[0001] Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Magnetkerns für einen Stromwandler, ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen Magnetkerns und einen Stromwandler mit einem
solchen Magnetkern.
[0002] Zur Erfassung des Energieverbrauchs elektrischer Geräte und Anlagen in Industrie
und Haushalt werden Energiezähler eingesetzt. Das älteste dabei gebräuchliche Prinzip
ist das des Ferraris-Zählers. Der Ferraris-Zähler basiert auf der Energiezählung über
die Rotation einer mit einem mechanischen Zählwerk verbundenen Scheibe, die durch
die strom- bzw. spannungsproportionalen Felder entsprechender Feldspulen angetrieben
wird. Für die Erweiterung der Funktionsmöglichkeiten von Energiezählern wie z.B. für
Mehrtarifbetrieb oder Fernablesung werden elektronische Energiezähler eingesetzt,
bei denen die Strom- und Spannungserfassung über induktive Strom- und Spannungswandler
erfolgt.
[0003] Eine spezielle Anwendung, bei der eine besonders hohe Genauigkeit gefordert ist,
ist die Erfassung der Energieströme im Bereich der Elektrizitätsversorgungsunternehmen.
Hier müssen zum einen die von den jeweiligen Kraftwerken erzeugten und in die Hochspannungsnetze
eingespeisten Energiemengen präzise bestimmt werden, zum anderen sind für die Abrechnung
die wechselnden Anteile von Verbrauch oder Lieferung im Verkehr zwischen den Energieversorgungsunternehmen
von großer Bedeutung. Die hierfür eingesetzten Energiezähler sind Multifunktions-Einbaugeräte,
deren Eingangssignale für Strom und Spannung aus dem jeweiligen Hoch- und Mittelspannungsanlagen
über Kaskaden von Strom- und Spannungswandlern abgegriffen werden und deren Ausgangssignale
zur digitalen und graphischen Registrierung bzw. Anzeige sowie zu Steuerungszwecken
in den Schaltwarten dienen. Dabei dienen die netzseitig ersten Wandler zur potentialgetrennten
Transformation der hohen Strom- und Spannungswerte, z.B. 1 bis 100 kA und 10 bis 500
kV, auf in Schaltschränken handhabbare Werte, die zweiten transformieren diese im
eigentlichen Energiezähler auf die von der Meßelektronik benötigten Signalpegel im
Bereich weniger 10 bis 100 mV.
[0004] Die Figur 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines solchen Stromwandlers und die Bereiche
der technischen Daten, wie sie in verschiedenen Anwendungen auftreten können. Gezeigt
ist hier ein Stromwandler 1. Auf einem Magnetkern 4, der aus einem amorphen weichmagnetischen
Band aufgebaut ist, befindet sich die Primärwicklung 2, die den zu messenden Strom
I
prim führt und eine Sekundärwicklung 3, die den Meßstrom I
sec führt. Der Sekundärstrom I
sec stellt sich automatisch so ein, daß die Amperewindungen primär und sekundär im Idealfall
gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind. Der Verlauf der Magnetfelder in einem
solchen Stromwandler ist in der Figur 2 dargestellt, wobei Verluste im Magnetkern
nicht berücksichtigt sind. Der Strom in der Sekundärwicklung 3 stellt sich dann nach
dem Induktionsgesetz so ein, daß er die Ursache seiner Entstehung, nämlich die zeitliche
Änderung des magnetischen Flusses im Magnetkern 4, zu hindern versucht.
[0005] Im idealen Stromwandler ist daher der Sekundärstrom, multipliziert mit dem Verhältnis
der Windungszahlen, negativ gleich dem Primärstrom, was durch Gleichung (1) veranschaulicht
wird:
[0006] Dieser Idealfall wird wegen der Verluste im Bürdenwiderstand 5, im Kupferwiderstand
6 der Sekundärwicklung und im Magnetkern 4 nie erreicht.
[0007] Im realen Stromwandler weist daher der Sekundärstrom gegenüber der obigen Idealisierung
einen Amplitudenfehler und einen Phasenfehler auf, was durch Gleichung (2) beschrieben
wird:
[0008] Die Ausgangssignale eines solchen Stromwandlers werden digitalisiert, multipliziert,
integriert und gespeichert. Das Ergebnis ist eine elektrische Größe, die für die genannten
Zwecke zur Verfügung steht.
[0009] Die zur Energiezählung in diesen Anwendungen eingesetzten elektronischen Energiezähler
arbeiten "indirekt", so daß nur rein bipolare, nullsymmetrische Wechselströme im Zähler
selbst gemessen werden müssen. Dazu dienen Stromwandler, die mit Magnetkernen aus
hochpermeablen Werkstoffen aufgebaut sind und zur Erreichung geringer Meßfehler über
einen kleinen Phasenfehler ϕ mit sehr vielen, d.h. typischerweise 2500 und mehr, Sekundärwindungen
ausgestattet sein müssen.
[0010] Für die Abbildung rein bipolarer Ströme sind Stromwandler bekannt, deren Magnetkerne
aus hochpermeablen kristallinen Legierungen, insbesondere Nickel-Eisen-Legierungen,
bestehen, die ca. 80 Gew.% Nickel enthalten und unter dem Namen "Permalloy" bekannt
sind. Diese weisen einen grundsätzlich sehr niedrigen Phasenfehler ϕ auf. Sie haben
dabei aber den Nachteil, daß dieser Phasenfehler ϕ stark mit dem zu messenden Strom
I
prim, was gleichbedeutend mit der Aussteuerung des Wandlerkerns ist, variiert. Für eine
präzise Strommessung bei wechselnden Lasten mit diesen Wandlern ist daher eine aufwendige
Linearisierung im Energiezähler erforderlich.
[0011] Des weiteren sind Stromwandler bekannt, die auf der Basis eisenloser Luftspulen arbeiten.
Dieses Prinzip ist als sogenanntes Rogowski-Prinzip bekannt. Hierbei entfällt der
Einfluß der Aussteuerung auf den Phasenfehler. Da die Anforderungen an die Störsicherheit
solcher Stromwandler jedoch sehr hoch sein müssen, um eine eichfähige Energiezählung
zu ermöglichen, sind diese Konstruktionen mit aufwendigen Abschirmungen gegen äußere
Felder ausgestattet, was einen hohen Material- und Montageaufwand bedeutet und daher
kostenintensiv ist.
