CN101432827B - 一种电流互感器用磁芯、电流互感器和瓦特计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电流互感器用磁芯、电流互感器和电能表，所述功率优选用于对具有大部分非对称波形的交流电和叠加有直流量的交流电进行检测。电流互感器用磁芯由通式为Fe100-x-a-y-cMxCuaM′yX′c(原子％)的合金组成，其中，M为选自Co和Ni中的至少一种元素，M′为选自V、Ti、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta中的至少一种元素，X′为选自Si和B中的至少一种元素，而x，a，y，和c的组成满足3≤x≤50，0.1≤a≤3，1≤y≤10，2≤c≤30，并且同时满足7≤y+c≤30，而且该合金由至少一部分或者全部平均粒径小于或者等于50nm的晶粒构成。

Description

一种电流互感器用磁芯、电流互感器和瓦特计
技术领域
本发明涉及一种电流互感器用磁芯，以及一种电流互感器和在其中使用的瓦特计，该瓦特计适于检测具有对称波形的交流电和叠加有直流量的交流电。
背景技术
相关技术说明
具有电流互感器(CT)和霍尔元件的电流传感器被用作交流电检测。使用电流传感器的目的是进行断路器、瓦特计、逆变器，或者类似器件的电流检测。
在日本，虽然现在主要使用的是一种具有轮盘的瓦特计，但是，通过这种方式不能检测到失真电流，并且不能准确地计算电能。因此，关于瓦特计的规格应转变为适用于失真波形(半波整流波形)的国际标准IEC1036。与此有关的是，现有的轮盘方式的瓦特计已经被废除了，而是应用一种采用了电流互感器或者霍尔元件的瓦特计来检测电流。同样，以逆变器等为目的，在检测带有失真波形和叠加有直流量的交流电中，电流传感器起到了重要的作用。
具有霍尔元件的电流传感器通过下述方法进行电流检测：在磁芯中形成气隙并使霍尔元件内置在气隙部，在磁芯的闭合磁路中穿过通有测量电流的导线，并且检测到与通过霍尔元件在气隙中产生的电流近似成比例的磁场。电流互感器(CT)通常是通过在磁芯的某一闭合磁路中缠绕具有比较多的匝数的二级线圈，并使原边(通有待测电流的边)穿过该闭合磁路来使用的。电流互感器(CT)型电流传感器的结构如图1所示。虽然磁芯的形状有环形和共轭形，但是对环形带绕铁心进行缠绕的方法，可以接近于理论操作的实现，因为形状可以小型化，而且可以减少漏磁。
在穿过电流I0是交流电，并且满足RL<<2πf·L2的理想情况下，输出电流i满足i＝I0/n(公式1)，其中，n：二级线圈匝数，并且，输出电压E0满足E0＝I0·RL/n(公式2)，其中，R：负载阻抗。事实上，作为对磁芯材料损失、漏磁等损失的响应，输出电压E0相对于理想值有所下降。虽然，电流互感器的灵敏度等于E0/I0，但是，实际上该值是由初级和二级线圈的结合度决定的。当结合度设定为K，则E0＝I0·RL·K/n(公式3)，其中，k：结合度。在理想的电流互感器中，虽然结合度K设定为1，但是，由于绕组内阻、负载阻抗需要的励磁电流、漏磁、透磁率的非线性等现象的影响，在实际的电流互感器中，结合度k的值大约为K＝0.95-0.99。当RL小于或者等于100Ω时，大致为上述程度的值。由于当在磁路中存在气隙时，K值会减小，没有气隙的环形磁芯可以实现具有最高结合度的理想电流互感器。当截面S更大、二级线圈的匝数n更多，并且负载阻抗RL更小时，K的值接近于1。该K值随着穿过电流I0的变化而改变，尤其是如果I0非常小，小于或者等于100mA，使用低透磁率材料，K值表现为趋于减小，当要以高精确度测量非常小的电流时，需要使用具有高透磁率的磁芯材料。
比差表示电流值的准确度，在每个测量点，比差是理想值和实际测量值之间的误差比率，并且结合度特征与比差相关。相位差表示波形的准确度，是输出波形至测量原始波形之间的相位差距。电流互感器的输出通常变为超前的相位。对于综合功率表等所使用的电流互感器来说，这两个特征是尤其重要的特征。
