电流互感器交流资料讲解

性能特点：在所有的非晶合金中具有最高的导磁率,低矫顽 力、低损耗、优异的耐磨性和耐蚀性，良好的温度稳定性和时 效稳 定性，耐冲击振动。具有较低的饱和磁感应强度。
应用领域：替代坡莫合金和铁氧体，作为开关电源中的高频 变压器、滤波电感、磁放大器等铁芯，使用频率可达到200kHz 以 上。同时可应用于ISDN隔离变压器铁芯及共模电感铁芯、超级 市场 及图书馆防盗系统传感器和音频视频磁头铁芯等。

绝缘电阻： 电流互感器一次绕组对二次绕组及对地之间的绝缘电阻应大于500MΩ/1000MΩ；

二、CT/PT在表计中的应用方式
互感器取样电路
电路如图所示，

T1为电压互感器。其变比为Ku=N1/N2（N1： 原边线圈匝 数，N2：副边线圈匝数），副边电压ux≈u（t）/Ki。
要注意的是电压互感器的副边所接负载的阻抗应该很大， 使之接近于空载或空载的状态下工作，否则将产生很大 的误差，另外，电压互感器的副边绝对不允许短路，若 短路将烧毁电压互感器。

23

合金具有两个重要性质： 1、合金的熔点远低于纯金属，例如FeSibB 合金的熔点一般为 1200 度以下，而纯铁的 熔点为1538度； 2、由于原子的种类多了，合金在液态时它 们的原子更加难以移动，在冷却时更加难 以整齐排列，也就是说更加容易被“冻结” 成非晶。 有了上面的两个条件，合金才可能比较容 易地形成非晶。目前所有的非晶合金都是

冶炼炉 (A), 中间包 (B), 冷却辊 (C), 厚度和宽度检测 (D1,D2), 卷 带 (E).

22

由于不同的 物质形成非晶所需要的冷却速 度大不相同。单一金属需要每 秒高达一亿度以上的冷却速度 才能形成非晶态。实际生产中 难以达到如此高的冷却速度， 普通的单一的金属难以制成非 晶。为了获得非晶态的金属， 一般将金属与其它物质混合形 成合金。
铁镍基非晶合金：主要由铁、镍、硅、硼、磷等组成。 应用领域：取代坡莫合金作为漏电开关中的零序电流互感 器 铁芯，另外可以作为磁屏蔽材料。 性能特点：在所有的非晶合金中具有高的导磁率，低矫顽 力，耐磨耐蚀，可在大气下处理，稳定性好。 铁镍基非晶合金物理性能：（国标牌号1K502） 饱和磁感应强度 0.77T 最大导磁率 >5*10-5 居里温度 360 C 密度 7.7g/cm3 晶化温度 470 C 连续工作温度 -40－110 C 初始导磁率 3000

 i）：互感器在测量电流时所出现的数值误差。

 i ）：一次电流与二次电流矢量的相位差。矢量方向是以理想电流互
感器的相位差为零来决定的。若二次电流矢量超前一次电流矢量时，相位差为 正值。 通常以分（’）或厘弧度（crad）表示。

式中I2为实际二次电流( 有效值) , Z2为二次回路总阻抗, LC为铁芯的平 均磁路长度, f 为频率, Ac 为铁芯有效截面积, N2n为额定二次匝数, (IN)1 为一次安匝,α 为二次阻抗(包括二次绕组和二次绕组外部回路阻 抗) 角,µ为铁芯磁导率,Ψ 为铁芯损耗角。 由以上两式可以看出: 互感器的误差与铁芯的平均磁路长度Lc 成正 比, 而后者又取决于窗口截面积SQ , 所以在确定导线及绝缘的情况下, 应力求减小SQ。铁芯磁导率µ与误差成反比, 即在其他参数不变的条件下, µ越高, 误差就越小; 而铁芯损耗角Ψ 增加, 电流误差将增加,但相位差 将减小, 直到(α +Ψ ) 超过90°时, 相位差变为负值。反之,若铁芯损耗 角Ψ 减小,电流误差也减小, 则相位差增加。误差还与铁芯有效截面积AC 成反比, 适当增加AC, 可减小铁芯工作磁密, 从而降低励磁电流I0 , 减 小误差。

一、金属材料的分类
可以根据好多种原则对材料进行分类,既可以从材料的 应用领域分类,也可以根据材料的性能, 结构, 成分等其它方面进行分类： 结构材料是以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料，当然，结 构材料对物理或化学性能也有一定要求，如光泽、热导率、抗辐照、抗 腐蚀、抗氧化等。 功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、 化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相 互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域 的高新技术材料。