[0012] Ferner sind Lösungen bekannt, bei denen ein mit einem Luftspalt versehener (gescherter)
Ferrit-Schalenkern als Magnetkern eingesetzt wird. Diese Stromwandler verfügen über
eine sehr gute Linearität, jedoch ist aufgrund der relativ niedrigen Permeabilität
der Ferrite eine sehr hohe Windungszahl in Verbindung mit einem sehr großvolumigen
Magnetkern erforderlich, um bei dem Stromwandler einen geringen Phasenwinkel zu erzielen.
Diese auf Ferrit-Schalenkernen basierenden Stromwandler weisen ferner ebenfalls eine
hohe Empfindlichkeit gegenüber externen Fremdfeldern auf, so daß auch dort Abschirmmaßnahmen
getroffen werden müssen.
[0013] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkern anzugeben, der bei Einsatz
in einem Stromwandler im Vergleich zum Stand der Technik eine höhere Meßgenauigkeit
eines zu messenden Stroms gestattet. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Magnetkerns sowie ein Stromwandler mit einem solchen Magnetkern angegeben
werden.
[0014] Die Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung eines Magnetkerns für einen Stromwandler
die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Magnetkern aus einem gewickelten Band aus
einer amorphen ferromagnetischen Legierung besteht, eine Sättigungspermeabilität aufweist,
die größer als 20.000 und kleiner als 300.000 ist, eine Sättigungsmagnetostriktion
aufweist, deren Betrag kleiner als 0,5 ppm ist und im wesentlichen frei von mechanischen
Spannungen ist. Der Magnetkern weist eine magnetische Anisotropieachse auf, entlang
der sich die Magnetisierung des Magnetkerns besonders leicht ausrichtet und die senkrecht
zu einer Ebene ist, in der eine Mittellinie des Bandes verläuft, d.h. die senkrecht
zur Richtung des gewickelten Bandes verläuft. Die Legierung weist eine Zusammensetzung
auf, die im wesentlichen aus der Formel
Co
a(Fe
1-xMn
x)
bNi
cX
dSi
eB
fC
g
besteht, worin X zumindest eines der Elemente V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ge, P ist, a bis
g in Atom-% angegeben sind und wobei a, b, c, d, e, f, g und x die folgenden Bedingungen
erfüllen:
[0015] Die Permeabilität bezieht sich auf eine angelegte Feldstärke, die in der Ebene liegt,
in der die Mittellinie des Bandes liegt, und die hierdurch hervorgerufene Induktion.
[0016] Es hat sich gezeigt, daß bei einem solchen Magnetkern die Abhängigkeit der Permeabilität
von der Magnetisierung sehr klein ist. Die Hystereseschleife des Magnetkerns ist also
sehr schmal und linear.
[0017] Da die Permeabilität mit über 20.000 sehr groß ist und zudem im wesentlichen unabhängig
von der Vormagnetisierung ist, sind der absolute Phasenfehler und der absolute Amplitudenfehler
eines Stromwandlers mit einem solchen Magnetkern sehr klein. Der absolute Amplitudenfehler
kann kleiner als 1‰ sein. Der absolute Phasenfehler kann kleiner als 0,1° sein.
[0018] Der Stromwandler weist neben dem Magnetkern mindestens eine Primärwicklung und eine
Sekundärwicklung, zu der ein Bürdenwiderstand parallel geschaltet ist und der den
Sekundärstromkreis niederohmig abschließt, auf.
[0019] Es hat sich ferner gezeigt, daß die Hystereseschleife des Magnetkerns eine hohe Linearität
aufweist. So betragen ein Permeabilitätsverhältnis µ
15/µ
4 < 1,1 und ein Permeabilitätsverhältnis µ
10/µ
0,5 < 1,25, wobei µ
0,5, µ
4, µ
10 und µ
15 die Permeabilitäten bei einer Feldamplitude H von 0.5, 4, 10 und 15 mA/cm sind.
[0020] Die kleine Sättigungsmagnetostriktion und die Ausrichtung der Anisotropieachse wirken
sich besonders vorteilhaft auf die hohe Linearität der Hystereseschleife aus.
[0021] Aufgrund der guten Linearität weisen der Phasen- sowie der Amplitudenfehler im wesentlichen
keine Abhängigkeit vom zu messenden Strom auf.
[0022] Da der absolute Phasenfehler, der absolute Amplitudenfehler und die Abhängigkeit
der Fehler vom zu messenden Strom sehr klein sind, kann durch den Stromwandler eine
sehr exakte Stromerfassung erfolgen.
[0023] Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit der Legierung der beschriebenen
Zusammensetzung durch eine geeignete Wärmebehandlung ein Magnetkern mit den beschriebenen
Eigenschaften erzeugt werden kann. Dabei sind sehr viele Parameter aufeinander abgestimmt,
damit der Magnetkern die beschriebenen Eigenschaften aufweist.
[0024] Im folgenden wird eine Wärmebehandlung, die ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkerns
ist und ebenfalls die Aufgabe löst, beschrieben:
[0025] Nach Herstellung und Wicklung des Bandes zum Magnetkern wird der Magnetkern auf eine
Zieltemperatur (Entspannungstemperatur) zwischen 380°C und 500° C erhitzt. Der Magnetkern
wird von der Zieltemperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt, wobei spätestens ab der
Curie-Temperatur der Legierung ein Magnetfeld H > 100 A/cm, besser > 1000 A/cm eingeschaltet
wird, das parallel zur zu erzeugenden Anisotropieachse des Magnetkerns ist. Die Curie-Temperatur
T
c ist die Temperatur, bei der eine spontane Magnetisierung der Legierung einsetzt.
Je nach Legierungszusammensetzung, die die Lage der Curietemperatur bestimmt und zu
erzielendem Permeabilitätsniveau erfolgt die Abkühlung mit Raten zwischen 0,1 und
10 K/min. Der Temperatur-Zeit-Verlauf kann dabei stationär, nichtlinear, stetig oder
unstetig sein. Die Abkühlzeit kann dabei zwischen 0,25 und 60 Stunden betragen.
[0026] Die Zieltemperatur ist so gewählt, daß sie unterhalb der Kristallisationstemperatur
der Legierung liegt. Vorzugsweise liegt die Zieltemperatur mindestens 100°C unter
der Kristallisationstemperatur der Legierung.