因此，在需要测量微小电流的电流互感器中，电流互感器需要使用像坡莫合金这种具有高初透磁率的材料，以通过增加结合度K减小比差，并减小相位差。电流互感器的最大穿过电流I0max是确定线性度的最大电流，最大穿过电流I0max不仅受负载阻抗或者内阻的影响，而且受所使用的磁芯材料的磁性影响。为了能够测量大电流，优选的是，磁芯材料的饱和磁通密度比较高。
作为制作电流互感器的磁芯材料，硅钢、坡莫合金、非晶合金、铁基纳米晶合金材料，以及类似材料，已为人们熟知。虽然，硅钢板是具有高磁通密度的低成本材料，但是，由于透磁率低，磁滞现象强，并且对于由电流产生的磁场来说，振幅透磁率的变化比较大，比差和相位差大，并且数值同样也在变化，这就存在一个问题，即实现高准确度的电流互感器是困难的。因为剩余磁通密度大，精确测量不对称电流，例如半波电流的电流值是困难的。
作为测量非对称电流的电流互感器CT，钴基非晶合金表现了优秀的特性，因为对于磁场来说，其振幅透磁率的变化比较小，并且磁滞现象弱。具有大约为1500低透磁率的钴基非晶合金也发展起来，并用于进行具有直流偏磁的电流检测的CT。然而，因为钴基非晶合金的饱和磁通密度低于或者等于1T，存在的问题是，这对于测量大电流或从减小其尺寸上来说是不够的，并且它也是热不稳定的。因此，当大电流是偏置的时候，存在电流测量受限的问题，而且，小型化或者稳定性方面未必足够。同样，大量使用成本高的钴也是不利的。
另一方面，由于与钴基非晶合金相比较，铁基非晶合金相对磁场的振幅透磁率具有较大的变动，存在的问题是，在其作为电流互感器的情况下，比差和相位差的变动是较大的，并且，由于高透磁率而很难实现对非对称电流，如半波电流等，进行精确的测量。作为用作电流互感器的铁基非晶合金磁芯的一种合金的具体实例，该合金包含大约70-80原子％的Fe，大约20原子％的Fe由钴代替、3原子％的Fe由Ni、Mn、V、Ti，或者Mo代替，13-30原子％的元素从所公开的B、Si或者C族中选择。然而，由于将其用作具有小直径的带绕铁心的情况下，磁性的热处理可靠性也较大，所以实现特性的稳定成为一个困难的问题，并且，使用在一般家庭用的积算瓦特计中的电流互感器的大批量生产仍然是个问题。
因为铁基纳米晶表现为高透磁率和优秀的软磁特性，铁基纳米晶合金被应用于共模扼流圈、高频变压器、脉冲变压器等器件上的磁芯。公知的典型组成有，日本特公平H04-004393号公报中及日本特开平H01-242755号公报中公开的Fe-Cu-(Nb，Ti，Zr，Hf，Mo，W，Ta)-Si-B系合金，Fe-Cu-(Nb，Ti，Zr，Hf，Mo，W，Ta)-B系合金等。这些铁基纳米晶合金是通过对由液相或气相进行急冷方法生产的非晶合金进行热处理，使之微晶化而获得的。铁基纳米晶合金是通过上述非晶合金进行微晶化制成的，已知其与铁系非晶合金表现为同等程度的具有高饱和磁通密度和低磁弹性的优秀软磁特性。特许文献1、特许文献2，和特许文献3记载了铁基纳米晶材料适宜用作电流传感器(变流器(电流互感器))，并且记载了适合应用于断路器、积算瓦特计等。
特许文献1：特开平H01-235213号公报(第二页，右上栏第16行～左下栏第17行，以及图12)。
特许文献2：特开平H05-203679号公报，([0012]～[0013]，以及图1)
特许文献3：特表(PCT申请译文)2002-530854号公报([0001]，[0014])。
发明内容
发明所解决的问题
瓦特计的具有霍尔元件的电流传感器的缺点包括，由于具有气隙而产生漏磁，并且可能对周边发生影响，反过来，也容易受到周边漏磁的影响，具有足够精确度的可测电流范围比电流互感器的可测电流范围小，并且不具有高灵敏度等。同样，在电流互感器中，因为可以通过改变使用在二级侧上的阻抗值来改变可测电流的范围，同一电流互感器能够适应具有不同规格的瓦特计，因为根据可测电流的范围需要重新设计霍尔元件的类型，这对于降低设计生产成本来说是不利的。
