新型传统Rogowski线圈的设计与研究

针对传统Rogowski线圈测量小电流存在的一些精度及灵敏度低等性能问题,提出一种具有高精度、高灵敏度结构的新型传统Rogowski线圈电流互感器。该互感器由一块印制电路板(PCB)和4个迷你版的传统Rogowski线圈组成。简单阐述了Rogowski线圈的基本工作原理,并对新线圈的结构与部件进行详细讲解。给出了新结构Rogowski线圈的互感系数、自感和电阻计算方法。通过Matlab软件分析线圈的幅频、相频特性,工频实验测试结果表明线圈具有良好的线性度,对小电流(100 A以下)测量的精度和灵敏度有较大提高,对进一步推广Rogowski线圈在电力系统中的应用具有重要意义。     

一种测量小电流的PCB平面型Rogowski线圈

提出了一种用于小电流测量的印制电路板（PCB）平面型Rogowski线圈电流互感器,给出了其结构和工作原理,推导出了线圈互感系数的计算公式,并分析了其抗外磁场干扰的机理,设计了实验模型。测试结果显示:额定100 A的小电流测量准确度达到了0.2级,具有较强的抗电磁干扰能力和抗直流能力,适合作为电子式电能表和继电保护专用电流变换器,也可用于抗直流领域的小电流测量。这对于开发新型电流互感器具有积极的意义。     

拆装式PCB型Rogowski线圈的研究

提出一种可现场组装结构的基于PCB平面型Rogowski线圈的电流传感器。在简单介绍Rogowski线圈基本工作原理的基础上,详细介绍了线圈的组成、结构和工作原理,并对线圈的主要部件进行详细阐述。给出线圈与被测导体之间的互感系数、自感和电阻计算公式。工频测试结果表明:线圈不仅理论计算结果与实际制造出的线圈的测试结果的一致性非常好,而且具有良好的线性输入输出关系和较高的灵敏度。频率特性测试结果表明:线圈可以真实反应被测电流的波形,并且没有明显衰减。拆装式PCB型Rogowski线圈电流传感器的最大特点是可以在不停电的情况下进行现场安装,并且不会影响被测设备的原来运行状态,为PCB型Rogowski线圈在电力系统的推广应用奠定了技术基础。     

新型线圈电流互感器及误差分析

介绍了一种PCB平面型Rogowski线圈（PCB线圈）的绕制方法,设计了基于PCB线圈的新型电流互感器,针对互感器的误差特性,着重就PCB线圈的频率和温度误差进行分析,建立了PCB线圈的等效电路,推导出一次电流和二次感应电压的关系式,并给出互感系数的计算公式,指出合理选择积分器输入电阻阻值是减小线圈频率和温度误差的关键。     

双面对称布线印制电路板型Rogowski线圈

印制电路板(PCB)型Rogowski线圈广泛用作复杂电磁环境下的电流测量传感头,其性能决定着电流测量的灵敏性和精确度。针对传统直连结构PCB型Rogowski线圈的不足,设计了一种双面对称布线PCB型Ro-gowski线圈,在PCB板双面均匀密布沿半径方向且两端带导孔的直连铜箔,通过外径导孔处小段圆弧连接布线铜箔呈对称结构,使得线圈结构对称且单匝线圈垂直于PCB板面并指向轴心;在输出端设置与绕线方向相反的回线以抵消垂直PCB平面的杂散磁场干扰。计算了线圈的电磁参数,研究了被测载流导线偏离线圈轴线及线圈外存在干扰电流时线圈与被测载流导体间的互感特性并测试了其互感值。实验测试结果与理论计算值相符,表明该PCB型Rogowski线圈一致性好,抗干扰性能强,适合于用作外界杂散磁场复杂情况下的电流测量传感头。     

新型PCB空心线圈电流互感器的设计与研究

为了进一步提高传统空心线圈的互感系数及其稳定性,以获得高精度的测量结果,提出一种新型PCB板空心线圈电流互感器。它具有全新的物理结构,通过其自身采取的抗干扰措施能够有效的抵抗外界的电磁干扰;并且,经过简单的组合即能有效地提高其互感系数。分析了新型PCB板空心线圈电流互感器的传感原理及抗干扰机理,给出了在不同电流级别下PCB空心线圈的结构以及一次导线的摆放特点,并针对其中一种设计结构制作了实际模型,进行了线性度与抗干扰能力测试,结果表明:额定电流为100A时,其测量准确度达到了0.2级,且具有较强的抵抗外界电磁场干扰的能力。     