[0027] Ferner ist die Zieltemperatur so gewählt, daß bei den beschriebenen Legierungen eine
sehr kleine Sättigungsmagnetostriktion erzielt wird. Die hierzu erforderliche Zieltemperatur
hängt vom Verhältnis von Fe, Mn zu Co. Je größer dieses Verhältnis ist, um so kleiner
wird die Zieltemperatur gewählt, um eine möglichst kleine Sättigungsmagnetostriktion
zu erhalten.
[0028] Durch das Erhitzen werden zugleich ein Ausgleich mechanischer Spannungen und eine
kleine Sättigungsmagnetostriktion erzielt.
[0029] Eine besonders hohe Linearität der Hystereseschleife läßt sich erzielen, wenn das
Verhältnis des mechanischen elastischen Spannungstensors des Magnetkerns multipliziert
mit der Sättigungsmagnetostriktion zur uniaxialen Anisotropie kleiner als 0,5 ist.
[0030] Es hat sich gezeigt, daß die beschriebene Dauer zum Abkühlen dazu führt, daß bei
zugleich hoher Sättigungspermeabilität eine für eine gute Linearität der Hystereseschleife
ausreichend hohe Anisotropie erzielt wird. Durch die beschriebene Eliminierung von
Magnetostriktion und Spannung wird es möglich, trotz sehr kleiner Werte der uniaxialen
Anisotropie hochlineare Hystereseschleifen mit sehr hohen Permeabilitäten zu erzeugen.
Je länger die Abkühlung im Magnetfeld dauert, um so kleiner ist die Sättigungspermeabilität
und um so höher ist die Anisotropie. Dies liegt daran, daß sich atomare Bereiche der
Legierung, die magnetische Dipolmomente aufweisen, unterhalb der Curie-Temperatur
im Magnetfeld nach und nach immer weiter räumlich ausrichten, so daß eine Vorzugsrichtung
für die Magnetisierung gebildet wird, das heißt die Anisotropieachse gebildet wird.
Je ausgeprägter diese Ausrichtung im Magnetfeld ist, um so größer wird die uniaxiale
Anisotropie, aber um so niedriger wird die Permeabilität.
[0031] Die im Magnetfeld ablaufenden Ausrichtungsvorgänge hängen von der Temperatur in zweifacher
Weise ab. Je höher die Temperatur ist, um so beweglicher sind die atomaren Bereiche
und um so leichter richten sie sich aus. Je tiefer die Temperatur ist, um so größer
ist die treibende Kraft des Magnetfeldes auf die magnetischen Dipolmomente der atomaren
Bereiche, das heißt, um so stärker ist die ausrichtende Kraft, die auf die atomaren
Bereiche wirkt. Durch die beschriebene Dauer der Abkühlung wurden diese Faktoren optimal
aufeinander abgestimmt, so daß bei zugleich hoher Permeabilität eine für gute Linearität
ausreichend hohe Anisotropie erzielt wird.
[0032] Das Magnetfeld ist derart gewählt, daß die Sättigungsmagnetisierung des Magnetkerns
in seiner axialen Richtung sicher erreicht ist.
[0033] Zur Erzielung hoher Permeabilitäten ist die Zusammensetzung der Legierung derart
gewählt, daß die Curie-Temperatur bei Berücksichtigung anderer zu optimierender Parameter,
z.B. einer hohen Sättigungsinduktion, möglichst klein ist.Die Curie-Temperatur liegt
beispielsweise zwischen 190°C und 270°C. Dies ist aus technischen und wirtschaftlichen
Gründen vorteilhaft, da aus Linearitätsgründen unterhalb der Curie-Temperatur nicht
feldfrei abgekühlt werden kann. Eine Absenkung der Curie-Temperatur wird zunächst
dadurch erreicht, daß der Metalloidgehalt, d.h. der Anteil von Si und B angehoben
wird, wobei die Sättigungsinduktion gleichzeitig auch absinkt. Werden dagegen Mn-Zusätze
innerhalb der diskutierten Bereiche zugefügt, so kann eine Absenkung der Curie-Temperatur
unter Beibehaltung der Sättigungsinduktion erzielt werden.
[0034] Gleichzeitig wird durch eine Erhöhung des Metalloidgehaltes unter Berücksichtigung
anderer zu optimierender Parameter, wie z.B. der Sättigungsmagnetostriktion, eine
Erhöhung der Kristallisationstemperatur erzielt. Dies ist vorteilhaft, da eine hohe
Kristallisationstemperatur ein besseres Alterungsverhalten des Magnetkerns sowie eine
hohe Zieltemperatur und damit einen besseren Ausgleich der mechanischen Spannung ermöglicht.
[0035] Ferner wurde bei der Wahl der Zusammensetzung der Legierung berücksichtigt, daß die
Sättigungsinduktion des Magnetkerns möglichst groß ist. Dies ist vorteilhaft, da bei
großer Sättigungsinduktion der Linearitätsbereich erweitert wird und damit ein höherer
Strom zuverlässig gemessen werden kann, bevor die Sättigung erreicht und dadurch die
Linearität der Stromabbildung zerstört wird. Die Sättigungsinduktion ist um so größer,
je größer das Verhältnis von Co, Fe, Mn zum Rest der Legierung ist. Gleichzeitig nimmt
dadurch die Kristallisationstemperatur ab.
[0036] Aufgrund der hohen Permeabilität kann der Stromwandler bei zugleich exakter Stromerfassung
ein besonders kleines Volumen aufweisen.
[0037] Hinsichtlich der geforderten Eigenschaften besonders gute Stromwandler lassen sich
durch die Verwendung von amorphen, ferromagnetischen Legierungen verwirklichen, die
einen Magnetostriktionswert |λ
s| < 0,1 ppm aufweisen, wobei die Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen
aus der Formel
Co
a(Fe
1-xMn
x)
bNi
cX
dSi
eB
fC
g
besteht, worin X zumindest eines der Elemente V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ge und P ist,
a bis g in Atom-% angegeben sind und wobei a, b, c, d, e, f, g und x die folgenden
Bedingungen erfüllen:
[0038] Eine weitere Verbesserung läßt sich mit Stromwandlern erzielen, die als Wandlerkernwerkstoff
amorphe, ferromagnetische Legierungen der obengenannten Art enthalten, bei denen a,
b, c die folgende Bedingung erfüllen:
[0039] Die obengenannten Legierungssysteme zeichnen sich durch sehr lineare, ausgesprochen
schmale Hystereseschleifen aus , wobei eine Permeabilität µ
4 > 120000 bei einer Feldamplitude
Ĥ von 4 mA/cm mit dem beschriebenen Verfahren gut einstellbar ist.
