【正文】 燕山大學畢業(yè)設計 /論文 Rogowski 線圈電流傳感器的積分器設計 *** 燕 山 大 學 2021 年 6 月 摘要 Ⅰ 摘 要 長期以來，電流傳感器在電力系統(tǒng)繼電保護和電流測量中占有不可替代的地位。傳統(tǒng)的磁式電流傳感器 (CTS)在作為測量與保護用時，它的磁路飽和問題一直困擾著人們。隨著繼保護和測量裝置向微機化和數(shù)字化方向的發(fā)展，設備不再需要高功率輸出的電流互感器。這一來，低功率輸出、結構簡單、線性度良好的 Rogowski 線圈電子式電流傳感器 (ETA)引起人們的注意，并且進入廣 泛的研究階段。 Rogowski 線圈主要應用于測量交流大電流、脈沖電流、電力系統(tǒng)中的暫態(tài)電流等方面。本設計著眼于 Rogowski 線圈結構參數(shù)和電磁參數(shù)。著重研究了 Rogowski 傳感頭的頻率特性。首先詳細闡述了 Rogowski 線圈測量電流的原理及其等效電路模型。根據(jù)傳感頭的頻率特性設計后繼信號處理電路。后繼電路的主要設計就是設計積分器。積分器是基于 Rogowski 線圈電子式電流互感器中的關鍵環(huán)節(jié)之一。文中給出了新型結構有源外積分復合式羅氏線圈積分器的設計過程和參數(shù)選取方法，在保證傳感器具有合適靈敏度的前提 下，將傳感器的工作頻帶拓寬到線圈的自然諧振頻率。仿真驗證了這種新型的羅氏線圈傳感器可工作在從工頻到高頻的大帶寬測量范圍。 關鍵詞 ： Rogowski 線圈電流傳感器、積分器、傳感頭等效電路、頻率特性 Abstract Ⅱ Abstract For a long time ， current transformers(CTs) are important ponents for current measurement and relaying protection in power traditional electromagic type CTs are used for measurement and protection， the problems of Their magic path saturation always disturb the development of the puterized and digital technology of measurement and protections devices， the devices don39。t math with CTs of big output electronic current transformers(ETA) based on Rogowski coil with the advantages of small output power，simple construction and ideal linearity attract people39。s attention and e into extensive coils are increasingly used to measure high voltage AC current in power relations between dimensions and electromagic of the Rogowski coil have been this paper, high frequency behavior for a Rogowski coil is analyzed stressly. This paper expounded the principle of measuring current by Rogowski coil and its equivalent circuit model. Corresponding outside integrator circuits are built according with characteristic of the integrator is main problem in describeing outside integrator is a key element in an electronic current transducer based on Rogowski coil. A novel pound integration circuit is described in this paper, which is consisted of selfintegration, passive RC integration and active RC integration. This pound integrator improvements the measurement upper bandwidth limit of transducer around coil natural frequency. Simulation waveforms verify the transducer operates with both 50Hz grid current and 100A/s pulse current measurement. Key words： Rogowski coil transducer, sensing head， integrator， equivalent circuitfrequency characteristic 目錄 摘要 .......................................................... Ⅰ Abstract ................................................................................................................. II 第 1 章 緒論 .................................................... 3 脈沖大電流測量概述 ...................................... 1 羅氏線圈的性能優(yōu)點 ...................................... 1 國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 .................................... 1 本章小結 ................................................ 2 第 2 章 電流互感器的介紹 .................................................................................. 2 電流互感器的基本概念 .................................... 2 電流互感器的用途 ........................................ 3 傳統(tǒng)電磁式電流互感器的原理 .............................. 3 本章小結 ................................................ 6 第 3 章 羅氏線圈的結構和基本原理 .................................................................. 6 羅氏線圈的構造 .......................................... 7 羅氏線圈的測流原理 ...................................... 7 Rogowski 線圈與傳統(tǒng)電流互感器的比較 ..................... 9 羅氏線圈的等效電路 ..................................... 10 本章小結 ............................................... 11 第 4 章 傳感頭的頻率特性 分析與 積分器設計 ................................................ 13 傳感頭的傳遞函數(shù) ....................................... 13 終端電阻 Rt的選取 ...................................... 14 羅氏線圈的兩種類型 ..................................... 16 自積分羅氏線圈 ................................... 16 外積分羅氏線圈 ................................... 17 積分器的設計 ........................................... 18 無源 RC 外積分結構及參數(shù)設計原理 .................. 19 有源外積分 ....................................... 20 具有低頻衰減性能的有源積分器 ..................... 21 仿真電路 ............................................... 24 本章小結 ............................................... 29 第 5 章 羅氏線圈的相關問題和解決方法 ........................................................ 29 有源器件所需的電源供電問題 ............................. 29 測量小電流的方法探討 ................................... 29 增加 Rogowski 線圈的互感 ........................... 37 積分器前采用放大環(huán)節(jié)放大感應的電壓信號 ............ 37 Rogowski 線圈的抗干擾措施 ............................. 37 本章小結 ............................................... 38 結論 .......................................................... 38 致謝 .......................................................... 39 參考文獻 ...................................................... 41 附錄 1 ......................................................... 42 附錄 2 ......................................................... 48 附錄 3 ......................................................... 54 附錄 4 ......................................................... 58 附錄 5 ......................................................... 70 第 1 章 緒論 長期以來，電流互感器（ CT）對電力系統(tǒng)計量、繼電保護、控制與監(jiān)視具有非常重要的意義。但隨著電力 系統(tǒng)傳輸容量越來越大、常規(guī)的 CT 因其傳感機理而出現(xiàn)不可克服的問題： (1)絕緣技術要求復雜。體積大而重 ,成本高； (2)互感器鐵心飽和限制了 CT 暫態(tài)響應的速度和精度； (3)由于鐵心磁飽和及磁滯回線的影響， CT 的暫態(tài)輸出電流嚴重畸變。 隨著電力電子、計算機技術的發(fā)展，在電力系統(tǒng)中廣泛應用的以微處理器為基礎的數(shù)字保護裝置、電網(wǎng)運行監(jiān)視與控制系統(tǒng)僅需 +5V 的電壓信號和 μA或 mA 級的電流。因此采用低功率、緊湊型電流代替 CT，把大電流變換為數(shù)字裝置相符合的電流水平，是電力系統(tǒng)技術創(chuàng)新面臨的首要任務。 由于電力系統(tǒng) 的發(fā)展以及傳統(tǒng)互感器以上限制，迫切需要開發(fā)一種新型的電流互感器，使之具有：測量范圍大、頻帶寬、無磁飽和和影響、絕緣性能好且體積小、重量輕、環(huán)保無污染的電流互感器。羅氏線圈是均勻圍繞在非磁性骨架上的線圈，圍繞在導體外，用來測量流過導體的電流。最簡單的就是空心圓環(huán)。 羅氏線圈是理想的功率電路電流傳感器，可以測電流脈沖幅值大，頻帶寬，無磁芯飽和現(xiàn)象。只受與其相連的信號處理電路的限制?？梢耘c標準的同軸分流器相比較（ 1MHz）。重量輕，結