输电线路雷电流测量用Rogowski线圈低频失真校正技术

自积分式Rogowski线圈用于输电线路雷电流测量时,由于雷电流含有丰富的低频成分,往往导致测量得到的雷电流波形出现低频失真现象,影响雷电流参数的精确测量。为此,经过对自积分式Rogowski线圈低频失真现象产生机理的理论分析及雷电流频谱分析,提出了一种基于新型模拟积分补偿电路的低频失真校正方法,用以对被测电流逆向还原,分析了电路的工作原理并根据Rogowski线圈的电磁参数计算出电路各元件的参数值,此外,电路中的二阶高通滤波电路可以滤除工频负荷电流对Rogowski线圈的电磁干扰。实验结果表明:该方法简单可行,提高了自积分式Rogowski线圈的低频响应性能,解决了Rogowski线圈雷电流测量中的低频失真问题;在已投入的输电线路雷击故障定位系统实际应用中,有效提高了故障行波电流测量的精度和可靠性。     

新型螺旋管空心线圈电流互感器

空心线圈电流互感器无磁饱和,但感应信号小,易受外界电磁干扰。为解决此问题,提出一种新型螺旋绕线串接结构的空心线圈传感头,其互感系数大并能有效抗外界电磁干扰。文中介绍了其基本结构和工作原理,建立相应的数学模型,详细论述其电磁参数的计算方法,对自制的实验模型进行了线性度与抗干扰测试实验,对其频率特性进行了仿真分析。实验和仿真结果表明,其线性度好、抗干扰能力强、响应速度快、测量频率范围宽、动态范围大,理论上可以满足用于电力系统的电流互感器的要求。     

一种用于测量脉冲大电流的新型盘形Rogowski线圈的研究

设计了一种用于测量脉冲大电流的新型空心盘形Rogowski线圈。由于其盘形绕组结构,该线圈自感较大,自阻较小,在自积分方式下具有较好的低频响应特性。介绍了这种盘形Rogowski线圈的设计方法和工作原理,分析了电磁屏蔽的机理,推导了自阻、自感、互感、杂散电容等参数的近似计算方法,并简单分析了频率响应特性。脉冲大电流试验说明,所设计的双层盘形Rogowski线圈具有良好的线性度、稳定的灵敏度和优异的频率响应特性。这种新型空心盘形Rogowski线圈在常规及特殊的环境中具有广阔的应用前景。     

磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题,提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型,并用Matlab对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后,搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型,测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响,验证了理论分析与实验数据的一致性,为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。     

基于电磁感应能力的Rogowski线圈结构参数选取研究

以Rogowski线圈的电流测量原理为基础,建立了骨架截面为圆形和矩形时线圈结构参数影响其电磁感应能力的相关数学模型,并进行了仿真研究。结果表明,圆形线圈的互感系数相对误差较小,有利于获取更准确的电流值;增大线圈的骨架直径和中心直径,能使线圈的感应信号增强,但必须控制两者的比例值。最后,提出了线圈结构参数的选用方法,并结合实例对研究结果的有效性进行了验证,为快速、合理地选用Rogowski线圈提供有力的指导。     

高压电子电流互感器Rogowski线圈优化设计

根据安培环路定律和法拉第电磁感应定律,导出了有源型高压电子电流互感器传感头重要组成部分的Rogowski线圈感应电压数学模型。通过建立装配间隙系数、线圈等效尺寸等概念,讨论了决定线圈互感值大小的各项结构参数,得到了依据互感梯度物理意义而提出的Rogowski线圈最优结构设计参数计算模型,即有约束非线性最优化问题。给出了Rogowski线圈结构设计的应用实例,在MATLAB上的计算仿真结果与实际情况相符合,为有源型高压电子电流互感器Rogowski线圈结构优化设计提供了一种理论依据。     

一种基于Rogowski线圈的脉冲大电流录波装置研究

介绍了一种基于Rogowski线圈测量的脉冲大电流录波装置。分析了Rogowski线圈的测量原理,阐述了脉冲大电流录波装置的硬件设计和工作流程。现场测试结果表明,该录波装置能够在强电磁干扰环境中可靠工作,满足设计要求。     

基于Rogowski线圈电流测量技术研究

随着我国电力系统的不断发展,系统的容量和电流在不断加大,电流值的测量技术成为当今研究的热点。在分析Rogowski线圈工作原理的基础上,系统论述了Rogowski线圈电流互感器的电流计算方法,同时对Rogowski线圈电流互感器的误差进行了分析,为开展Rogowski线圈电流互感器的设计和制作奠定了理论基础。     

基于Rogowski线圈的脉冲大电流录波装置

介绍了一种基于Rogowski线圈测量的脉冲大电流录波装置,分析了Rogowski线圈的测量原理,阐述了脉冲大电流录波装置的硬件设计和工作流程.现场测试结果表明,该录波装置能够在强电磁干扰环境中可靠工作,满足设计要求.     

