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电子式电流互感器传感头的理论与工艺研究

王海明  
【摘要】:电子式电流互感器(ECT)具有高绝缘、无饱和等优良性能,被认为是传统电磁式电流互感器的替代产品,但迄今为止其研究领域依然充满难题,阻碍着电子式电流互感器的实用化进程,其中的主要原因是外界环境因素(如温度、电磁干扰等)对电流传感头的影响,使其无法满足电流计量精度以及连续稳定运行的要求。本论文的研究对象是电子式电流互感器的电流传感头。 作为电子式电流互感器的理论基础,论文阐述了基于法拉第磁光效应和基于Rogowski线圈原理的电子式电流互感器的电流传感原理,阐述了不同类型电子式电流互感器的组成、结构及研究现状,揭示了目前电子式电流互感器电流传感头存在的主要问题。 研究分析了基于Rogowski线圈原理的电子式电流互感器的组成结构。基于电磁场理论知识,系统地分析了圆形截面Rogowski线圈和矩形截面Rogowski线圈的电流传感原理,研究了自积分式电流传感头电路和外积分式电流传感头电路,分析了具有反馈环节的外积分器,从时域和频域两方面分析了电流传感头电路的工作原理。 系统地建立了圆形截面、矩形截面、跑道形截面Rogowski线圈互感的数学模型。通过理论推导和实验的方法,研究了常规圆形截面线圈互感数学模型与新建互感数学模型之间的计算误差问题。针对IPEM片状结构矩形截面Rogowski线圈互感的计算问题,建立了求解矩形截面载流导体表面磁场的二重级数模型,给出了其互感数值求解方法,数据结果采用MATLAB和ANSYS仿真进行了验证。为了提高电流传感头灵敏度、同时保持线圈的必要带宽,论文分析了多Rogowski线圈串联组合式电流传感头的性能。 研究分析了热膨胀效应对电流传感头Rogowski线圈的影响。提出并定义了Rogowski线圈热系数的概念,并根据线圈组成将该系数分为线圈绕组热系数和线圈骨架热系数。推导建立了计算圆形截面线圈和矩形截面线圈的四个热系数计算公式,建立了评价Rogowski线圈电流传感头热膨胀误差的数学模型,通过试验对理论分析结果进行了验证。本论文还分析了其它影响电流传感头性能的因素,分析了温度对传感头积分器电路的影响、Rogowski线圈接头匝工艺因素的影响、Rogowski线圈结构及其电磁参数的影响、外界电磁干扰因素的影响等。


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