[0040] Die erfindungsgemäßen Legierungssysteme sind nahezu magnetostriktionsfrei. Die Magnetostriktion
wird vorzugsweise durch eine Wärmebehandlung eingestellt, so daß lineare Hystereseschleifen
mit einem aufgrund der hohen Sättigungsinduktion von B
s = 0,5 bis 0,7 T weiträumig nutzbaren Induktionsbereich und einem sehr guten Frequenzgang
bezüglich der Permeabilität und vergleichsweise niedrigen Ummagnetisierungsverlusten
herstellbar sind.
[0041] Solche hochlinearen Stromwandler werden bei den besonders hervorgehobenen Legierungszusammensetzungen
erreicht, da mit einer angepaßten Wärmebehandlung ein Nulldurchgang der Sättigungsmagnetostriktion
eingestellt werden kann. Zusätzlich kann ausgenutzt werden, daß bei der üblichen Wärmebehandlung
zur Eigenschaftseinstellung die Temperaturabhängigkeit der Permeabilität im oder sehr
nahe am Nulldurchgang liegt.
[0042] Aufgrund der hohen Sättigungsinduktion können sehr hohe Ströme gemessen werden, bevor
die Sättigung erreicht und dadurch die Linearität der Stromabbildung gestört wird.
Durch eine Feinabstimmung des Verhältnisses von Silizium zu Bor sowie des Verhältnisses
von Co, Fe, Mn zum Rest der Legierung, kann eine besonders hohe Sättigungsinduktion
erzielt werden. Dabei läßt sich die Sättigungsinduktion durch Erhöhung des Anteils
der ferromagnetischen Elemente Co und Fe, aber auch durch Mn gegenüber dem Gesamtmetalloidgehalt
erhöhen. Darüber hinaus senkt Si aufgrund seiner 4 Valenzelektronen das magnetische
Moment stärker ab als B mit nur 3 Valenzelektronen. Auf diese Weise läßt sich durch
eine günstige Feinabstimmung von B zu Si die Sättigungsinduktion bei konstantem Gesamtmetalloidgehalt
weiter erhöhen. Die mit sinkendem Metalloidgehalt negativer werdende Magnetostriktion
muß dann allerdings wieder über den Fe - Gehalt soweit abgeglichen werden, daß der
Nulldurchgang schließlich durch die Zieltemperatur erreicht werden kann.
[0043] Durch Feinabstimmung des Eisengehalts zum Mangangehalt kann bei Wahl einer geeigneten
Zieltemperatur eine Sättigungsmagnetostriktion erzielt werden, deren Betrag kleiner
als 0,1 oder gar 0,05 ppm ist. Aufgrund der kleinen Sättigungsmagnetostriktion ist
die zur uniaxialen Anisotropie in Konkurrenz stehende Störanisotropie besonders klein.
Damit läßt sich auch bei kleinen uniaxialen Anisotropien, die für eine hohe Permeabilität
Voraussetzung sind, eine gute Linearität der Hystereseschleife erreichen.
[0044] Vorzugsweise weist der Magnetkern keinen Luftspalt auf. Ein Stromwandler mit einem
Magnetkern ohne Luftspalt weist eine besonders hohe Immunität gegenüber externen Fremdmagnetfeldern
ohne zusätzliche Abschirmmaßnahmen auf. Der Magnetkern ist beispielsweise ein geschlossener,
luftspaltloser Ringkern, Ovalkern oder Rechteckkern. Weist das Band, wie im Fall des
Ringkerns eine Rotationssymmetrieachse auf, so ist die Anisotropieachse parallel zur
Rotationssymmetrieachse.
[0045] Hinsichtlich der Wirbelstromverluste und damit dem Verlauf der Permeabilität hat
sich als günstiger Bereich für die Banddicke des Bandes eine Dicke d ≤ 26 µm erwiesen.
Um andererseits eine möglichst lineare schmale Hystereseschleife zu erreichen, hat
sich eine Banddicke d ≥ 15 µm erwiesen. Bei den erfindungsgemäßen Legierungen läßt
sich hierdurch der oberflächenbedingte Anteil der Störanisotropien überraschend stark
absenken.
[0046] Besonders kleine Koerzitivfeldstärken und damit eine besonders gute Linearität der
Hystereseschleife wird erzielt, wenn das Band zumindest an einer Oberfläche mit einer
elektrisch isolierenden Schicht versehen ist. Dies bewirkt einerseits eine bessere
Entspannung des Kerns, andererseits lassen sich durch die elektrisch isolierende Schicht
auch besonders niedrige Wirbelstromverluste erreichen.
[0047] Das Band wird beispielsweise vor dem Wickeln an mindestens einer seiner beiden Oberflächen
mit der elektrisch isolierenden Schicht versehen. Hierfür wird je nach Anforderung
an die Güte der isolierenden Schicht, ein Tauch-, Durchlauf-, Sprüh- oder Elektrolyseverfahren
am Band eingesetzt.
[0048] Alternativ wird der gewickelte Magnetkern vor Erhitzen auf die Zieltemperatur einer
Tauchisolation unterzogen, so daß das Band mit der elektrisch isolierenden Schicht
versehen wird. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Tauchverfahren bei Unterdruck
herausgestellt.
[0049] Bei der Auswahl des isolierenden Mediums ist darauf zu achten, daß dieses einerseits
auf der Bandoberfläche gut haftet, andererseits keine Oberflächenreaktion verursacht,
die zu einer Schädigung der Magneteigenschaften führen kann. Bei den hier in Rede
stehenden Legierungen haben sich Oxide, Acrylate, Phosphate, Silikate und Chromate
der Elemente Calzium, Magnesium, Aluminium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Silizium als
wirkungsvolle und verträgliche Isolatoren herausgestellt. Besonders effektiv ist dabei
Magnesium, welches als flüssiges magnesiumhaltiges Vorprodukt auf die Bandoberfläche
aufgebracht wird und sich während einer speziellen, die Legierung nicht beeinflussenden
Wärmebehandlung in eine dichte magnesiumhaltige Schicht umwandelt, deren Dicke D zwischen
25 nm und 3 µm liegen kann. Bei den Temperaturen der oben beschriebenen Magnetfeldwärmebehandlung
entsteht dann die eigentliche Isolatorschicht aus Magnesiumoxid.
