CN117153549A - 一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，包括纳米晶带材制备：采用快速凝固法制备纳米晶带材，对其进行热处理，制得具有高磁导率和低剩磁的纳米晶带材；磁芯剪切与磁性优化处理：将纳米晶带材剪切成所需尺寸的磁芯片，并对磁芯片进行磁性优化处理；双磁芯组装：将两片磁性优化处理过的纳米晶磁芯片组装成双磁芯结构；绕组制作与装配：将双磁芯结构与绕组装配在一起，形成完整的电流互感器结构；互感器外壳制作与封装：制作电流互感器的外壳并装入外壳；性能测试：对生产完成的电流互感器进行性能测试。本发明采用以上生产工艺生产的纳米晶双磁芯电流互感器，具有较好的抗直流偏磁性能，提高了电流测量的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体为一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺。
背景技术
随着科技的发展，现有的工业和民用电路系统中大量的应用了变频、开关电源以及整流设备，这些设备的大量使用导致了线路中会存在一定的直流分量，电流互感器在有较大直流分量时容易被磁化饱和，对于电流检测的精度带来了极大的挑战。而随着智能电网的发展，具有抗直流分量要求的磁芯的需求快速增长。
纳米晶材料具有优异的综合磁性能：高饱和磁感、高初始磁导率、低Hc，高磁感下的高频损耗低，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或低Br值，是目前市场上综合性能最好的材料。广泛应用于电源、变压器、无线充电等领域。
电流互感器是用于测量电力系统中的电流的关键设备。传统的电流互感器在存在直流偏磁时，会导致测量误差增大，影响电力系统的稳定性和安全性。为了解决这个问题，采用纳米晶磁芯的电流互感器应运而生，但当前的纳米晶磁芯电流互感器的磁芯在生产中工艺较为复杂，生产成本较高，单只纳米晶磁芯的磁导率较低，导致电流互感器工作的稳定和检测精度造成影响。为此提出一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术不足，本发明提供了一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，解决了：当前的纳米晶磁芯电流互感器的磁芯在生产中工艺较为复杂，生产成本较高，单只纳米晶磁芯的磁导率较低，导致电流互感器工作的稳定和检测精度造成影响的问题，通过简化生产工艺，提高对磁芯生产的效率和质量，对纳米晶带材的晶粒进行充分细化，提高电流互感器的硬度和强度，同时提高导电性和导热性，配合多股的一次绕组和单股的二次绕组，具有较好的抗直流偏磁性能，提高了电流测量的准确性。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，包括
步骤一、纳米晶带材制备：选用高纯度金属或其合金作为原料，并将其熔化，采用快速凝固法制备纳米晶带材，对其进行热处理，制得具有高磁导率和低剩磁的纳米晶带材；
步骤二、磁芯剪切与磁性优化处理：将纳米晶带材剪切成所需尺寸的磁芯片，并对磁芯片进行磁性优化处理，以降低磁芯片的磁滞损耗；
步骤三、双磁芯组装：将两片磁性优化处理过的纳米晶磁芯片组装成双磁芯结构，通过精确控制磁芯片之间的间隙，提高抗直流偏磁性能；
步骤四、绕组制作与装配：对电流互感器的绕组进行设计与制作，将双磁芯结构与绕组装配在一起，形成完整的电流互感器结构；
步骤五、互感器外壳制作与封装：制作电流互感器的外壳，将电流互感器装入外壳，进行密封处理，以保证互感器的安全性和稳定性；
步骤六、性能测试：对生产完成的电流互感器进行性能测试。
作为本发明的进一步优选方式，所述步骤一中快速凝固的速度为10^6K/s，所述步骤一中热处理为退火处理和淬火处理，将纳米晶带材放入退火炉中，进行高温退火处理，并对纳米晶带材进行淬火处理，进一步细化晶粒。
作为本发明的进一步优选方式，所述退火处理的温度为0.5-0.8倍材料熔点温度，所述退火时间为8-30min，所述淬火处理采用水淬方式。
作为本发明的进一步优选方式，所述步骤二中的磁性优化处理方式采用磁场退火处理，利用在磁场下进行退火处理，调控纳米晶带材的结构和磁性性能。
作为本发明的进一步优选方式，所述步骤三中的磁芯片之间的间隙控制在0.05-0.1mm之间，减小磁通的损失和漏磁。
作为本发明的进一步优选方式，所述步骤四中的绕组包括一次绕组和二次绕组，所述一次绕组为多股绕组，所述二此绕组为单股绕组。
作为本发明的进一步优选方式，所述步骤五中的外壳采用聚合物材料一体注塑成型，所述聚合物材料为聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯中的一种。
作为本发明的进一步优选方式，所述步骤六中的性能测试包括抗直流偏磁性能、额定参数测试、精度测试、线性度测试、频率响应测试以及温度特性测试。