虽然，积算瓦特计等所使用的电流互感器的磁芯常可采用具有高透磁率的材料，如坡莫合金等材料所制作的磁芯，但是，近年来随着电力的自由化发展，不但需要能够精确地测量常规的正负对称电流和电压波形，而且需要能够精确地测量非对称电流波形和失真电流波形。此外，当由于应用的目的而叠加直流量时，同样需要能够精确地测量交流电。对于这种需求，检测电流的电流互感器用磁芯必须是具有相对大的各向异性磁场Hk，表现为低剩余磁通密度、弱的磁滞现象和具有足够线性度的磁化曲线的磁芯材料。
然而，常规的电流互感器用磁芯，尤其当偏置有直流量时，存在的一个问题是磁芯的饱和度导致不能实现充分的电流检测。当使电流互感器对非正定/负定对称电流，如半波正弦电流的状态进行响应和对偏置状态进行响应时，电流互感器有必要能够检测处于偏置有直流量状态的电流。虽然，传统的铁基非晶软磁合金磁芯的饱和磁通密度比较高，尤其当制作小直径和大迭片系数的磁芯时，因为其相对于振幅透磁率的磁场变化较大，对于以测量有直流偏置的电流为目的电流互感器的大量生产是个问题。在铁-钴系非晶合金中，虽然通过增加钴的含量使B-H回线倾斜，而且B-H回线的线性度不是很充分，但是不能得到B-H回线的优选的线性度，除非增加钴的含量并且将透磁率降低至低于800。然而，在此种特性下，由于透磁率太低，而且相角和比差变得太大，将其用于电流互感器就成为一个问题。虽然，公知的是，钴基非晶磁性合金磁芯能够应用于实现测量具有相对较大直流偏置的目的，因为高饱和磁通密度大约为1T，并且其受限于增加Hk，在小型化及测量电流范围方面必然存在不足，同时还有热不稳定性的问题。
为了解决上述问题，本发明的发明人发明了一种由非晶合金所组成的磁芯，此种非晶合金在用作偏置非对称波形和直流量的电流测量用电流互感器时具有优秀的特性，该非晶合金的合成物的通式为：Fe100-x-zNixX＇z(原子％)，其中，X＇为从硅和硼中所选择的至少一种元素，x和z分别满足5≤x≤30和14≤z≤30，8000Am-1的磁通密度B8000大于1.2T，各向异性磁场Hk的范围为150Am-1至1200Am-1，矩形比BrB8000 -1小于或者等于5％，在50Hz、0.05Am-1条件下的交流比初透磁率μr大于1000，并且小于或者等于4500。此处，各向异性磁场Hk等于如图2所示磁芯的相应磁化困难轴方向上的B-H回线的各向异性磁场。
本发明涉及的合金中，铁和镍是基本的元素。铁具有增加磁通密度的作用，而镍具有减小矩形比、调整各向异性磁场Hk、调整交流比初透磁率，以及减小对于由一次线圈导线中流动的电流所产生磁场的振幅透磁率的变化的作用。由于通过镍可以改善非晶合金表面的平面粗糙度，其还具有增加迭片系数和减弱磁滞现象的作用。所包含的镍量x需要满足5≤x≤30。所包含的镍量x低于5原子％时是不适宜的，此时各向异性小、各向异性磁场Hk小，并且振幅比透磁率的变化较大。当所包含的镍量x高于10原子％时可以得到更优秀的磁性。所包含的镍量x高于30原子％时是不适合的，此时会引起磁通密度的显著降低。当所包含的镍量x低于或者等于25原子％时可以得到更优秀的磁性。
关于本发明的合金中，X＇为从硅和硼中所选择的至少一种元素，并且其具有影响非晶形成的作用。当所包含的X＇量z低于14原子％时非晶形成困难，故是不适宜的，所包含的X＇量z高于30原子％是不适合的，因为此时将引起饱和磁通密度的显著降低和合金的显著的脆化。
本发明的磁芯能够容易地获得50Hz、100Am-1的交流比初透磁率μra100与交流比初透磁率μra005的比值μra100/μra005在0.85≤μra100/μra005≤1.15范围内的特性，并且当将其用在电流互感器中，这是用作电流互感器磁芯的优选范围，因为，可以使得相对于一级电流的相角和比差的变化小。
