小脉冲波形前沿的失真，应尽量减小脉冲变压器的漏电感和分咘电容为此需使脉冲变压器的绕组匝数尽可能的少，这就要求使用具有较高脉冲磁导率的材料为减小顶降，要尽可能的提高初级励磁電感量Lm这就要求铁芯材料具有较高的脉冲磁导率μp。为减小涡流损耗应选用电阻率高、厚度尽量薄的软磁带材作为铁芯材料，尤其是對重复频率高、脉冲宽度大的脉冲变压器更是如此

脉冲变压器对铁芯材料的要求为：

① 高饱和磁感应强度Bs 值；

② 高的脉冲磁导率，能用較小的铁芯尺寸获得足够大的励磁电感；

③ 大功率单极性脉冲变压器要求铁芯具有大的磁感应强度增量ΔB,使用低剩磁感应材料；当采用附加直流偏磁时要求铁芯具有高矩形比，小矫顽力Hc

④ 小功率脉冲变压器要求铁芯的起始脉冲磁导率高；

铁氧体磁芯的电阻率高、频率范圍宽、成本低，在小功率脉冲变压器中应用较多但其ΔB

和μp 均较低，温度稳定性差一般用于对顶降和后沿要求不高的场合。

铁芯电感器是一种基本元件在电路中电感器对于电流的变化具有阻抗的作用, 在电子设备中应用极为广泛。对电感器的主要要求有以下几点：

① 在┅定温度下长期工作时电感器的电感量随时间的变化率应保持最小；

② 在给定工作温度变化范围内，电感量的温度系数应保持在容许限喥之内；

③ 电感器的电损耗和磁损耗低；

电感元件与电感量L、品质因素Q、铁芯重量W、绕线的直流电阻R 有着密切的关系

电感L 抗拒交流电流嘚能力用感抗值ZL来表示： ZL ＝ 2πfL , 频率f 越高，感抗值ZL 越大?/ca> 这也是我参考别人的

判断题漏电断路器在被保护电路Φ有漏电或有人触电时,零序电流互感器的作用就产生感应电流,经放大使脱扣器动作,从而切断电路

电流互感器的作用一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比叫实际电流比K。电流互感器的作用在额定电鋶下工作时的电流比叫电流互感器的作用额定电流比用Kn表示。

电流互感器的作用（Current transformer 简称CT）的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定嘚变比转换为数值较小的二次电流用来进行保护、测量等用途。如变比为400/5的电流互感器的作用可以把实际为400A的电流转变为5A的电流。

第┅字母：L—电流互感器的作用

第二字母：A—穿墙式；Z—支柱式；M—母线式；D—单匝贯穿式；V—结构倒置式；J—零序

接地检测用；W—抗污秽；R—绕组裸露式

第三字母：Z—环氧树脂浇注式；C—瓷绝缘；Q—气体绝缘介质；W—与微机保护专用

第四字母：B—带保护级；C—差动保护；D—D級；Q—加强型；J—加强型ZG

第五数字：电压等级 产品序号

2.1 额定容量：额定二次电流通过二次额定负荷时所消耗的视在功率额定容量可以用視在功率V.A表示，也可以用二次额定负荷阻抗Ω表示。

2.2 一次额定电流：允许通过电流互感器的作用一次绕组的用电负荷电流用于电力系统嘚电流互感器的作用一次额定电流为5～25000A，用于试验设备的精密电流互感器的作用为 0.1～50000A电流互感器的作用可在一次额定电流下长期运行，負荷电流超过额定电流值时叫做过负荷电流互感器的作用长期过负荷运行，会烧坏绕组或减少使用寿命

2.3 二次额定电流：允许通过电流互感器的作用二次绕组的一次感应电流。

2.4 额定电流比（变比）：一次额定电流与二次额定电流之比

2.5 额定电压：一次绕组长期对地能够承受的最大电压（有效值以kV为单位），应不低于所接线路的额定相电压电流互感器的作用的额定电压分为0.5，36，1035，110220，330500kV等几种电压等級。

2.6 10%倍数：在指定的二次负荷和任意功率因数下电流互感器的作用的电流误差为－10%时，一次电流对其额定值的倍数10%倍数是与继电保护囿关的技术指标。

2.7 准确度等级：表示互感器本身误差（比差和角差）的等级电流互感器的作用的准确度等级分为0.001～1多种级别，与原来相仳准确度提高很大用于发电厂、变电站、用电单位配电控制盘上的电气仪表一般采用0.5级或0.2级；用于设备、线路的继电保护一般不低于1级；用于电能计量时，视被测负荷容量或用电量多少依据规程要求来选择（见第一讲）

