rogowski线圈小电流互感器研究

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1、华中科技大学硕士学位论文Rogowski线圈小电流互感器研究姓名：沈文申请学位级别：硕士专业：电工理论与新技术指导教师：李承20090520华中科技大学硕士学位论文流互感器，较低的输出电压不足于驱动测量和保护设备，应用方面收到了较大的限制。英国的学者Cooper于1963年从理论上对Rogowski线圈的高频响应进行了分析，奠定了Rogowski线圈在大功率脉冲技术中应用的理论基础[3]。1966年西德的Heumamn改变了罗氏线圈的结构并将罗氏线圈的测量准确度提高了一个数量级（0.1%），才使得罗氏线圈又被逐渐重视起来。自此，Rogow

2、ski线圈就广泛的应用于高温等离子体和受控热核反应的研究中。Rogowski线圈避免了磁饱和带来的种种问题，测量范围大，安全可靠，成本低廉，有着广泛的优点。但是就目前而言我国国内虽然在对Rogowski空心电流互感器的理论研究已经有所展开但是就其产品化的的程度还远远不够。我国能够成熟的生产这类产品的互感器制造企业还属于凤毛麟角。虽然有一定的挂网报道，但是主要的应用领域是继电保护而并非计量领域[20]。这主要是由于其输出的电压值较传统电磁式的输出电压值较低，输出易受外部磁场干扰影响，产品一致性难以保证等问题长期存在。所以，很多的大学和科研机

3、构都对此问题加以研究，希望能够早日实现Rogowski线圈互感器在工程实际运用中的突破。1.3本文研究的主要目的及内容1.3.1本文研究的主要目的Rogowski线圈电流互感器的这些特点使得它获得了国内外同行的普遍重视。然而，100A以下小电流等级的Rogowski线圈电流互感器制造工艺较复杂、精度控制困难，加之计量校检缺乏依据等问题，使之还停留在研究阶段。本次研究将针对实际工程需求对Rogowski电流互感器进行设计研究和测试，并且将为Rogowski电流互感器的产品生产提供理论和工程依据。本项目来源于河北省申科自动化仪表公司的新型空心

4、电流互感器研究项目。5华中科技大学硕士学位论文1.3本文研究的主要内容本文研究的主要内容有：（1）对Rogowski线圈进行理论分析，进行互感器制造可行性探讨。整理和总结国内外最新研究成果，提出适用于大电流互感器的Rogowski线圈设计方案。（2）研制符合测量要求的Rogowski线圈电流互感器，并且实际制造Rogowski线圈互感器样品。（3）根据多种式样的Rogowski互感器样本进行电流测量效果测试，通过比较得出实际设计方案。（4）针对目前Rogowski线圈互感器产品化过程中遇到的测量误差较大，容易受干扰的情况进行理论探讨和实验

5、改进，提高产品品质。6华中科技大学硕士学位论文2Rogowski线圈的结构与原理1.3Rogowski线圈互感器的工作原理Rogowski线圈的结构简图如图2.1~2.4所示。在一个矩形或者圆形的非磁性骨架上均匀的缠着导线，被测导线垂直穿过线圈平面。Rogowski线圈测量电流的基本原理是安培环路定理。任何一个随时间变化的电流在其周围都会产生一个变化的磁场。测量时，Rogowski线圈围绕在被测电流的周围，被测电流产生的磁场将在线圈的两个出线端感应出电动势。dDii图2.1圆形截面Rogowski线圈示意图1图2.2圆形截面Rogowsk

6、i线圈示意图2aDii图2.3矩形截面Rogowski线圈示意图1图2.4矩形截面Rogowski线圈示意图2现以矩形骨架截面为例，分析Rogowski线圈的工作原理。7华中科技大学硕士学位论文对于任何导体而言，它产生的磁路强度H沿着空间任意闭合曲线的环路积分等于该闭合曲线所限定的面积上穿过的电流的代数和[21]。所以假设被测导线中通过的电流大小为i，它产生的磁场强度为H，由安培环路定理：∫Hdl=i（2-1）距中心r的磁场强度为：Hi=（2-2）2πr磁感应强度：iBµHµ==（2-3）r002πr其中r为线圈的平均半径（m）i为导体中

7、流过的瞬时电流（A）μ0为真空磁导率，µ04π107H/m=×−设Rogowski线圈骨架为标准圆形，则单个线圈交联的磁通量为：µiµiµihRRϕds（2-4）=∫=∫=∫=Bds0a00lnhdra222πrπrπRRbb式中Ra为环形骨架外径，Rb为环形骨架内径，h为环形骨架的高度。由法拉第电磁感应定律，Rogowski线圈两个出线端的感应电动势为：dµNhΦdNφRadi(t)ΦdNφRadi(t)e(==0×t)=ln（2-5）dtdt2πRdtb式中N为Rogowski线圈上的绕组匝数（匝）µNhR取M=0lna，可见当研究对

8、象为某特定种类的Rogowski线圈时，骨架的2πRb截面尺寸、高度、线圈匝数、铜线规格都是不变的，M的值为固定不变的。则（2-5）式可以化解为：e()=()（2-6）tMdit dt可以得出