T2为电流互感器。其变比为 Ki=N2/N1 ， 副边电流iy（t）≈i（t）/Ki。 电流互感器副边
应在接近短路或短路状态下工作，所以所接负载电阻应很小，相当于短路。特别要注意的 是，电流互感器副边不能开路，若开路，副边电压将产生很高的电压，可能高达数千伏，

将击穿绝缘或烧毁电路。

V-I-V型
Hale Waihona Puke Baidu
上图中T1T2都是电流互感器。电阻R1的阻抗远大于电流互感器的激磁感抗， 电流

二、磁性材料的基本特性及其分类
磁性材料的基本特性 磁性材料的特性有许多种，这里介绍的是最基本的特性。 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，该临界温度为居里温度。它确定了磁 性器件工作的上限温度。所有的磁性材料都要工作在居里温度以下。

磁场，磁场强度H 运动电荷的周围，普通磁体的周围及电流周围的空间具有的特殊 的物理性能，这个空间叫磁场。磁场记为H，磁场的大小称磁场 强度，磁场单位为奥斯特（Oe）或安/米（A/m）。1奥斯特（Oe）= 79.58 安/米（A/m）。

19

金属磁性材料又可以按照其晶体的结构分类
根据原子排列方式把物质划分为两类： 晶体 物质里面的原子排列是整齐有序的叫做晶体。 非晶体 物质的原子排列是混乱的叫做非晶体（也称 谓“无序材料”， ”玻璃态材料“等。其特点是短程有序而长 程无序）。 金属纳米晶属于晶体,但是它的晶粒尺寸为纳

晶 体

非 晶

饱和磁感应强度Bs 硬度Hv 居里温度Tc 密度d 晶化温度Tx 电阻率 饱和磁致伸缩系数 s

1.56T 960kg/mm2 410 C 7.18g/cm3 550 C 130 -cm -6 27 10
26

铁基非晶合金经过纵向磁场退火后的磁滞回线

27

钴基非晶合金(1K201-1K206)
钴基非晶合金：由钴和硅、硼等组成。由于含钴它们价格较贵。

u (t ) iu (t )  , R1

副边电压

u x  Ku (t )

，这个电路的电流iu（t）将稍微滞后于

电压u（t），因此应作超前补偿。

第二章 铁芯材料
一、金属材料的分类 二、磁性材料的基本特性及分类 三、非晶、纳米晶软磁材料 四、磁芯（铁芯）的概念及分类 五、非晶、纳米晶磁芯的特性 六、非晶、纳米晶磁芯的应用

磁感应强度B：铁磁性物质在外磁场作用下所感生 的磁性。记为B。计量单位为高斯（G)）或特斯拉（T）。 10000（G）=1（T）。
起始磁化曲线:是磁场单调增加时所得到的H-B曲线。

磁滞回线:是磁场在正负两个方向往复变化时所得到的一个闭和的 H-B曲 线。
起始磁化曲线和磁滞回线是所有磁性材料的最基本 的特性。 磁致伸缩系数: 磁性材料在外磁场作用下,材料体积的 变化量。

磁力

磁体相互作用的力，或磁体对其它物体的作用力叫磁力。 异性磁极吸引，同性磁极相排斥。

磁能

磁体在磁场作用下具有的能量。如磁铁吸引铁等物质或者电线通 电时产生的自感现象等均为磁能的表现。 磁极 磁体的两端叫磁极，分为N极和S极。 地球就是一个巨大的永磁体 , 也具有磁性，磁针指北的一端叫 北极，记为N极。指南的一端叫南极，记为S极。

钴基非晶带材的物理性能（国标牌号1K201、1K202） 饱和磁感应强度Bs 0.5－0.8T 硬度Hv 960kg/mm2 居里温度Tc 320 C 密度d 8g/cm3 晶化温度Tx 520 C 电阻率 130 -cm
-6

28

钴基非晶合金经过退火后的磁滞回线

29

铁镍基非晶合金{1K501-1K502)

金属软磁材料的常用磁性能参数 饱和磁感应强度Bs:磁化场最大时的B, 对于软磁材料来说,当H=800A/m（10 Oe）时,既认为材料已经 饱和。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，为H回到0时的 B值。 矩形比：Br∕Bs 矫顽力Hc:是磁滞回线上的特征参数，为B回到0时的H值。是表示 材料退磁化难易程度的量，取决于材料的成分及结构缺陷（杂 质、应力等）及制备工艺等。 磁导率μ :是磁滞回线上任何点所对应的B与H的比值。

