微型电流互感器常用铁芯材料的性能分析与应用

摘 要：微型电流互感器作为信号源器件，广泛应用于电力计量各种装置中，其性能的优劣直接影响计量的准确性。微型电流互感器目前常用的三种铁芯材料有硅钢、超微晶、坡莫合金，铁芯材料的性能直接影响微型电流互感器的传变特性，通过分析可知坡莫合金铁芯材料的微型电流互感器优于超微晶及硅钢材料。

关键词：微型电流互感器；铁芯材料；比差；角差

引言

计量用微型电流互感器作为信号源器件，广泛应用于电力计量各种装置中，其性能的优劣直接影响计量的准确性，也直接影响电力仪器仪表的测量精度[1]。而铁芯材料又是决定微型电流互感器精度的关键所在。微型电流互感器目前常用的三种铁芯材料有硅钢铁芯、超微晶铁芯、坡莫合金铁芯，材料特性及应用在此做一个详细的分析，供工程技术人员参考。

1 微型电流互感器传变特性的误差分析

微型电流互感器的传变特性用角差f与比差δ来衡量的，依据文献[2]有其中：I1分别为一次线圈电流、？渍为铁芯损耗角、α为二次负载的阻抗角、N1为一次线圈的匝数、I0为铁芯中的激磁电流。

由上式中可以看出，微型电流互感器的误差主要是由提供磁通的励磁电流产生，而励磁电流主要决定因数是铁芯材料的性能。

2 微型电流互感器常用铁芯材料的性能分析

2.1 硅钢铁芯材料的性能

硅钢铁芯材料饱和磁密度Bs/T在2.1T左右[3]，矩形比Br/BS较低，初始磁导率μi在1K左右，最大磁导率μm在40K左右，矫玩力HC为30A/m，铁芯损耗PFe为50HZ/1.7T-10 mW/cm3，密度d为7.65 g/cm3。硅钢铁芯材料价格低廉，适用于微型电流互感器，精度一般不超0.5级[4]，精度再高就难于实现了。

2.2 超微晶铁芯的性能

超微晶铁芯材料饱和磁密度Bs/T在1.23T左右，矩形比在Br/BS低中高，初始磁导率μi在3M左右，最大磁导率μm在4M左右，矫玩力HC为064A/m，铁芯损耗PFe为20kHZ0.5T-140mW/cm3、40kHZ0.3T-180mW/cm3、100kHZ0.3T-900mW/cm3，密度d为7.25g/ cm3。超微晶铁芯材料价格较硅钢贵些，适用于微型电流互感器，精度可达到0.2级。

2.3 坡莫合金铁芯材料的性能

坡莫合金铁芯材料饱和磁密度Bs/T在1.6T左右，矩形比Br/BS在低中高，初始磁导率μi在3M左右，最大磁导率μm在4M左右，矫玩力HC为064A/m，铁芯损耗PFe为10kHZ0.5T-270mW/cm3，密度d为8.25g/cm3。坡莫合金铁芯材料价格较超微晶更贵些，适用于微型电流互感器，精度可达到0.1级。

3 微型电流互感器常用铁芯材料的实验数据分析

3.1 微型电流互感器的设计制作及测试

在广东省智能电力测控仪表工程技术研发中心广东雅达电子股份有限公司设计制作了3种铁芯材料（硅钢铁芯尺寸10*15*10（mm）、超微晶铁芯尺寸为9.5*13*5（mm）、坡莫合金铁芯尺寸9.5*13*5（mm））单匝穿芯式单铁芯结构微型电流互感器各3个并进行测试，变比5A/2.5mA，次级匝数设计为2000T。设备厂家/型号/名称：沈阳中川/HESE/互感器校验装置一套，精度为0.005级，试验线路图见图1，测试环境25℃，41%RH。三种材料各抽样3个进行测试，在电流互感器一次侧依次施加（0.25A、1A、2.5A、5A、6A）标准正弦波电流信号[5]，负载均为20Ω，测量微型电流互感器的比差和角差，各取1个样品的数据来分析。

3.2 试验数据

三种铁芯微型电流互感器比差和角差的试验数据详见表1。

3.3 试验数据分析

参照电流互感器国家标准GB1208-2006，从表1数据可以分析得出硅钢铁芯精度准确级达到1级、超微晶铁芯精度准确级接近达到0.2级，坡莫合金铁芯精度准确级达到0.1级。

4 结束语

微型电流互感器目前常用的三种铁芯材料硅钢铁芯、超微晶铁芯、坡莫合金铁芯中，通过分析可以看出坡莫合金铁芯电流互感器的性能指标是最优的。根据能满足工程需要的前提下，结合生产成本，综合考虑选用铁芯材料。

参考文献

[1]李春来，汤晓宇，罗坤明.计量用电流互感器在3种铁心条件下传变特性的试验与分析[J].仪表技术与传感器，2015（4）：104-106.

[2]张振洪，赵有俊.高精度零磁通电流传感器的研究[J].传感器与微系统，2009（10）：52-54.

[3]杨玉刚.现代电子电力的磁技术[M].北京：科学出版社，2006：115-136.

[4]中国电器工业协会，全国互感器标准化技术委员会.GB1208-2006.电流互感器[S].北京：中国标准出版社，2006.

[5]李春来，汤晓宇，罗坤明.0.1级超微晶微型电流互感器的研究[J].仪表技术与传感器，2015（7）：52-53+60.