電流互感器所用到的磁性材料
一般是硅鋼片鐵芯、坡莫合金、非晶及納米晶軟磁合金這3種磁性材料。
磁性材料基本特性
1. 軟磁材料的常用磁性能參數(shù)
飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs: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(qiáng)度Br:是磁滯回線上的特征參數(shù),H回到0時(shí)的B值。
矩形比:Br∕Bs
矯頑力Hc:是表示材料磁化難易程度的量,取決于材料的成分及缺陷(雜質(zhì)、應(yīng)力等)。
磁導(dǎo)率μ:是磁滯回線上任何點(diǎn)所對應(yīng)的B與H的比值,與器件工作狀態(tài)密切相關(guān)。
初始磁導(dǎo)率μi、最大磁導(dǎo)率μm、微分磁導(dǎo)率μd、振幅磁導(dǎo)率μa、有效磁導(dǎo)率μe、脈沖磁導(dǎo)率μp。
居里溫度Tc:鐵磁物質(zhì)的磁化強(qiáng)度隨溫度升高而下降,達(dá)到某一溫度時(shí),自發(fā)磁化消失,轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?,該臨界溫度為居里溫度。它確定了磁性器件工作的上限溫度。
損耗P:磁滯損耗Ph及渦流損耗Pe P = Ph + Pe = af + bf2+ c Pe ∝ f2 t2 / ,ρ 降低,磁滯損耗Ph的方法是降低矯頑力Hc;降低渦流損耗Pe 的方法是減薄磁性材料的厚度t 及提高材料的電阻率ρ。在自由靜止空氣中磁芯的損耗與磁芯的溫升關(guān)系為:總功率耗散(mW)/表面積(cm2)
2. 磁性材料的磁化曲線
磁性材料是由鐵磁性物質(zhì)或亞鐵磁性物質(zhì)組成的,在外加磁場H 作用下,必有相應(yīng)的磁化強(qiáng)度M 或磁感應(yīng)強(qiáng)度B,它們隨磁場強(qiáng)度H 的變化曲線稱為磁化曲線(M~H或B~H曲線)。磁化曲線一般來說是非線性的,具有2個(gè)特點(diǎn):磁飽和現(xiàn)象及磁滯現(xiàn)象。即當(dāng)磁場強(qiáng)度H足夠大時(shí),磁化強(qiáng)度M達(dá)到一個(gè)確定的飽和值Ms,繼續(xù)增大H,Ms保持不變;以及當(dāng)材料的M值達(dá)到飽和后,外磁場H降低為零時(shí),M并不恢復(fù)為零,而是沿MsMr曲線變化。材料的工作狀態(tài)相當(dāng)于M~H曲線或B~H曲線上的某一點(diǎn),該點(diǎn)常稱為 工作點(diǎn)。
3. 軟磁材料的磁性參數(shù)與器件的電氣參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換
在設(shè)計(jì)軟磁器件時(shí),首先要根據(jù)電路的要求確定器件的電壓~電流特性。器件的電壓~電流特性與磁芯的幾何形狀及磁化狀態(tài)密切相關(guān)。設(shè)計(jì)者必須熟悉材料的磁化過程并拿握材料的磁性參數(shù)與器件電氣參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)計(jì)軟磁器件通常包括三個(gè)步驟:正確選用磁性材料;合理確定磁芯的幾何形狀及尺寸;根據(jù)磁性參數(shù)要求,模擬磁芯的工作狀態(tài)得到相應(yīng)的電氣參數(shù)。