(三)有益效果
本发明提供了一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺。具备以下有益效果：
本发明通过简化生产工艺，提高对磁芯生产的效率和质量，对纳米晶带材的晶粒进行充分细化，提高电流互感器的硬度和强度，同时提高导电性和导热性，配合多股的一次绕组和单股的二次绕组，具有较好的抗直流偏磁性能，提高了电流测量的准确性，有利于提升电力系统的稳定性和安全性。
附图说明
图1为本发明的抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，包括
步骤一、纳米晶带材制备：选用高纯度金属或其合金作为原料，并将其熔化，采用快速凝固法制备纳米晶带材，对其进行热处理，制得具有高磁导率和低剩磁的纳米晶带材；
步骤二、磁芯剪切与磁性优化处理：将纳米晶带材剪切成所需尺寸的磁芯片，并对磁芯片进行磁性优化处理，以降低磁芯片的磁滞损耗；
步骤三、双磁芯组装：将两片磁性优化处理过的纳米晶磁芯片组装成双磁芯结构，通过精确控制磁芯片之间的间隙，提高抗直流偏磁性能；
步骤四、绕组制作与装配：对电流互感器的绕组进行设计与制作，将双磁芯结构与绕组装配在一起，形成完整的电流互感器结构；
步骤五、互感器外壳制作与封装：制作电流互感器的外壳，将电流互感器装入外壳，进行密封处理，以保证互感器的安全性和稳定性；
步骤六、性能测试：对生产完成的电流互感器进行性能测试。
进一步改进地，所述步骤一中快速凝固的速度为10^6K/s，所述步骤一中热处理为退火处理和淬火处理，将纳米晶带材放入退火炉中，进行高温退火处理，并对纳米晶带材进行淬火处理，进一步细化晶粒，通过采用快速凝固的方式使其迅速凝固成带状结构，提高加工的方便性，通过对快速凝固得到的带材进行热处理，使其晶粒再次细化，形成纳米晶带材。
进一步改进地，所述退火处理的温度为0.5-0.8倍材料熔点温度，所述退火时间为8-30min，所述淬火处理采用水淬方式，退火温度一般在晶界恢复温度以上，但要低于材料的熔点，在退火过程中，晶界得到了恢复和重构，晶粒尺寸得到了增长，但仍保持在纳米级别，利用水淬工艺对晶粒增长后的纳米晶带材进一步快速冷却，使晶界和晶粒再次细化，从而提高材料的强度和硬度。
进一步改进地，所述步骤二中的磁性优化处理方式采用磁场退火处理，利用在磁场下进行退火处理，调控纳米晶带材的结构和磁性性能。
进一步改进地，所述步骤三中的磁芯片之间的间隙控制在0.05-0.1mm之间，减小磁通的损失和漏磁，通过控制磁芯片之间的间隙在0.05-0.1mm之间，降低对磁芯片组装加工的难度，同时避免磁芯片之间的短路或卡死，提高电流互感器的测量精度和稳定性。
进一步改进地，所述步骤四中的绕组包括一次绕组和二次绕组，所述一次绕组为多股绕组，可以减小电流密度，降低损耗和热量，提高绕组的承载能力和抗干扰能力，所述二此绕组为单股绕组，可以提高电流互感器的灵敏度和输出精度。
进一步改进地，所述步骤五中的外壳采用聚合物材料一体注塑成型，所述聚合物材料为聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯中的一种，具有轻量、高强度、防腐蚀的特点，有效对电流互感器使用的安全性。
具体改进地，所述步骤六中的性能测试包括额定参数测试、精度测试、线性度测试、频率响应测试以及温度特性测试。
实施例一
首先，选用高纯度铁，并将其熔化，采用快速凝固法制备具有高磁导率和低剩磁的铁基纳米晶带材，对其进行热处理，制得具有高磁导率和低剩磁的纳米晶带材，将制备的纳米晶带材放入高温退火炉中进行退火处理，退火温度为1230℃，退火时间为8min，并进行水淬处理，对纳米晶带材内的晶粒进一步细化处理；
其次，将纳米晶带材剪切成所需尺寸的磁芯片，并对磁芯片进行磁场退火处理，使磁芯片具有较低的磁滞损耗，调控纳米晶带材的结构和磁性性能。
然后，将两片磁性优化处理过的纳米晶磁芯片组装成双磁芯结构，精确控制的间隙为0.1mm，控制磁芯片之间的磁通耦合，从而提高抗直流偏磁性能。
随后，对电流互感器的绕组进行设计与制作，选择具有适当导电性能和绝缘性能的导线材料，以多股绕组的方式绕制一次绕组，并以单股绕组的方式绕制二次绕组，并将双磁芯结构与绕组装配在一起，形成完整的电流互感器结构。
接着，以聚合物注塑的方式制作电流互感器的外壳，将电流互感器装入外壳，进行密封处理，以保证互感器的安全性和稳定性。
最后，对生产完成的电流互感器进行性能测试，检验其抗直流偏磁性能、额定参数测试、精度测试、线性度测试、频率响应测试以及温度特性测试的指标。
通过简化生产工艺，提高对磁芯生产的效率，利用出纯度较高的铁金属以较高的温度和时间进行退火处理，对纳米晶带材的晶粒进行充分细化，并缩短了生产的时间，提高电流互感器的硬度和强度，同时提高导电性和导热性。
实施例二