非晶、纳米晶软磁材料的分类
1、铁基非晶合金 1K101-1K106 2、铁基纳米晶(超微晶) 合金 1K107 3、钴基非晶合金 4、铁镍基非晶合金 1K201-1K206 1K501-1K502

25

铁基非晶合金(1K101-1K106)
铁基非晶合金1K101：分子式 Fe78 Si9 B13. (Fe：91.72 wt % B：2.96 wt%) Si：5.32 wt% 性能特点：在几乎所有的非晶合金材料中具有最高的饱和磁感应强 度，同时具有高Br、低矫顽力、低损耗（相当于硅钢的1/3-1/5）、低激磁 电流和良好的温度稳定性和时效稳定性。 应用领域：主要用于替代硅钢片，作为各种形式、不同功率的工频 中频变压器、配电变压器，工作频率从50Hz到10kHz；作为大功率开关电源 电抗器 铁心材料，使用频率可达 20kHz。 铁基非晶合金的物理性能（国标牌号1K101）

工频绝缘强度： 电流互感器二次绕组接地，在一次绕组与二次绕组间施加额定工频耐受电压为 3kV（方均根值），当指明按Ⅱ类防护绝缘要求时，工频耐受电压为4kV（方均根值）； 持续1 min,漏电流设为1 mA。用耐压试验仪进行测量，电流互感器无击穿。

匝间绝缘强度： 将电流互感器二次绕组开路，一次绕组通以额定频率的额定电流并维持一分钟， 互感器内匝间绝缘无损坏。

磁动势平衡方程式

 I 1

 I 2

 U 1

 U 2

 I N 1  2  I N1 2

 U N 1  1  U N2 2

2、主要参数、性能
极性：电流互感器的极性为减极性，即当一次线圈的电流从
“L1”端流入时，在二次线圈中的电流从“K1”端流入

外部回路（如右图所示）；

电流误差（比差 相位差（角差
电流互感器交流资料

第一章 互感器基本原理和应用
一、电流互感器原理 二、CT/PT在表计中的应用方式

一、电流互感器原理
1、概念
电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心 和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因 此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表 和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次回路始终是闭合的，因此 测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短 路。 电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换 为比较统一的电流，避免直接测量线路的危险。 电流互感器是升压（降流）变压器，它是电力系统中测量仪表、继 电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高 电流按比例转换成低电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测 量仪表、继电保护等。

磁滞回线图

磁性材料分类 根据材料矫顽力的大小来区分: 永（硬）磁材料 矫顽力(> 100A/m) 半永（硬）磁材料 矫顽力(10-100A/m) 软磁材料 矫顽力(< 10A/m)

金属软磁材料的最主要特性
软磁材料除具有磁性材料所共有的基本特性外,还 有软磁材料所特有的一些特性。这些特性又可分为直 流特性和交流特性两种: 当磁化电流为直流时，所测材料的磁性为直流 特性。 当磁化电流为交流时，所测材料的磁性为交流 特性。

纳米晶

三、非晶、纳米晶软磁材料
非晶材料的获得 通常情况下，金属及合金在从液态凝固成固体时，原子总是从液 体的混乱排列转变成整齐的排列，即成为晶体。如果金属或合金的凝 固速度非常快（例如用每秒高达一百万度的冷却速率），原子来不及 整齐排列便被冻结住了，最终的原子排列方式类似于液体，是混乱无 序的，这就是非晶合金（又称为金属玻璃)。
18

初始磁导率μ 0 :磁化场接近零时的磁导率。对于高μ 0 材料来 说，μ 0 为磁化场为0.08A/m（1/1000 Oe）时的μ 值。对于铁 基非晶材料来说，μ 0 为磁化场为0.8A/m（1/100 Oe）时的μ 值。 最大磁导率μ m ：在磁化曲线上，各个点的磁导率不同。当某 点的磁导率最大时，此磁导率为最大磁导率 磁滞损耗：由磁性材料中的磁滞所引起的损耗。降低磁滞损耗 的方法是降低材料的矫顽力。 涡流损耗：由磁性材料中的涡流效应所引起的损耗。降低涡流 损耗 的方法是减薄磁性材料的厚度及提高材料的电阻率。