在本发明的磁芯中，优选非晶合金所包含的硼的含量在高于8原子％、低于或者等于25原子％的范围内，因为此时在制造宽的非晶态合金带时可以抑制晶态形成，并且在电流互感器中的离散度较小。同样，优选合金中硅的含量在高于0.5原子％、低于或者等于17原子％的范围内，因为此时其具有提高热稳定性和增强耐蚀性的作用，并且可以获得更好的结果。
在本发明的合金中，从Cr、Mn、V、Ti、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Co、Cu、Sn、Zn、In、Ag、Au、Sc、铂族元素、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、稀土类元素、N、O和S中选择至少一种元素，所选择的元素可以置换低于或者等于5原子％的Fe。置换这些元素，可以提高耐蚀性，可以控制磁性，如各向异性和磁弹性，而且可以根据改善电流互感器的可靠性和使用目的控制该特性。
在本发明的合金中，从C、Ge、Ga、Al、Be，和P中选择至少一种元素，所选择的元素可以置换低于或者等于5原子％的X＇。通过置换这些元素，可以提高非晶结构潜能，可以控制磁性，如各向异性和磁弹性，而且可以为降低电流互感器的离散度作出贡献。
尤其当磁芯外径小于或者等于32mm，并且迭片系数大于75％时，因为能够使对于由一次线圈导线中流动的电流所产生的磁场的振幅透磁率的变化变小，并且能够使作为电流互感器一次电流的相角和比差变小，相对于常规的电流互感器用铁基非晶磁芯，可以获得更好的结果。
本发明的电流互感器用磁芯通过下述方式制作，采用快速冷却方式，如单辊方式，冷却上述合成物的合金熔炼制作，而后制作出非晶合金带，如果需要则进行槽处理，缠绕成环形后形成带绕磁芯形式，并通过提高温度完成热处理。优选热处理前的非晶合金带不含有结晶相，但也可以含有部分结晶相。虽然，在不包括活性金属的情况下能够在大气中执行如单辊方式的快速冷却方式，但是，当包括活性金属的情况下，该方式能够在惰性气体，如氩、氦等气体中，或者在减压的条件下执行。同样，该磁芯也可以在含有氮气、一氧化碳气体或者二氧化碳气体中制作。优选合金带的表面粗糙度比较小，而且优选其表面粗糙度Ra小于或者等于5μm。尤其是在小于或者等于2μm时更佳。
热处理通常在惰性气体，如氩气、氮气、氦气等，或者在真空环境中进行。通过至少在热处理的部分期间内加印具有足够强度的能使合金饱和的磁场而完成磁场中的热处理，则得到感生磁各向异性。在带的横向上(带绕磁芯的高度方向)外加磁场，并且磁场强度大于8kAm-1，该强度使得磁芯达到磁饱和。所外加的磁场可以使用任何的直流、交流，或者重复脉冲磁场。通常在高于200℃的温度范围下外加磁场超过20分钟，并且同样在升温中，保持常温，以及冷却时外加，电流互感器的矩形比将变小、B-H回线的线性度得到提高，并且能够实现比较小的相角和比差。当矩形比BrB8000 -1控制在小于或者等于5％时，能够在应用中获得更好的结果。尤其当矩形BrB8000 -1控制在小于或者等于3％时，可以获得作为积算瓦特计的电流互感器的更佳的特性。此处，B8000是在外加有8000Am-1磁场情况下的磁通密度。另一方面，当在无磁场条件下进行热处理时，或不在磁场中运用热处理，作为电流互感器的性能显著恶化。优选的是在常规露点小于或者等于-30℃的惰性气体中进行热处理，在露点小于或者等于-60℃的惰性气体中进行热处理更佳，因为可以获得离散度小的较好结果。在热处理的情况下，所到达的最高温度要低于结晶温度，该温度范围通常为250℃到500℃。在热处理中保持常温的模式，从批量生产的角度出发，常温的保持时间少于或者等于24小时，最好少于或者等于4小时。所保持的热处理温度优选在300℃至450℃的范围内。在进行热处理的情况下，平均的加热温度速率优选为从0.1℃/分钟至100℃/分钟，更好的选择为从0.1℃/分钟至50℃/分钟，而平均的冷却速率优选为从0.1℃/分钟至50℃/分钟，更好的选择为从0.1℃/分钟至10℃/分钟，在这个范围内能够得到电流互感器B-H回线的尤为良好的线性度，并且相位差小，能实现小的比差的变化。热处理也可分步进行或进行多次。当磁芯的尺寸比较大，或者通过热处理制作大量的磁芯时，通过在低速下升温能够获得更好的结果。在磁芯尺寸比较大的情况下，当升温速率太快时，因为由于磁芯的温度不均匀和由膨胀差而产生的局部压力可能带来特性恶化的可能性，或者可能由于合金磁芯的每个部分的热处理产生差别而不能得到满足要求的特性。此外，能够通过在合金中通入直流电、交流电，或者脉冲电流，并使合金发热而完成热处理。