首先，选用高纯度铁，并将其熔化，采用快速凝固法制备具有高磁导率和低剩磁的铁基纳米晶带材，对其进行热处理，制得具有高磁导率和低剩磁的纳米晶带材，将制备的纳米晶带材放入高温退火炉中进行退火处理，退火温度为770℃，退火时间为30min，并进行水淬处理，对纳米晶带材内的晶粒进一步细化处理；
其次，将纳米晶带材剪切成所需尺寸的磁芯片，并对磁芯片进行磁场退火处理，使磁芯片具有较低的磁滞损耗，调控纳米晶带材的结构和磁性性能。
然后，将两片磁性优化处理过的纳米晶磁芯片组装成双磁芯结构，精确控制的间隙为0.1mm，控制磁芯片之间的磁通耦合，从而提高抗直流偏磁性能。
随后，对电流互感器的绕组进行设计与制作，选择具有适当导电性能和绝缘性能的导线材料，以多股绕组的方式绕制一次绕组，并以单股绕组的方式绕制二次绕组，并将双磁芯结构与绕组装配在一起，形成完整的电流互感器结构。
接着，以聚合物注塑的方式制作电流互感器的外壳，将电流互感器装入外壳，进行密封处理，以保证互感器的安全性和稳定性。
最后，对生产完成的电流互感器进行性能测试，检验其抗直流偏磁性能、额定参数测试、精度测试、线性度测试、频率响应测试以及温度特性测试的指标
通过简化生产工艺，提高对磁芯生产的效率，利用出纯度较低的铁金属以较低的温度和较长时间进行退火处理，对纳米晶带材的晶粒进行充分细化，生产周期加长，但有效降低生产的能耗和设备的温度，同时提高电流互感器的硬度和强度，同时提高导电性和导热性。
本发明解决的问题当前的纳米晶磁芯电流互感器的磁芯在生产中工艺较为复杂，生产成本较高，单只纳米晶磁芯的磁导率较低，导致电流互感器工作的稳定和检测精度造成影响，本发明通过简化生产工艺，提高对磁芯生产的效率和质量，对纳米晶带材的晶粒进行充分细化，提高电流互感器的硬度和强度，同时提高导电性和导热性，配合多股的一次绕组和单股的二次绕组，具有较好的抗直流偏磁性能，提高了电流测量的准确性，有利于提升电力系统的稳定性和安全性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述电流互感器的生产工艺包括以下步骤：
步骤一、纳米晶带材制备：选用高纯度金属或其合金作为原料，并将其熔化，采用快速凝固法制备纳米晶带材，对其进行热处理，制得具有高磁导率和低剩磁的纳米晶带材；
步骤二、磁芯剪切与磁性优化处理：将纳米晶带材剪切成所需尺寸的磁芯片，并对磁芯片进行磁性优化处理，以降低磁芯片的磁滞损耗；
步骤三、双磁芯组装：将两片磁性优化处理过的纳米晶磁芯片组装成双磁芯结构，通过精确控制磁芯片之间的间隙，提高抗直流偏磁性能；
步骤四、绕组制作与装配：对电流互感器的绕组进行设计与制作，将双磁芯结构与绕组装配在一起，形成完整的电流互感器结构；
步骤五、互感器外壳制作与封装：制作电流互感器的外壳，将电流互感器装入外壳，进行密封处理，以保证互感器的安全性和稳定性；
步骤六、性能测试：对生产完成的电流互感器进行性能测试。
2.根据权利要求1所述的一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述步骤一中快速凝固的速度为10^6K/s，所述步骤一中热处理为退火处理和淬火处理，将纳米晶带材放入退火炉中，进行高温退火处理，并对纳米晶带材进行淬火处理，进一步细化晶粒。
3.根据权利要求2所述的一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述退火处理的温度为0.5-0.8倍材料熔点温度，所述退火时间为8-30min，所述淬火处理采用水淬方式。
4.根据权利要求1所述的一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述步骤二中的磁性优化处理方式采用磁场退火处理，利用在磁场下进行退火处理，调控纳米晶带材的结构和磁性性能。
5.根据权利要求1所述的一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述步骤三中的磁芯片之间的间隙控制在0.05-0.1mm之间，减小磁通的损失和漏磁。
6.根据权利要求1所述的一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述步骤四中的绕组包括一次绕组和二次绕组，所述一次绕组为多股绕组，所述二次绕组为单股绕组。
7.根据权利要求1所述的一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述步骤五中的外壳采用聚合物材料一体注塑成型，所述聚合物材料为聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种抗直流纳米晶双磁芯电流互感器的生产工艺，其特征在于：所述步骤六中的性能测试包括抗直流偏磁性能、额定参数测试、精度测试、线性度测试、频率响应测试以及温度特性测试。
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