電子式電流互感器傳感頭的理論與工藝研究.pdf

1、電子式電流互感器(ECT)具有高絕緣、無(wú)飽和等優(yōu)良性能，被認(rèn)為是傳統(tǒng)電磁式電流互感器的替代產(chǎn)品，但迄今為止其研究領(lǐng)域依然充滿難題，阻礙著電子式電流互感器的實(shí)用化進(jìn)程，其中的主要原因是外界環(huán)境因素(如溫度、電磁干擾等)對(duì)電流傳感頭的影響，使其無(wú)法滿足電流計(jì)量精度以及連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。本論文的研究對(duì)象是電子式電流互感器的電流傳感頭。 作為電子式電流互感器的理論基礎(chǔ)，論文闡述了基于法拉第磁光效應(yīng)和基于Rogowski線圈原理的電子式

2、電流互感器的電流傳感原理，闡述了不同類型電子式電流互感器的組成、結(jié)構(gòu)及研究現(xiàn)狀，揭示了目前電子式電流互感器電流傳感頭存在的主要問題。 研究分析了基于Rogowski線圈原理的電子式電流互感器的組成結(jié)構(gòu)?；陔姶艌?chǎng)理論知識(shí)，系統(tǒng)地分析了圓形截面Rogowski線圈和矩形截面Rogowski線圈的電流傳感原理，研究了自積分式電流傳感頭電路和外積分式電流傳感頭電路，分析了具有反饋環(huán)節(jié)的外積分器，從時(shí)域和頻域兩方面分析了電流傳感頭電路的

3、工作原理。 系統(tǒng)地建立了圓形截面、矩形截面、跑道形截面Rogowski線圈互感的數(shù)學(xué)模型。通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)的方法，研究了常規(guī)圓形截面線圈互感數(shù)學(xué)模型與新建互感數(shù)學(xué)模型之間的計(jì)算誤差問題。針對(duì)IPEM片狀結(jié)構(gòu)矩形截面Rogowski線圈互感的計(jì)算問題，建立了求解矩形截面載流導(dǎo)體表面磁場(chǎng)的二重級(jí)數(shù)模型，給出了其互感數(shù)值求解方法，數(shù)據(jù)結(jié)果采用MATLAB和ANSYS仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。為了提高電流傳感頭靈敏度、同時(shí)保持線圈的必要帶寬，論

4、文分析了多Rogowski線圈串聯(lián)組合式電流傳感頭的性能。 研究分析了熱膨脹效應(yīng)對(duì)電流傳感頭Rogowski線圈的影響。提出并定義了Rogowski線圈熱系數(shù)的概念，并根據(jù)線圈組成將該系數(shù)分為線圈繞組熱系數(shù)和線圈骨架熱系數(shù)。推導(dǎo)建立了計(jì)算圓形截面線圈和矩形截面線圈的四個(gè)熱系數(shù)計(jì)算公式，建立了評(píng)價(jià)Rogowski線圈電流傳感頭熱膨脹誤差的數(shù)學(xué)模型，通過試驗(yàn)對(duì)理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。本論文還分析了其它影響電流傳感頭性能的因素，分析了

5、溫度對(duì)傳感頭積分器電路的影響、Rogowski線圈接頭匝工藝因素的影響、Rogowski線圈結(jié)構(gòu)及其電磁參數(shù)的影響、外界電磁干擾因素的影響等。 研究了電流互感器電流傳感頭電路的電源供給問題，闡述了電磁感應(yīng)供能式、激光供能式、電容分壓供能式電源的組成與原理。闡述了鋰離子電池的應(yīng)用特性，為實(shí)現(xiàn)電流傳感頭不間斷供電和連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，提出了在電源中應(yīng)用鋰離子電池的新方案。 研究了電流傳感頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。針對(duì)Rogowski線圈的

6、結(jié)構(gòu)、裝配工藝與設(shè)計(jì)問題，提出了裝配間隙系數(shù)的概念。系統(tǒng)地闡述了單層繞組結(jié)構(gòu)、多層繞組結(jié)構(gòu)矩形截面Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)及各參數(shù)之間的相互關(guān)系。為改善Rogowski線圈的整體性能，研究了Rogowski線圈優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，建立了求解線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)的有約束非線性最優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，給出了抑制磁干擾補(bǔ)償環(huán)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)計(jì)算公式和線圈最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，并應(yīng)用MATLAB進(jìn)行了計(jì)算仿真。 基于電流傳感頭Rogowski線圈熱膨脹影響分