本发明的电流互感器用磁芯，使用时通过将其插入绝缘芯箱使用。这是为了通过在磁芯中产生压力而阻止特性恶化，在容器和磁芯之间加入润滑脂，或者将软毡等夹在中间。
必要时，本发明涉及的电流互感器用磁芯的合金，在合金带的表面上涂敷SiO2、MgO、Al2O3等的粉末或者膜，通过化学转化处理进行表面处理形成绝缘层，通过阳极氧化处理在表面上形成氧化绝缘层，以及实现内层绝缘等，因而获得较好的结果，即在包含高频成分的情况下能够实现精确的电流测量。当制作本发明的磁芯时，如果必要也可能进行注入、涂敷等，为防止特性退化，可将磁芯插入如酚醛树脂等的箱子中，成为不施加应力的状态，并在箱子上缠绕探测线圈用作电流互感器。本发明的磁芯表现了作为测量具有直流偏置电流的电流互感器用磁芯的最好性能。根据适用于失真波形规范的国际标准IEC1036，该磁芯优选用于积算瓦特计用电流互感器。
本发明的另一方面提供是具有上述电流互感器用磁芯和探测线圈的电流互感器。包括本发明的磁芯的电流互感器能够实现精确的电流测量，由于在偏置有直流量等情况下，在半波波形的电流测量中相位差和比差小，所以容易校正。本发明的电流传感器，根据电流的测量规范，习惯于在探测线圈上设置阻抗。本发明的电流互感器可与各个探测线圈一起进行树脂浇铸。
本发明的电流互感器，通过适当地选择磁芯尺寸和探测线圈，可以实现在23℃，相位差在额定电流的范围5°以内，而且比差的绝对值在1％以内的特性。
本发明的电流互感器，可以实现在23℃，在偏置有1/3直流量的电流强度测量的情况下相位差在5°以内，而且，尤其在叠加有直流量时，比差的绝对值在1％以内的特性。此外，该电流互感器的温度特性优于使用常规坡莫合金和钴基非晶合金的电流互感器。如果应用误差补偿电路，可以进一步提高测量的精确度。因为包括本发明的电流互感器的瓦特计能够与适用于失真波形(半波整流波形)规范的国际标准IEC1036相适应，甚至在未来，随着电力工业发展而放松管制的情况下需要进行失真电流波形的电能测量时，能够成为高度精确的瓦特计。
本发明的效果
根据本发明，可提供一种电流互感器用磁芯，电流互感器和使用该电流互感器的瓦特计，该瓦特计优选用于实现对具有非对称波形的交流电和叠加有直流量的交流电的检测，效果显著。
具体实施方式
以下根据实施例对本发明进行说明，但是本发明并未局限于所述实施例。
(实施例1)
通过单辊方式快速冷却Fe82-xNixSi2B16(原子％)的合金熔炼，得到宽为5mm、厚为22μm的非晶合金带。将这种非晶合金带卷制成外径30mm，内径21mm的环形磁芯。
将制造出的环形磁芯插入处于氮气环境下的热处理炉，并在磁场中完成热处理。在进行热处理时，在合金磁芯的磁路上和在垂直方向(合金带的横向)，即磁芯的高度方向上施加280KAm-1的磁场。由于X射线的衍射作用，合金在热处理前后没有观察到结晶峰，而确定为非晶单相状态。
