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、無飽和等優(yōu)良性能，被認為是傳統(tǒng)電磁式電流互感器的替代產品，但迄今為止其研究領域依然充滿難題，阻礙著電子式電流互感器的實用化進程，其中的主要原因是外界環(huán)境因素(如溫度、電磁干擾等)對電流傳感頭的影響，使其無法滿足電流計量精度以及連續(xù)穩(wěn)定運行的要求。本論文的研究對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，論文闡述了基于法拉第磁光效應和基于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、結構及研究現(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構?；陔姶艌隼碚撝R，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)學模型。通過理論推導和實驗的方法，研究了常規(guī)圓形截面線圈互感數(shù)學模型與新建互感數(shù)學模型之間的計算誤差問題。針對IPEM片狀結構矩形截面Rogowski線圈互感的計算問題，建立了求解矩形截面載流導體表面磁場的二重級數(shù)模型，給出了其互感數(shù)值求解方法，數(shù)據(jù)結果采用MATLAB和ANSYS仿真進行了驗證。為了提高電流傳感頭靈敏度、同時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對電流傳感頭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)。推導建立了計算圓形截面線圈和矩形截面線圈的四個熱系數(shù)計算公式，建立了評價Rogowski線圈電流傳感頭熱膨脹誤差的數(shù)學模型，通過試驗對理論分析結果進行了驗證。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線圈結構及其電磁參數(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用特性，為實現(xiàn)電流傳感頭不間斷供電和連續(xù)穩(wěn)定運行，提出了在電源中應用鋰離子電池的新方案。 研究了電流傳感頭的優(yōu)化設計問題。針對Rogowski線圈的

6、結構、裝配工藝與設計問題，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構、多層繞組結構矩形截面Rogowski線圈的結構參數(shù)及各參數(shù)之間的相互關系。為改善Rogowski線圈的整體性能，研究了Rogowski線圈優(yōu)化設計問題，建立了求解線圈結構參數(shù)的有約束非線性最優(yōu)化設計數(shù)學模型，給出了抑制磁干擾補償環(huán)的最優(yōu)結構計算公式和線圈最優(yōu)結構設計流程，并應用MATLAB進行了計算仿真。 基于電流傳感頭Rogowski線圈熱膨脹影響分