[0050] Die Sekundärwicklung des Stromwandlers kann eine Windungszahl aufweisen, die kleiner
oder gleich 2200 ist. Die Primärwicklung des Stromwandlers kann eine Windungszahl
aufweisen, die gleich drei ist. Der Stromwandler kann für einen Primärstrom ausgelegt
sein, der kleiner oder gleich 20A beträgt.
[0051] Das Erhitzen auf die Zieltemperatur erfolgt möglichst schnell. Beispielsweise erfolgt
das Erhitzen auf die Zieltemperatur mit einer Rate zwischen 1 bis 15 K/min.
[0052] Der Magnetkern wird beispielsweise zwischen 0,25 und 4 Stunden auf der Zieltemperatur
gehalten, um einen möglichst guten Ausgleich der mechanischen Spannungen zu erzielen.
Diese Zeit kann um so kürzer sein, je höher die Zieltemperatur ist.
[0053] Die Abkühlung zwischen der Entspannungstemperatur und der Curie-Temperatur erfolgt
ebenfalls möglichst schnell, z.B. mit Raten von 0,5 - 10 K/min. Dabei reguliert die
Abkühlrate den Anteil des freien Volumens und damit der atomaren Ausrichtungsfähigkeit,
der bei tieferen Temperaturen zur Einstellung der Anisotropie zur Verfügung steht.
Nach Erreichen der Curie-Temperatur wird im angelegten Feld, das senkrecht zur Richtung
des Bandes steht, mit 0,1 - 5 K/min abgekühlt. Diese Abkühlrate wird so gewählt, daß
unter der treibenden Kraft des magnetischen Feldes durch die atomare Reorientierung
eine uniaxiale Anisotropie der gewünschten Größe entsteht. Da diese uniaxiale Anisotropie
reziprok zur Permeabilität ist, läßt sich mit hohen Abkühlraten eine hohe Permeabilität
einstellen.
[0054] Soll jedoch zur Linearisierung der Hystereseschleife oder zur Erhöhung der Anisotropiefeldstärke
eine etwas höhere magnetfeldinduzierte uniaxiale Anisotropie eingestellt werden, so
kann unterhalb der Curie-Temperatur ein stationäres Temperaturplateau eingefügt werden.
Die Temperatur ist dabei so niedrig zu wählen, daß die magnetischen Momente möglichst
hoch sind, andererseits aber auch so hoch, daß die Kinetik der Ausrichtungsvorgänge
noch schnell genug abläuft. Je nach Wirkung kann die Länge des Temperaturplateaus
bei angelegtem Magnetfeld zwischen 0,1 und 24 h betragen.
[0055] Zur Herstellung des Magnetkerns wird beispielsweise zunächst ein amorphes Band aus
einer Schmelze mittels der an sich bekannten Rascherstarrungstechnologie, die beispielsweise
in der DE 37 31 781 C1 beschrieben ist, hergestellt. Das amorphe Legierungsband wird
anschließend spannungsfrei zum Magnetkern gewickelt. Dabei ist zur Verringerung der
Störanisotropien vorzugsweise so zu verfahren, daß das Band eine geringe Oberflächenrauheit
aufweist.
[0056] Die Wärmebehandlung wird so vorgenommen, daß sich der Wert der Sättigungsmagnetostriktion
λ
s während der Wärmebehandlung um einen von der Legierungszusammensetzung abhängigen
Betrag in positive Richtung verändert, bis er im Bereich |λ
s | < 0,5 ppm, vorzugsweise |λ
s | < 0,05 ppm liegt. Dieser Wert ist auch dann zu erreichen, wenn der Betrag von λ
s im "as quenched"-Zustand des Bandes, d.h. also direkt nach dem Gießvorgang, deutlich
über diesem Wert liegt.
[0057] Je nach eingesetzter Legierung kann dabei eine Bespülung des Magnetkerns mit einem
reduzierenden oder wenigstens passiven Schutzgas erfolgen, so daß an der Bandoberfläche
weder Oxidationen noch andere Reaktionen auftreten können, abgesehen von den in gewissen
Fällen zulässigen selbstpassivierenden und gleichzeitig auch elektrisch isolierenden
äußerst dünnen Metalloid-Oxidschichten.
[0058] Der so behandelte Magnetkern wird schließlich verfestigt, z.B. durch Tränken, Beschichten,
Umhüllen mit geeigneten Kunststoffmaterialien und/oder Verkapselung und mit jeweils
mindestens der Sekundärwicklung des Stromwandlers versehen.
[0059] Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert.
- Figur 3
- zeigt schematisch den Verlauf einer Wärmebehandlung eines Magnetkerns.
- Figur 4
- zeigt im Vergleich die Abhängigkeiten der Permeabilitäten des Magnetkerns und der
Permeabilitäten von Permalloy-Kernen von einer Induktionsamplitude, die durch ein
erregendes Magnetfeld erzeugt wird.
- Figur 5
- zeigt die Abhängigkeit des Amplitudenfehlers und des Phasenfehlers vom zu messenden
Strom (Primärstrom).
- Figur 6
- zeigt schematisch den Magnetkern, der aus einem Band mit einer isolierenden Schicht
besteht, und seine Anisotropieachse.
[0060] Figur 6 ist nicht maßstabsgetreu und zeigt zwecks besserer Anschaulichkeit nur wenige
Windungen.
[0061] Mit einem nur 3,3 g schweren Magnetkern M aus einer amorphen ferromagnetischen Legierung
der Zusammensetzung Co
67,7Fe
3,8Mo
1,5Si
16,5B
10,5 konnte ein Stromwandler mit einer Primärwindungszahl N
1 = 3 und einer Sekundärwindungszahl N
2 = 2000 hergestellt werden, der über einen Bürdenwiderstand von 100 Ohm im Sekundärstromkreis
niederohmig abgeschlossen war.
[0062] Dazu wurde der Magnetkern M, der aus einem mit einer ca. 250nm dicken isolierenden
Schicht S aus Magnesiumoxid beschichtenem Band B bestand, der in Figur 3 dargestellten
Wärmebehandlung unterzogen. Zunächst wurde der Magnetkern M mit einer Rate von ca.
