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电子式电流互感器Rogowski线圈传感头的研究与设计

周均德  
【摘要】: 电子式电流互感器以其具有高绝缘、无饱和、测量范围大等优良性能成为电流互感器新的发展方向。但是电子式电流互感器的传感头面临着环境温度、外电磁场等干扰问题和本身工艺上的制作难点等,使其推广应用还有待进一步研究改进。本文主要针对这些因素对Rogowski线圈传感头进行了分析和设计。 本文对电子式电流互感器的理论基础进行了阐述,分类介绍和分析了基于光效应(法拉第磁光效应)和基于空心线圈(Rogowski线圈)的电子式电流互感器。根据本文的研究内容全面介绍了Rogowski线圈传感头电子式电流互感器的结构和各个部分的功能及其实现方法,重点在Rogowski线圈传感头的分析与设计上。 根据电磁理论知识,分析了横截面为矩形和圆形的Rogowski线圈的传感原理,将其输出归结为统一的公式。分析了Rogowski线圈的两种工作状态(自积分状态和微分状态),以及在不同工作状态下的频率特性和拓宽线圈响应频率的方法,对其输出电压进行了分析。提出了Rogowski线圈的串连方法和原理,对积分放大环节做了介绍。 利用建立的Rogowski线圈的数学模型对温度和外界干扰磁场的影响进行了分析,得出了温度造成的相对误差与线圈骨架和绕组线圈热膨胀系数之间的关系;从两个方向上分析了干扰磁场对线圈精度的影响;分析了温度对积分器的影响等。根据这些分析的结果设计了各种改进措施,如材料选择、工艺改进、制作方法设计和外加补偿等,有效地改进了线圈的输出精度。通过分析和试验,本文设计了一种新的回线绕制技术方法,设计了有源放大电路的惯性环节。介绍了印制电路板(PCB)型Rogowski线圈的原理与设计,设计了在PCB板上大线圈中间绕制小线圈的方法,并对其做了理论分析。 最后,本文根据对Rogowski线圈原理和结构的分析,结合影响其性能的各种干扰因素设计出了几种不同绕制方法的Rogowski线圈。并对其进行了试验分析,验证了设计改进方法和技术的正确性和有效性,设计出了一种能满足要求的Rogowski线圈。


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