[发明专利]用于低频用途的磁芯和制备用于低频用途的磁芯的方法有效

专利信息
申请号: 201180038894.8 申请日: 2011-08-05
公开(公告)号: CN103069512B 公开(公告)日: 2016-11-02
发明(设计)人: 约尔格·佩佐德 申请(专利权)人: 真空融化股份有限公司
主分类号: H01F1/153 分类号: H01F1/153;H01F41/02
代理公司: 北京铭硕知识产权代理有限公司 11286 代理人: 王占杰;刘奕晴
地址: 德国*** 国省代码: 德国;DE
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摘要:
搜索关键词: 用于 低频 用途 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及由螺旋状卷起的、软磁的、纳米晶体的条带所制成的用于低频用途的磁芯,所述磁芯应当特别适于在故障电流保护开关(FI开关)中使用。

背景技术

故障电流保护开关起到针对电流冲击来保护人员和设备的作用。根据标准DIN EN61008/DIN VDE0664,用于对引起断路的断电器进行操作的能量必需仅仅通过故障电流来提供。对于仪器保护而言,通常的断开电流为300mA、500mA或1000mA。与之相对,对于人员保护而言,断开电流不能超过30mA。特殊的人员保护开关甚至具有10mA的断电阈值。根据所述标准,开关必须在-5℃至80℃的范围内理想地运行。对具有高要求的开关而言,工作范围在-25℃至100℃。

FI开关被分成交变电流敏感型和脉冲电流敏感型。

交变电流敏感型FI开关必须对正弦型故障电流表现出所需的敏感度。它必须既能可靠地被突然上升的故障电流断开,也能可靠地被缓慢上升的故障电流断开,这对材料的涡流行为提出了一些要求。在这种情况下,双极地调制故障电流互感器。在故障电流的情况中,它的二级电压必须至少足以使断电器的磁性系统断开。为了互感器芯的布线节约空间,需要一种材料,其在50Hz的通常工作频率下具有尽可能高的磁导率。因为通过R回线(磁滞回线的圆形形式),不仅在初始磁导率的范围内,而且在最大磁导率的场强下,可以实现非常高的50Hz磁导率值,所以除交变电流敏感型FI开关以外也广泛应用它。此时,最佳的工作点处于最大磁导率的范围内或稍高。

在此之外,脉冲电流敏感型FI开关必须也在具有和不具有相位缺角(Phasenanschnitt)的并具有叠加的直流分量的半波或全波整流电流下独立地被电流方向可靠地断开。因为高剩磁感应,所以具有圆形回线的互感器仅具有小的单极感应频移,由此提供的断开电压在脉冲型故障电流的情况下可能太小。这导致更多地使用具有扁平回线的互感器芯,其尽管具有高的单极感应频移,但同时具有与圆形回线相比明显较低的磁导率。

为了在要求的故障电流范围内达成可靠的断开行为,由互感器芯提供的断开性能应当尽可能高。为此,主要的影响因素是芯的几何形状以及与材料的工艺精加工(例如,通过热处理)结合的磁性材料性质。

在不同的出版物中,描述了对用于对交变电流和脉冲电流敏感的FI开关的互感器材料的细节,例如A.Winkler,H.Zürneck,M.Emsermann:“故障电流保护开关的脱扣和长期行为(Langzeitverhalten von Fehlerstrom-Schutzschaltern)”,Schriftenreihe von der Bundesanstalt für Arbeitsschutz出版,531号研究报告(1988);F.Pfeifer,H.Wegerle:“用于脉冲敏感型故障电流保护开关的材料(Werkstoffe für pulssensitive Fehlerstrom-Schutzschalter)”,Berichte der Arbeitsgemeinschaft Magnetismus,第1卷(1982),第120-165页;“用于脉冲电流敏感型故障电流保护开关的环形磁芯(Ringbandkerne für pulstromsensitive Fehlerstromschutzschalter)”,Vacuumschmelze GmbH的公司文件PW-002;以及“西门子能源技术(Siemens Energietechnik)”,3,第6册,第208-211页(1981)。

早年,由NiFe合金制成的总电流互感器几乎是唯一被使用的。其中,具有圆形或扁平回线的高磁导的75-80百分比的NiFe材料(也称为“μ-金属”或“坡莫合金”)特别适合用于敏感的人员保护开关。这些材料具有约0.8T的饱和磁感应强度,并达到300000或更大的最大磁导率。但是,对于非正弦型的故障电流的谐波部分的传播而言,动力学性质是不理想的。原因是相对高的50至150μm的条带厚度和相对低的0.5μΩm≤ρ≤0.6μΩm的电阻率。此外,对温度系数的相应行为的调整需要在热处理时增加对成本的开支。

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