420 K/h innerhalb einer Stunde auf eine Zieltemperatur von ca. 458°C erhitzt und dort
etwa 1,5 h gehalten. Anschließend erfolgte eine Abkühlung mit einer Rate von ca. 120
K/h innerhalb von ca. zwei Stunden auf ca. 220°C und mit einer Rate von ca. 60 K/h
innerhalb von ca. drei Stunden auf Raumtemperatur. Die Abkühlung mit der Rate von
60 K/h erfolgte in einem transversalen Magnetfeld, das parallel zu einer Rotationssymmetrieachse
des Magnetkerns M war. Dabei bildete sich eine zum Magnetfeld parallele Anisotropieachse
A aus, entlang der sich die Magnetisierung des Magnetkerns M besonders leicht ausrichtet
(siehe Figur 6).
[0063] In diesem Beispiel wurde die Magnetostriktion durch die Wärmebehandlung von λ
s = - 13,5*10
-8 auf den sehr kleinen Wert von - 1,2*10
-8 verringert. Gleichzeitig wurden die im gewickelten Magnetkern M zuvor existierenden
mechanischen Spannungen annähernd vollständig eliminiert und so die Bedingung |
σ|≈0 erfüllt, wobei
σ der mechanische elastische Spannungstensor ist. Damit war die Voraussetzung für hohe
Permeabilitäten geschaffen und es wurde tatsächlich µ(50 Hz) = 177.000 erreicht. Es
wurde also eine günstige Kombination mit hoher Permeabilität und sehr guter Linearität(d.h.|λs|≈0
und |
σ|≈0) erzielt.
[0064] Die Hystereseschleife war dabei so linear, daß die in Figur 4 dargestellte Aussteuerungsabhängigkeit
der Permeabilität annähernd konstant verläuft. Vergleichbare Eigenschaften wurden
auch bei Zieltemperaturen von T
σ = 449°C gemessen. Zum Vergleich ist in Figur 4 die Aussteuerungsabhängigkeit der
Permeabilität konventioneller Permalloy-Legierungen dargestellt.
[0065] Die nach Bewicklung am beschriebenen Stromwandler gemessenen Verläufe von Phasenfehler
ϕ und Amplitudenfehler F sind in Figur 5 dargestellt. Dabei zeigt der Vergleich zu
konventionellen Permalloy-Legierungen beispielhaft die Vorzüge von Stromwandlern aus
magnetostriktionsfreien hochpermeablen Amorphkernen.
[0066] Der Stromwandler wies einen mittleren Phasenfehler ϕ von 0,19° und dabei eine Linearität
des Phasenwinkels Δϕ über einen Strombereich von 0,1 bis 2 A von weniger als 0,02°
auf. Die Permeabilität dieser amorphen wärmebehandelten ferromagnetischen Legierung
liegt bei einer Feldamplitude
Ĥ von 4 mA/cm bei 192000. Bei dem verwendeten Magnetkern M handelt es sich um einen
Ringbandkern der Abmessungen 19 x 15 x 5 mm mit einem Eisenquerschnitt von A
Fe = 0,081 cm
2.
[0067] Ähnlich gute Stromwandler konnten mit Magnetkernen aus folgenden Legierungen hergestellt
werden:
Co67,62Fe3,7Mo1,5Si16,5B10,68
Co68,2Fe3,9Mo1,5Si16,3B10,1
Co67,65Fe3,4Mn1,0Si16,75Mo0,2B11,0
Co68,3Fe3,4Mn1,0Si16,5Mo0,5B10,3
Co68,2Fe4,1Ni1,4Si14,7C0,2B11,4.
[0068] Im Gegensatz zu diesen Beispielen wurden unter Einsatz einer der bereits beschriebenen
Legierung (der Zusammensetzung Co
67,7Fe
3,8Mo
1,5Si
16,5B
10,5) deutlich schlechtere Magneteigenschaften erreicht, wenn die Wärmebehandlung in anderer
Weise geführt wurde. In einer ersten Abwandlung wurde mit der Absicht noch besserer
Entspannung die Zieltemperatur bis auf 510°C erhöht. Die in der Folge auftretende
stark nichtlineare Hystereseschleife besaß jedoch aufgrund starker Störanisotropien
durch einsetzende Kristallisation eine Anfangspermeabilität von nur noch 9.400.
[0069] Wurde die Entspannung dagegen bei T
σ = 400°C durchgeführt, so verschlechterte sich die Linearität der Hystereseschleife
ebenfalls, wobei in diesem Fall die Anfangspermeabilität bei 97.000 lag.
[0070] Nach einer schnellen Abkühlung im Querfeld mit 2,5 K/min anstatt mit 1 K/min (vgl.
Figur 3) verrundete die Schleife wegen der nun extrem kleinen uniaxialen Anisotropie
K
u ebenfalls. Die Anfangspermeabilität lag demzufolge nur bei 127.000.
[0071] Nach einer langsamen Abkühlung im Querfeld mit 0,5 K/min behielt die Schleife ihre
ausgeprägte Linearität. Die größere uniaxiale Anisotropienergie führte jedoch ebenfalls
zu einer reduzierten Permeabilität von nur 139.000.
1. Verwendung eines Magnetkerns für einen Stromwandler,
dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern
- aus einem gewickelten Band (B) aus einer amorphen, ferromagnetischen Legierung besteht,
- eine Sättigungspermeabilität aufweist, die größer als 20000 und kleiner als 300000
ist,
- eine Sättigungsmagnetostriktion aufweist, deren Betrag kleiner als 0,5 ppm ist,
- im wesentlichen frei von mechanischen Spannung ist,
- eine Anisotropieachse (A) aufweist, entlang der sich die Magnetisierung des Magnetkerns
(M) besonders leicht ausrichtet und die senkrecht zu einer Ebene ist, in der eine
Mittellinie des Bandes (B) verläuft, und
- die Legierung eine Zusammensetzung aufweist, die im wesentlichen aus der Formel
Coa(Fe1-xMnx)bNicXdSieBfCg
besteht, worin X zumindest eines der Elemente V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ge, P ist, a
bis g in Atom-% angegeben sind und wobei a, b, c, d, e, f, g und x die folgenden Bedingungen
erfüllen:
2. Verwendung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß a, b, c, d, e, f, g und x die folgenden Bedingungen erfüllen:
3. Verwendung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß a, b und c die folgenden Bedingungen erfüllen:
4. Verwendung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Betrag der Sättigungsmagnetostriktion kleiner als 0,1 ppm ist.
5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Magnetkern (M) eine Sättigungsmagnetisierung Bs von 0,5 bis 0,7 T aufweist.