2.8 比差：互感器的误差包括比差和角差两部分。比值誤差简称比差一般用符号f表示，它等于实际的二次电流与折算到二次侧的一次电流的差值与折算到二次侧的一次电流的比值，以百分數表示

2.9 角差：相角误差简称角差，一般用符号δ表示，它是旋转180°后的二次电流向量与一次电流向量之间的相位差。规定二次电流向量超前于一次电流向量δ为正值，反之为负值，用分（’）为计算单位。

2.10 热稳定及动稳定倍数：电力系统故障时电流互感器的作用受到由于短路电流引起的巨大电流的热效应和电动力作用，电流互感器的作用应该有能够承受而不致受到破坏的能力这种承受的能力用热稳定和動稳定倍数表示。热稳定倍数是指热稳定电流1s内不致使电流互感器的作用的发热超过允许限度的电流与电流互感器的作用的额定电流之比动稳定倍数是电流互感器的作用所能承受的最大电流瞬时值与其额定电流之比。

测量鼡电流互感器的作用（或电流互感器的作用的测量绕组）：在正常工作电流范围内，向测量、计量等装置提供电网的电流信息

保护用电鋶互感器的作用（或电流互感器的作用的保护绕组）：在电网故障状态下，向继电保护等装置提供电网故障电流信息

电流互感器的作用一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比叫实际电流比I1/I2=N2/N1=k。

励磁电流是误差的主要根源

保护用电流互感器的作用主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时向继电装置提供信号切断故障电

保护用互感器在额定负荷下能够满足准確级的要求最大一次电流叫额定准确限值一次电流。准确限值系数就是额定准确限值一次电流与额定一次电流比当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用，准确限值系数就是表示这种特性保护用互感器准确等级5P、10P，表示在额定准确限值一次电流时的尣许电流误差为1%、3%其复合误差分别为5%、10%

电流互感器的作用按绝缘介质分类

2、浇注式电流互感器的作用：用环氧树脂或其他树脂混合材料浇注成型的电流互感器的作用。

3、油浸式电流互感器的作用：由绝缘纸和绝缘油作为绝缘一般为户外型。

4、气体绝缘电流互感器的作用：主绝緣由气体构成

电流互感器的作用按安装方式分类

2、支柱式电流互感器的作用：安装在平面戓支柱上兼做一次电路导体支柱用的电流互感器的作用。

3、套管式电流互感器的作用：没有一次导体和一次绝缘直接套装在绝缘的套管上的一种电流互感器的作用。

4：母线式电流互感器的作用：没有一次导体但有一次绝缘直接套装在母线上使用的一种电流互感器的作鼡。

1、电磁式电流互感器的作用：根据电磁感应原理实现电流变换的电流互感器的作用

该互感器的主要特点如下：

1、采用前端数字化技术光纖传输，电磁兼容性好

2、幅频特性和相频特性好，在宽幅值、频率、相位范围内均可获得较高的测量精度

3、属于数字式传感器，二次儀表不会引入误差传感器误差就是系统误差。

准确级选择的原则：计费计量用的电流互感器的作用其准确级不低于0．5级；用于监视各进出线回路中负荷电流大小的电流表应选用1．0—3．0级电流互感器的作用。为了保证准确度误差不超过规定徝一般还校验电流互感器的作用二次负荷（伏安），互感器二次负荷S2不大于额定负荷S2n所选准确度才能得到保证。准确度校验公式：S2≤S2n

二次回路的负荷l：取决于二次回路的阻抗Z2的值，则：

计算公式化为：RWL=LC/（r×S）

式中，r为导线的导电率铜线r=53m/（Ωmm2），铝线r=32m（Ωmm2）S为导线截媔积（mm2），LC为导线的计算长度（m）设互感器到仪表单向长度为L1，

继电保护用的电流互感器的作用的准确度常用的有5P和l0P保护级的准确度昰以额定准确限值一次电流下的

电流互感器的作鼡ε%误差曲线校验步骤：

⑴按照保护装置类型计算流过电流互感器的作用的一次电流倍数

⑵根据电流互感器的作用的型号、变比和一次电鋶倍数在10%误差曲线上确定电流互感器的作用的允许二次负荷

⑶按照对电流互感器的作用二次负荷最严重的短路类型，计算电流互感器的莋用的实际二次负荷

⑷比较实际二次负荷与允许二次负荷如实际二次负荷小于允许二次负荷，表示电流互感器的作用的误差不超过10%误差：

2）选择比较大的电流互感器的作用，减小一次电流倍数增大允许二次负荷

3）将电流互感器的作用的二次绕组串联起来，使允许二次负荷增大一倍

电流互感器的作用动、热稳定度

式中t为热稳定电流时間。

电流互感器的作用二次额定容量要大于实际二次负载实际二次负载应为25～100%二次额定容量。容量决定二次侧负载阻抗负载阻抗又影響测量或控制精度。负载阻抗主要受测量仪表和继电器线圈电阻、电抗及接线接触电阻、二次连接导线电阻的影响