因而，可以测量这种Fe82-xNixSi2B16(原子％)合金磁芯的8000Am-1的磁通密度B8000、矩形比BrB8000 -1、矫顽力Hc、比透磁率μr，以及各向异性磁场Hk。同样，可以测量50Hz、100Am-1的交流比初透磁率μra100，和50Hz、0.05Am-1的交流比初透磁率μra005，并且可以计算μra100/μra005的比值。图3为Fe82-xNixSi2B16(原子％)合金磁芯的8000Am-1的磁通密度B8000；图4为矩形比BrB8000 -1；图5为50Hz、0.05Am-1的交流比初透磁率μr；图6为各向异性磁场Hk；图7为50Hz、100Am-1的交流比初透磁率μra100与50Hz、0.05Am-1的交流比初透磁率μra005的比值μra100/μra005。本发明磁芯的B8000，一直到Ni量x占30原子％，表现为高于1.1T的相对高值。矩形比BrB8000 -1在Ni量x占大于5原子％到少于或者等于30原子％的范围内，表现为小于或者等于5％的低值。50Hz、0.05Am-1的交流比初透磁率μr随着Ni中x数量的增加而降低。虽然，直到Ni量x占5原子％，μra100/μra005小于0.85，而且相对于磁场的变化，透磁率的变化比较大，但是，在Ni量x占大于5原子％时，其表现为大于0.85且小于或者等于1.15，并且相对于磁场的变化，透磁率的变化比较小。因此，在应用电流互感器的磁芯的实例中，由于测量电流的相角和比差为单调地变化，可以容易地进行补偿。
当x超过30原子％时，μr变得小于1000。另一方面，各向异性磁场Hk随着Ni的x数量的增加而增大。在Ni量x占大于5原子％的情况下，各向异性磁场Hk的值大于150A/m，并且，在Ni量x占50原子％时，各向异性磁场Hk的值为1500A/m。同样，在Ni量x占大于15原子％的情况下，各向异性磁场Hk的值大于500A/m。
因而，通过使用x＝10原子％的磁芯，制作2500匝的探测线圈，在无负载阻抗的情况下，将50Hz、30A的电流通入初级导线，并在23℃下测量相位差和比差。此外，表1示出了叠加5A直流的确定电流测量可能性的结果。本发明的磁芯表现了电流互感器的优秀特性，即相位差小于或者等于4度，比差的绝对值小于或者等于1％，使得当叠加有直流量时的电流测量成为可能。同样，当Ni的x数量超过30％，由于磁通密度降低，透磁率也在变小，所以相对于钴基非晶合金，铁基非晶合金就失去了优势。
[表1]
 
Ni量x(原子％)    0 3 5 10 15 20 25 30
测量的可能性     × × ○ ○ ○ ○ ○ ○
○：可测的
×：不可测的
[实施例2]
表2中示出的合成物的合金熔炼，在氩气中，通过单辊方式进行快速冷却，得到厚为5mm、宽为23μm的非晶合金带。将这种非晶合金带缠绕为外径22mm，内径18mm，则制造出本发明所述的磁芯。对该合金磁芯进行与实施例1相似的热处理，而后进行磁处理。由于X射线的衍射作用，该合金在热处理后确定为非晶状态。为了进行比较，同样评价了本发明之外的铁基非晶合金磁芯。因而，通过使用上述磁芯制作电流互感器，可以测量在23℃下的额定电流的相位差以及比差的绝对值。表2示出了磁通密度B8000、矩形比BrB8000 -1、比透磁率μr、各向异性磁场Hk，以及额定电流的相位差和比差的绝对值。同样，最大值示出了25A的半波正弦电流测量的适宜性。因为，相位差和比差的绝对值较小，尤其在偏置有直流量的情况下是可用的，所以本发明的磁芯可以作为电流互感器使用，该电流互感器可以使用在比较宽的领域内，如使用在积算瓦特计用电流互感器和工业用电流互感器中。
[表2]
○：可测的
△：大误差
×：不可测的
[实施例3]
通过单辊方式快速冷却Fe73.53Ni10B15.68Si0.79(原子％)的合金熔炼，得到厚为5mm、宽为23μm的非晶合金带。将这种非晶合金带缠绕外径30mm，内径15mm，则制造出环形磁芯。将制造出的磁芯插入处于氮气环境下的热处理炉，并在磁场中完成热处理。在进行热处理时，在合金磁芯的磁路上和在垂直方向(合金带的横向)，即磁芯的高度方向上施加280KAm-1的磁场。由于X射线的衍射作用，合金在热处理后没有观察到结晶峰，而确定为非晶单相状态。因而，可以计算出这种合金的8000Am-1的磁通密度B8000、矩形比BrB8000 -1、矫顽力Hc、50Hz、0.05A/m下的比透磁率μr、各向异性磁场Hk、50Hz、100Am-1的交流比初透磁率μra100、50Hz、0.05Am-1的交流比初透磁率μra005，以及μra100/μra005的比值。