基于rogowski线圈的交流电流测量

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1、基于ROGOWSKI线圈的交流电流测量摘要本文介绍了一种基于Rogowski线圈的大电流测量方案，它充分利用单片机资源实现测量系统增益可编程与A/D转换，满足了测量范围宽、高的分辨率与测量精度的工程实际要求。叙词Rogowski线圈线性分辨率双积分A/D转换TheMeasurementofAlternativeCurrentBasedonROGWISKICoilAbstract:AfeasiblemethodmeasuringimmensecurrentbasedonROGWISKICoilandmakingfu

2、lluseoftheresourceofsingle-shipmicrocomputertomakethegainofthemeasurementsystemprogrammableandA/Dconversionworkable，thussufficingtheprojectdemandsthatthemeasurementrangebewideanddegreesofdistinctionandaccuracyofmeasurementbehighisrepresentedinthispaper.KeyWor

3、ds:RogwskiCoil，linearity，degreesofdistinction，A/DConversionUsingDoubleIntegral1．前言长期以来，具有铁心的电磁感应式电流互感器在交流电流测量中一直占主导地位。电磁感应式电流互感器被用来测量电流已有一百多年历史。随着被测电流幅值越来越大，电压等级越来越高，传统的电磁式电流互感器许多不可克服的弊端凸现出来：对某具体电流互感器而言其测量的量程范围有限，当一次侧电流过大时铁心趋于饱和，二次侧电流幅值与一次侧电流幅值之比不再是常数呈现严重的非线性

4、且二次侧电流波形畸变失真，产生很大的测量误差；若二次侧开路，其端口高电压对人身和周围设备存在很大威胁；绝缘结构复杂，体积大，造价高等。将Rogowski线圈与集成电路相结合组成的电流互感器，以其突出的优点，在工程中得到了实际应用。本文分析了Rogowski线圈的电流检测原理，在此基础上提出了一种基于Rogowski线圈的大电流测量方案，它克服了传统铁芯电磁式互感器由于存在铁心饱和使测量误差增加的缺陷，扩大了电流测量范围，提高了测量精度,安全可靠，且在低压电器温升试验中得到了实际应用。测量精度达到1％，分辨率为1安

5、。2．Rogowski线圈的电流检测原理Rogowski线圈电流互感器的结构如图2.1所示。9图2.1Rogowski线圈结构示意图Rogowski线圈均匀缠绕在一圆环形非磁性骨架上，被测电流穿过如图2.1所示圆环，设该圆环半径为r；设骨架截面也为圆形且其半径为R，则截面积S=лR2，可以证明测量线圈所交链的磁链与环形骨架内的被测电流ix存在线性关系。当r»R时，环形骨架单位长度dL上的小线圈所交链的磁链dΦ为：(2-1)式中：BL为磁感应强度在测量线圈轴线方向的切线分量N为环绕在骨架上的小线圈总匝数整个空心线圈

6、的小线圈所交链的总磁链Ф为：(2-2)根据全电流定律，磁场强度H沿任意封闭轮廓积分等于穿过这封闭轮廓所限定面的电流，即：(2-3)则有：(2-4)整个线圈的感应电势e(t)为：(2-5)当线圈骨架材料一定,尺寸一定,绕制线圈所用的导线线径一定,且r,N均为恒定值,感应电势e(t)就正比于被测电流ix的微分值。为求得输出与ix的直接线性关系，将线圈输出端与一积分器相连（见图2.2），9图中C1与R2为一实际电容器的电容与绝缘电阻等效值，选择绝缘性能良好的电容器其等效电阻R2的阻值很大。e(t)作用在R1上的电流等于

7、在C1及R2上的电流之和，选择合适容量的电容器使得C1上的容抗远小于电容器的绝缘电阻，即R1与C1上流过的电流近似相等，R2对积分器的影响可忽略不计，积分器输出为：(2-6)其R，C分别为积分器电路原理图（2.2）中的R1，C1参数，积分器输出u(x)与被测电流成线性关系，只要准确的测量u(x)就可以得出ix值。线圈输出的电信号被积分，实现与一次电流相同的波形输出。这样线圈和积分器的组合就形成了一个系统，它的输出不存在传统电磁电流互感器的非线性失真的影响，且有精确的相位响应。图2.2积分器电路原理图用Rogows

8、ki线圈与积分器组成的系统进行电流测量有以下优点：(1)Rogowski线圈由于不含铁心，不存在磁饱和与铁磁谐振，克服了电磁式电流互感器频带窄和量程范围小的缺点，且在很宽测量范围内都呈现良好的线性，其输出幅值与计算机测量系统的A/D转换芯片的要求相匹配，能方便的与计算机接口实现数字化测量，测量准确度和稳定性大大改善。(2)传统的带铁心的电流互感器测电流时,由于涡流形成功率