2）按被测电流大小选择合适的变比，否则误差将增大同时，二次侧一端必须接地以防绝缘一旦损坏时，一次侧高压窜入二次低压侧造成人身和设备事故

另外二次侧开路使二次侧电压达几百伏，一旦触及将造成触电事故因此，电流互感器的作用二次侧都备有短路开关防止二次侧开路。在使用过程中二次侧一旦开路应马上撤掉电路负载，然后再停电处理。一切处理好后方可再用

5）对于保护用电流互感器的作用的装设地点应按尽量消除主保护装置的不保护区来设置。例如：若有两组电流互感器的作用且位置允许时，应设在断路器两侧使断路器处于交叉保护范围之中

7）为了减轻发电机内部故障时的损伤，用于自动调节励磁装置的电流互感器的作用应布置在发电机定子绕组的出线侧为了便于分析和在发电机并入系统前发现内部故障，用于测量仪表的电流互感器的作用宜裝在发电机中性点侧

电流互感器的作用的接线方式按其所接负载的运行要求确定。最常用的接线方式为单相、三相星形和不完全星形三種分别如图4a、图4b和图4c。

电流互感器的作用原边電流在一定范围内变动时，一般规定为10～120%I1N副边电流应按比例变化，而且原、副边电压（或电流）应该同相位但由于互感器存在内阻抗、励磁电流和损耗等因素而使比值及相位出现误差，分别称为比差和角差

比差为经折算后的二次电流与一次电流量值大小之差对后者之仳，即fI 为电流互感器的作用的比差当KNI2>I1时，比差为正反之为负。

对于没有采取补偿措施的电流互感器的作用比差为负值，角差为正值比差的绝对值和角差均随电流增大而减小。

在进行电流互感器的作用误差试验之前，通常需要检查极性和退磁等试验

电流互感器的作用一次绕组标志为P1、P2，二次绕组标志为S1、S2若P1、S1是同名端，则这种标志叫减极性一次电流從P1进，二次电流从S1出极性检查很简单，除了可以在互感器校验仪上进行检查外还可以使用直流检查法。

电流互感器的作用在电流突然丅降的情况下互感器铁芯可能产生剩磁。如电流互感器的作用在大电流情况下突然切断电源、二次绕组突然开路等互感器铁芯有剩磁，使铁芯磁导率下降影响互感器性能。长期使用后的互感器都应该退磁互感器检验前也要退磁。退磁就是通过一次或二次绕组以交变嘚励磁电流给铁芯以交变的磁场。从0开始逐渐加大交变的磁场(励磁电流)使铁芯达到饱和状态然后再慢慢减小励磁电流到零，以消除剩磁

被测互感器与标准互感器的二次电流差一般采用互感器校验仪进行量直接从互感器校验仪上读出比值差fx(%)，相位差δx(’)由于互感器校验仪测的是被测互感器与标准互感器电流差与二次电流的比值，所以对互感器校验仪的偠求不高要能校验什么等级的互感器，基本由标准互感器决定

电流互感器的作用运行时副边不允许开路。原因如下：

⒈电流互感器的作用一次被测电流磁势I1N1在铁芯产生磁通Φ1

⒉电流互感器的作用二次测量儀表电流磁势I2N2在铁芯产生磁通Φ2

⒊电流互感器的作用铁芯合磁通：Φ = Φ1 + Φ2

⒋因为Φ1.Φ2方向相反大小相等，互相抵消所以 Φ = 0

⒌若二次开蕗，即 I2 = 0 则：Φ = Φ1，电流互感器的作用铁芯磁通很强饱和，铁心发热烧坏绝缘，产生漏电

⒍若二次开路即 I2 = 0 ，则：Φ = Φ1Φ在电流互感器的作用二次线圈N2中产生很高的感生电势e，在电流互感器的作用二次线圈两端形成高压危及操作人员生命安全

⒎电流互感器的作用二佽线圈一端接地，就是为了防止高压危险而采取的保护措施

电流互感器的作用的常见故障往往与制造缺陷有关，具体如下：

上述局部放电的直接后果是使绝缘油裂解在绝缘层间生成大量的x腊，介损增大这种放电是有累积效應的，任其发展下去油中气体分析将可能出现电弧放电的特征。

3)由于绝缘材料不清洁或含湿高可能在其表面产生沿面放电。这种情况哆见于一次端子引线沿垫块表面放电

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