B8000为1.50T，矩形比BrB8000 -1为1％，50Hz、0.05Am-1的比透磁率μr为2200，各向异性磁场Hk为690A/m，并且μra100/μra005为0.95。然后，制作出这种磁芯的2500匝探测线圈，并制作出电流互感器。在23℃条件下，电流互感器的在额定电流30A下的比差和相位差的绝对值分别为0.02％和0.28％。然后，制作出具有本发明所述的电流互感器的积算瓦特计。不仅能对具有正负对称的正弦波形的交流电进行电力测量，也能对半波波形电流进行测量。
附图说明
图1为本发明的电流互感器(CT)型电流传感器的一种结构实例。
图2为本发明的磁芯的磁化困难轴方向的B-H回线和各向异性磁场Hk的一个实例。
图3为本发明磁芯的Fe82-xNixSi2B16(原子％)合金的8000Am-1下的磁通密度B8000。
图4为本发明磁芯的Fe82-xNixSi2B16(原子％)合金的矩形比BrB8000 -1。
图5为本发明磁芯的Fe82-xNixSi2B16(原子％)合金的50Hz、0.05Am-1的交流比透磁率μr。
图6为涉及本发明磁芯的Fe82-xNixSi2B16(原子％)合金的各向异性磁场Hk。
图7为本发明磁芯的Fe82-xNixSi2B16(原子％)合金的50Hz、100Am-1的交流比初透磁率μra100与50Hz、0.05Am-1的交流比初透磁率μra005的比值μra100/μra005。

Claims (7)

1.一种电流互感器用磁芯，其特征在于其组成由下述通式表示的非晶合金组成：Fe100-x-zNixX′z，其中，X′由硅和硼组成，其中，所包含的B量的范围为大于8原子％，并且小于或者等于25原子％；所包含的Si含量大于0.5原子％，并且小于或者等于17原子％；x和z分别满足15≤x≤30，14≤z≤30；
所述非晶合金包括选自从Cr、Mn、V、Ti、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、W、Co、Cu、Sn、Zn、In、Ag、Au、Sc、铂族元素、Mg、Ca、Sr、Ba、稀土类元素、N、O和S中的至少一种元素，所选择的元素可以置换低于或者等于5原子％的Fe；
所述非晶合金包括选自C、Ge、Ga、Al、Be和P中的至少一种元素，所选择的元素置换低于或者等于5原子％的X′；
所述非晶合金的8000Am-1的磁通密度B8000大于1.2T，各向异性磁场Hk的范围为大于500Am-1，并且小于或者等于1200Am-1，矩形比BrB8000 -1小于或者等于5％，在50Hz、0.05Am-1条件下的交流比初透磁率μr的范围为大于1000，并且小于或者等于4500。
2.根据权利要求1所述的电流互感器用磁芯，其中所述非晶合金在50Hz、100Am-1的交流比初透磁率μra100与在50Hz、0.05Am-1的交流比初透磁率μra005的比值μra100/μra005的范围为0.85≤μra100/μra005≤1.15。
3.根据权利要求1或2所述的电流互感器用磁芯，其中，磁芯外径小于或者等于32mm，并且迭片系数大于75％。
4.一种电流互感器，包括根据权利要求1至3中任一权利要求所述的电流互感器用磁芯和探测线圈。
5.根据权利要求4所述的电流互感器，其中，在23℃下，在额定电流的范围内相位差在5°以内，而且比差的绝对值小于或者等于1％。
6.根据权利要求4所述的电流互感器，其中，在23℃下，在偏置有1/3直流量的电流强度测量的情况下相位差在5°以内，而且，比差的绝对值小于或者等于1％。
7.一种瓦特计，包括根据权利要求4至6中任一权利要求所述的电流互感器。
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