空心线圈的理论分析及试验(徐雁)
天线 空心线圈
天线空心线圈
（实用版）
目录
1.天线的定义与作用
2.空心线圈的概念与特点
3.空心线圈在天线中的应用
4.空心线圈的优势与局限性
正文
1.天线的定义与作用
天线是一种电子器件，它可以将电磁波从一个介质传输到另一个介质，或者在介质中传播。
天线在无线通信、广播和导航系统等领域具有重要的应用价值。
简单来说，天线的主要作用是将电磁波转换为无线电波，或将无线电波转换为电磁波，从而实现信息的传输。
2.空心线圈的概念与特点
空心线圈，又称为空气线圈或开放线圈，是一种特殊的线圈结构。
它通常由一个导线或一组导线构成，这些导线之间存在一定的间隔。
空心线圈的主要特点是其结构中存在一个空气隙，这使得它在电磁波传输过程中具有独特的性能。
3.空心线圈在天线中的应用
空心线圈在天线设计中有着广泛的应用，如在电视天线、卫星天线和无线通信天线等方面。
空心线圈可以提高天线的工作频率、增益和指向性，从而提高信号传输的质量和效率。
此外，空心线圈还可以降低天线的重量和成本，使其更加轻便和经济。
4.空心线圈的优势与局限性
空心线圈作为一种特殊的线圈结构，具有许多优势，如较低的损耗、较小的体积和重量、较高的工作频率等。
然而，空心线圈也存在一些局限性，如制作工艺相对复杂、对制造材料的要求较高等。
因此，在实际应用中，需要根据具体需求权衡空心线圈的优势与局限性，以实现最优的性能。
总之，空心线圈作为一种重要的电子器件，在天线设计中具有广泛的应用前景。
空冷汽轮发电机空心导体转子线圈工艺研究
空冷汽轮发电机空心导体转子线圈工艺研究1空冷汽轮发电机空冷汽轮发电机，全名叫鼓风机空冷式汽轮发电机，是利用汽轮机提供动力的一种发电设备。
其主要由涡轮机组、发电机组和辅助机构组成。
它将动力机械能转换成电能，是能源开发及工农业和城市发展的主要动力源之一。
空冷汽轮发电机的空心导体转子线圈是为了提高转速的功能，是一种具有一定相对竞争力的节能技术。
2空心导体转子线圈研究空心导体转子线圈对空冷汽轮发电机系统有着重要作用。
在技术提高方面，提高转子空芯线圈的设计水平和改进技术，进行新形式的转子空芯线圈设计，就可以运用到空冷汽轮发电机的的系统中。
为了提高转子空芯线圈的特性，首先研究转子空芯线圈及其铁芯的相关结构，对空心导体转子空芯线圈设计进行分析。
主要考虑使用不同形状，不同材料，以优化转子空芯线圈铁芯的设计。
其次，利用电磁计算机软件来优化空心导体转子线圈的设计。
有了相关的研究，可以更有效地减少空冷汽轮发电机转子空芯线圈的功耗，提高系统的效率。
3工艺要求空心导体转子空芯线圈的制作一般有两种工艺进行：一种是采用铸造的方式，优点是抗剪碰撞力大，耐腐蚀性能好，无焊接缝；另一种是采用金属板制作转子空芯线圈，现在普遍采用折弯拼接焊接组装的工艺，该工艺能实现三维空心线圈设计。
为了提高回路效率，在焊接前需要严格检查焊接钢棒和焊接夹头，并避免焊接材料在焊接前有外部受力损伤。
同时，在焊接时需要严格控制焊接速度，以避免焊接位置的过度热影响，使焊接夹头内壁温度处于安全范围内。
4结论空心导体转子线圈对空冷汽轮发电机的系统发挥着关键作用。
提高转子空芯线圈及其铁芯的设计水准和改进技术，更有利于提高系统的可靠性和发电效率，实现节能减排。
同时应注意焊接工艺的把控，保证焊接质量，避免出现焊接缺陷，保证系统的安全高效运行。
空芯线圈的设计(2013-1-4)
《自动检测技术》报告——空心线圈的设计【摘要】空心线圈电流互感器是新型互感器-电子式电流互感器的一种典型代表，是数字化变电站的重要的电流测量设备。
空心线圈的测量原理、制作方式、二次信号输出等均和传统互感器有较大差异。
本项设计的内容就是设计一套空心线圈及其二次信号变换电路。
按照基本的参数要求和有关国家标准，对空心线圈及其二次信号变换电路参数设计和结构设计，并对其性能进行仿真分析。
【关键词】空心线圈，积分电路一、设计目标本设计的目的在于通过课程作业，掌握有关设计的基本步骤与规范；掌握空心电流互感器的工作原理、结构设计和性能仿真的方法等，巩固电量检测技术的知识，增强感性认识。
掌握空心线圈及其二次电路的参数设计、总体结构等，从而对电子式互感器的性能有初步的了解。
二、设计要求1. 根据国家标准，确定一次额定电流大小和准确度等级。
2. 根据国家标准，选择计量和保护通道的二次输出电压值。
3. 进行线圈的结构设计和电气参数设计，确定外形参数。
4. 进行积分电路的电气参数设计。
5. 对空心线圈和二次电路进行性能仿真。
6.对空心线圈和二次电路进行误差分析。