基于Rogowski线圈的电子式电流互感器暂态特性研究

旨在改善基于Rogowski线圈的电子式电流互感器的暂态特性,对Rogowski线圈分别配合理想积分器和实际电路中采用的非理想积分器进行了暂态特性仿真,仿真结果表明Rogowski线圈配合理想积分器时电子式电流互感器将有优良的暂态特性,但是如果非理想积分器参数设计不当,电子式电流互感器的暂态特性将被严重恶化.因此,提高积分电容容值或者反馈电阻阻值,将能改善电子式电流互感器的暂态特性.设定暂态电流衰减时间常数为标准IEC60044-8给定的最严格值,通过不同的参数配合进行仿真与比较,确定了一套能获得良好暂态特性的积分器参数.在此基础上,设计了一种由Rogowski线圈和改进的有源积分电路组成的电子式电流互感器电流传感元件.实验表明该电子式电流互感器电流传感元件具有良好的稳态交流测量精度,并能有效地测量暂态故障电流.     

一种深度过流保护的新型Rogowski线圈研制

气体放电包含大量ns级上升沿m A级幅值的预放电电流,预放电完成后间隙击穿电流高达上kA。为了能安全、准确测量预放电电流,需研制一种新型Rogowski线圈。文中采用在自积分Rogowski线圈出口电阻两端并联贴片瞬态电压抑制二极管(transient voltage suppressor,TVS)的方案,研制了一种带深度过电流保护功能的新型Rogowski线圈。通过大量实验,对自积分电阻和过压保护器参数进行了优化选择,结果表明:满足电流测量灵敏度时,减小积分电阻值以拓宽线圈频带,电阻最优值为10~50Ω;过压保护器响应时间必须短于待测电流上升时间;确保线圈保护峰值电流大于回路最大击穿电流时,须尽量降低TVS的杂散电容,其值不超过0.5~1 nF。测试表明:新研制的Rogowski线圈既能准确测量上升沿小于5 ns的mA级小电流,又能在通过kA级大电流时有效保护后级设备。     

高压直流电子式电流互感器Rogowski线圈研究

为实现高压直流系列产品国产化,从高压直流电子式电流互感器(electronic current transformer,ECT)的传感部分核心器件——Rogowski线圈的研究着手,分析Rogowski线圈的原理和特点,提出一种适用于高压直流ECT的Rogowski线圈设计方案,介绍其规格参数、制作及安装等。频率响应试验证明Rogowski线圈对各频率谐波电流的幅值测量误差在0.2%以内,线圈响应灵敏度试验证明Rogowski线圈的相位误差在200μs以内,该线圈的设计性能均满足国际标准要求,验证了Rogowski线圈设计方案具有测量精度高、功率输出低、结构简单、线性良好、测量值易于数字化输出等优良特性,为该产品的国产化实现提供了技术依据。     

热膨胀对Rogowski线圈测量准确度的影响

Rogowski线圈主要用在测量交流电流、脉冲电流、电力系统中的暂态电流等方面.它具有输出功率低、结构简单、线性度良好等优点.当周围温度变化,热膨胀会改变线圈的截面面积.为了分析热膨胀对Rogowski线圈测量准确度的影响,引入了一个描述单位温度变化线圈感应电压的比率误差的参数,得出了计算热膨胀引起的电压比率误差的数学模型,分析了矩形截面线圈和圆形截面线圈以便于比较热膨胀对不同截面形状线圈测量准确度的影响.试验数据表明,电压的比率误差随温度的变化趋势与理论分析一致;由线圈的缠绕线和骨架引起的误差总和包括在测量误差之内.这对于设计高准确度的Rogowski线圈是非常有用的.     

Rogowski线圈仿真的分裂算法

为了解罗氏线圈的动态特性,基于分布参数模型研究了一种Rogowski线圈仿真的分裂算法。该法将Ro-gowski线圈等分成若干段,提出每段Rogowski线圈离散时间的等效动态电源模型和Rogowski线圈的离散时间电路模型。该模型在任意长时间内与Rogowski线圈等效,而非在一个积分步长内,这降低了仿真的计算量;描述此模型的参数具有明确的物理含义,不仅可以通过计算求得,也可以通过测量确定,且具有最简单的电路结构和数学描述,可方便地应用于电流互感器装置的仿真之中。提出的方法适用于对均匀和非均匀绕包的罗氏线圈进行高精度的仿真,且方法简单、计算量少,易于实现编程,为罗式线圈电流互感器的研制提供了有效的仿真手段。