6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Band (B) eine Dicke d von 15 µm ≤ d ≤ 26 µm aufweist.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Band (B) zumindest an einer Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht
(S) versehen ist.
8. Verwendung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß als elektrisch isolierende Schicht (S) eine Schicht aus Magnesiumoxid vorgesehen
ist.
9. Verwendung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch isolierende Schicht (S) eine Dicke D von 25 nm ≤ D ≤ 1µm aufweist.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
er als ein geschlossener, luftspaltloser Ringkern, Ovalkern oder Rechteckkern ausgestaltet
ist.
11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Verhältnis seines mechanischen elastischen Spannungstensors multipliziert mit
der Sättigungsmagetostriktion zu seiner uniaxialen Anisotropie kleiner als 0.5 ist.
12. Stromwandler für Wechselstrom mit einem Magnetkern nach einem der Ansprüche 1 bis
11, wobei der Stromwandler neben dem Magnetkern (M) als Wandlerkern aus zumindest
einer Primärwicklung und zumindest einer Sekundärwicklung, zu der ein Bürdenwiderstand
parallel geschaltet ist und der den Sekundärstromkreis niederohmig abschließt, besteht.
13. Stromwandler nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung eine Windungszahl Nsec ≤ 2200 aufweist, wobei die Primärwicklung eine Windungszahl Nprim = 3 aufweist und der Stromwandler für einen Primärstrom Iprim < 20 A ausgelegt ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines Magnetkerns nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
- bei dem nach Herstellung und Wicklung des Bandes (B) zum Magnetkern(M), der Magnetkern
(M) auf eine Zieltemperatur zwischen 380°C und 500°C erhitzt wird,
- bei dem der Magnetkern (M) von der Zieltemperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt
wird, wobei spätestens ab der Curie-Temperatur der Legierung ein Magnetfeld von H
> 100 A/cm eingeschaltet wird, das parallel zur Anisotropieachse (A) des Magnetkerns
(M) ist,
- bei dem die Rate zum Abkühlen von der Curie-Temperatur auf die Raumtemperatur zwischen
0,1 und 5 K/min liegt.
15. Verfahren nach Anspruch 14,
- bei dem das Erhitzen auf die Zieltemperatur mit einer Rate zwischen 1 bis 15 K/min
erfolgt,
- bei dem der Magnetkern (M) zwischen 0,25 und 4 Stunden auf der Zieltemperatur gehalten
wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15,
- bei dem das Abkühlen bei einer Zwischentemperatur, die unterhalb der Curie-Temperatur
liegt, unterbrochen wird, bei der der Magnetkern (M) zwischen 0,1 und 24 Stunden gehalten
wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
- bei dem das Abkühlen mit Raten zwischen 0,1 und 15 K/min erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17,
- bei dem das Abkühlen bis zur Curie-Temperatur mit einer Rate zwischen 0,5 und 10
K/min erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18,
- bei dem das Band (B) vor dem Wickeln an mindestens einer seiner beiden Oberflächen
mit einer elektrisch isolierenden Schicht (S) versehen wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18,
- bei dem der Magnetkern (M) vor Erhitzen auf die Zieltemperatur einer Tauchisolation
unterzogen wird, so daß das Band (B) mit einer elektrisch isolierenden Schicht (S)
versehen wird.
1. Use of a magnetic core for a current transformer,
characterized in that the magnetic core
- comprises a wound strip (B) of an amorphous, ferromagnetic alloy,
- has a saturation permeability which is greater than 20,000 and less than 300,000,
- has a saturation magnetostriction of an absolute amount less than 0.5 ppm,
- is substantially free from mechanical stress,
- has an anisotropy axis (A) along which the magnetization of the magnetic core (M)
is aligned particularly easily and is perpendicular to a plane in which a centre line
of the strip (B) runs, and
- the alloy has a composition which substantially comprises the formula
Coa(Fe1-xMnx)bNicXdSieBfCg,
where X is at least one of the elements V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ge, P, a to g are given
in atomic % and a, b, c, d, e, f, g and x satisfy the following conditions:
2. Use according to Claim 1,
characterized in that a, b, c, d , e, f, g and x satisfy the following conditions:
3. Use according to Claim 2,
characterized in that a, b and c satisfy the following conditions:
4. Use according to Claim 3, characterized in that the absolute amount of the saturation magnetostriction is less than 0.1 ppm.
5. Use according to one of Claims 1 to 4,
characterized in that the magnetic core (M) ha s a saturation magnetization Bs of 0.5 to 0.7 T.
6. Use according to one of Claims 1 5, characterized in that the strip (B) has a thickness d of 15 µm ≤ d ≤ 26 µm.
7. Use according to one of Claims 1 to 6,
characterized in that the strip (B) is provided at least on one surface with an electrically insulating
layer (S).
8. Use according to Claim 7, characterized in that a layer of magnesium oxide is provided as the electrically insulating layer (S).
9. Use according to Claim 8, characterized in that the electrically insulating layer (S) has a thickness D of 25 nm ≤ D ≤ 1 µm.
10. Use according to one of Claims 1 to 9,
characterized in that it is designed as a closed, air-gap-less toroidal core, oval core or rectangular
core.
11. Use according to one of C laims 1 to 11,
characterized in that the ratio of its mechanical elastic stress tensor multiplied by the saturation magnetostriction
to its uniaxial anisotropy is less than 0.5.
12. Current transformer for alternating current with a magnetic core according to one
of Claims 1 to 11, the current transformer comprising in addition to the magnetic
core (M) as the transformer core at least one primary winding and at least one secondary
winding, parallel to which a loading resistor is connected and which provides the
secondary circuit with a low-resistance termination.
13. Current transformer according to Claim 12,
characterized in that the secondary winding has a number of turns N sec ≤ 2200, the primary winding having a number of turns N prim = 3 and the current transformer being designed for a primary current Iprim < 20 A.
14. Method for producing a magnetic core according to one of Claims 1 to 11,
- in which, after producing and winding the strip (B) to form the magnetic core (M),
the magnetic core (M) is heated to a target temperature between 380°C and 500°C,
- in which the magnetic core (M) is cooled from the target temperature to room temperature,
a magnetic field of H > 100 A/cm, which is parallel to the anisotropy axis (A) of
the magnetic core (M) being switch ed on the latest from the Curie temperature of
the alloy,
- in which the rate of cooling from the Curie temperature to room temperature lies
between 0.1 and 5 K/min.
15. Method according to Claim 14,
- in which the heating to the target temperature takes place at a rate between 1 and
15 K/min,
- in which the magnetic core (M) is kept at the target temperature between 0.25 and
4 hours.
16. Method according to Claim 14 or 15,
- in which the cooling is interrupted at an intermediate temperature, which lies below
the Curie temperature and at which the magnetic core (M) is kept between 0.1 and 24
hours.
17. Method according to one of Claims 14 to 16,
- in which the cooling takes place at rates between 0.1 and 15 K/min.
18. Method according to Claim 17,
- in which the coo ling to the Curie temperature takes place at a rate between 0.5
and 10 K/min.
19. Method according to one of Claims 14 to 18,
- in which, before the winding, the strip (B) is provided with an electrically insulating
layer (S) on at least one of its two surfaces.
20. Method according to one of Claims 14 to 18,
- in which, before heating to the target temperature, the magnetic core (M) is subjected
to an immersion insulation , so that the strip (B) is provided with an electrically
insulating layer (S).
1. Utilisation d'un noyau magnétique pour un transformateur d'intensité,
caractérisée en ce que
- le noyau magnétique se compose d'un ruban enroulé (B) constitué d'un alliage ferromagnétique
amorphe,
- présente une perméabilité à saturation supérieure à 20 000 et inférieure à 300 000,
- présente une magnétostriction à saturation dont la valeur est inférieure à 0,5 ppm,
- est pour l'essentiel exempt de toute tension mécanique,
- présente un axe d'anisotropie (A) le long duquel la magnétisation du noyau magnétique
(M) s'oriente particulièrement facilement et qui est perpendiculaire à un plan dans
lequel s'étend une ligne médiane du ruban (B), et
- l'alliage présente une composition pour l'essentiel conforme à la formule
Coa(Fe1-xMnx)bNicXdSieBfCg
dans laquelle X est au moins l'un des éléments V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ge, P, et où
a à g sont donnés en pourcentage atomique et dans laquelle a, b, c, d, e, f, g et
x remplissent les conditions suivantes :
2. Utilisation selon la revendication 1,
caractérisée en ce que
a, b, c, d, e, f, g et x remplissent les conditions suivantes :
3. Utilisation selon la revendication 2,
caractérisée en ce que
a, b et c remplissent les conditions suivantes :
4. Utilisation selon la revendication 3,
caractérisée en ce que
la valeur de la magnétostriction à saturation est inférieure à 0,1 ppm.
5. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisée en ce que
le noyau magnétique (M) présente une magnétisation à saturation Bs comprise entre
0,5 et 0,7 T.
6. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisée en ce que
le ruban (B) présente une épaisseur d de 15 µm ≤ d ≤ 26 µm.
7. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisée en ce que
le ruban (B) est pourvu, au moins au niveau d'une surface, d'une couche électriquement
isolante (S).
8. Utilisation selon la revendication 7,
caractérisée en ce que
en tant que couche électriquement isolante (S), il est prévu une couche d'oxyde de
magnésium.
9. Utilisation selon la revendication 8,
caractérisée en ce que
la couche électriquement isolante (S) présente une épaisseur D de 25 nm ≤ D ≤ 1 µm.
10. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 9,
caractérisée en ce que
le noyau est configuré sous la forme d'un noyau annulaire, d'un noyau ovale ou d'un
noyau rectangulaire fermé sans entrefer.
11. Utilisation selon l'une des revendications 1 à 10,
caractérisée en ce que
le rapport entre le tenseur de tension élastique mécanique du noyau multiplié par
la magnétostriction à saturation et l'anisotropie uniaxiale du noyau est inférieur
à 0,5.
12. Transformateur d'intensité pour courant alternatif comportant un noyau magnétique
selon l'une des revendications 1 à 11, où le transformateur d'intensité, outre le
noyau magnétique (M) en tant que noyau du transformateur, se compose d'au moins un
enroulement primaire et d'au moins un enroulement secondaire, auquel est connectée
en parallèle une résistance de charge et qui ferme à basse impédance le circuit de
courant secondaire.
13. Transformateur d'intensité selon la revendication 12,
caractérisé en ce que
l'enroulement secondaire présente un nombre d'enroulements Nsec ≤ 2 200, l'enroulement primaire présentant un nombre d'enroulements Nprim = 3 et le transformateur d'intensité étant conçu pour un courant primaire Iprim < 20 A.
14. Procédé de fabrication d'un noyau magnétique selon l'une des revendications 1 à 11,
- dans lequel après la fabrication et l'enroulement du ruban (B) pour former le noyau
magnétique (M), le noyau magnétique (M) est chauffé à une température cible comprise
entre 380 °C et 500 °C,
- dans lequel le noyau magnétique (M) est refroidi à partir de la température cible
jusqu'à la température ambiante, où au plus tard à partir de la température de Curie
de l'alliage, un champ magnétique de H > 100 A/cm est appliqué, parallèlement à l'axe
d'anisotropie (A) du noyau magnétique (M),
- dans lequel le rythme de refroidissement à partir de la température de Curie jusqu'à
la température ambiante est compris entre 0,1 et 5 K/min.
15. Procédé selon la revendication 14,
- dans lequel le chauffage jusqu'à la température cible s'effectue à un rythme compris
entre 1 et 15 K/min,
- dans lequel le noyau magnétique (M) est maintenu à la température cible pendant
0,25 à 4 heures.
16. Procédé selon la revendication 14 ou 15,
- dans lequel le refroidissement est interrompu aux alentours d'une température intermédiaire,
qui est inférieure à la température de Curie, et au niveau de laquelle le noyau magnétique
(M) est maintenu pendant 0,1 à 24 heures.
17. Procédé selon l'une des revendications 14 à 16,
- dans lequel le refroidissement s'effectue à des rythmes compris entre 0,1 et 15
K/min.
18. Procédé selon la revendication 17,
- dans lequel le refroidissement jusqu'à la température de Curie s'effectue à un rythme
compris entre 0,5 et 10 K/min.
19. Procédé selon l'une des revendications 14 à 18,
- dans lequel avant l'enroulement, le ruban (B) est pourvu, au niveau d'au moins l'une
de ses deux surfaces, d'une couche électriquement isolante (S).
20. Procédé selon l'une des revendications 14 à 18,
- dans lequel le noyau magnétique (M), avant le chauffage à la température cible,
est soumis à une isolation par trempage, de telle sorte que le ruban (B) est pourvu
d'une couche électriquement isolante (S).