三、设计方案综述1.空心线圈的原理空心线圈示意图及截面图如下图1所示。
图 1空心线圈示意图及截面图(1)空心线圈的互感则由截面图可知当空心线圈轴心通过电流p I 时，空心线圈沿轴向的截面中rr 1hI pr 2B通过的磁感应强度方向如上图1所示。
根据安培环路定律有oB dl I μ•=∑⎰﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ (1)因为空心线圈中的磁感应强度方向与积分方向相同，且有距轴线距离为r 的地方磁感应强度相同，则2o p B dl rB Iπμ•==⎰﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒(2)2o pI B rμπ=﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒(3) 单匝线圈的磁通量为 2121ln 2r o p r I h r B ds B hdr r μφπ=•=•=⎰⎰﹒﹒﹒﹒﹒(4) 因此空心线圈的互感为 21=ln 2o pp Nh r N M I I r μψφπ==﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ (5) (2)空心线圈的自感同理，当空心线圈中通过电流I 时，由于此时距轴线距离为r 的地方磁感应强度为2o NIB rμπ=﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒(6) 单匝线圈的磁通量为 2121ln 2r o r NIh r B d s B hdr r μφπ=•=•=⎰⎰﹒﹒﹒﹒﹒(7) 因此空心线圈的自感 221=ln 2o N h r N L I I r μψφπ==﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ (8) (3)空心线圈的电阻线圈的导线的长度为 212()l N r r h =-+﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ （9） 当绕制空心线圈的导线的直径为d 时，导线的横截面积为24d s π=﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒ (10)当绕制空心线圈的导线的电阻率为ρ时，线圈的电阻为2128()N r r h l R s dρρπ-+==﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒(11) (4)空心线圈的电容空心线圈的电容包括匝间电容和对地电容，又由于线圈是紧密绕制的，因而匝间电容非常小，比起线圈对地电容而言，可以忽略。
空心圆柱线圈电感计算方法的比较
空心圆柱线圈电感计算方法的比较
贺开华
【期刊名称】《船电技术》
【年(卷),期】2006(026)006
【摘要】本文对各种空心圆柱线圈电感的计算方法进行了比较,通过制作了一个空心圆柱线圈对各种计算方法进行了验证.
【总页数】3页(P41-43)
【作者】贺开华
【作者单位】海军驻湖南地区军事代表室,湖南,411101
【正文语种】中文
【中图分类】TM343
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5.计算无铁芯圆柱形线圈电感L的理论公式 [J], 孙金喜
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含气隙的环形铁心线圈磁饱和特性有限元分析_张阔
摘 要：为了 研 究 含 气 隙 的 磁 环 磁 饱 和 特 性， 首 先 在 封 闭 磁环上绕制了一个 简 易 互 感 器 ， 并 测 量 出 该 磁 环 的 Ｂ－Ｈ 曲 线，然后由 ＰＳＰＩＣＥ 软件仿真实验电路，获得 了 使 得 该 互 感 器达到磁饱和的电流， 最 后 采 用 ＡＮＳＯＦＴ 软 件 构 建 自 制 磁 环模型。利用该模型仿真出的磁环内部磁感应强度与实验 测量得到的结果相符合，因此可用其分析含气隙的磁环磁 饱和特性。分 析 结 果： 气 隙 的 存 在 可 以 减 小 磁 环 磁 感 应 强 度，并且气隙 的 宽 度 越 大 减 小 的 磁 感 应 强 度 越 多， 但 增 加 较小的励磁电流磁环就会再次饱和；气隙的位置也会影响 磁环磁感应强度，当气隙在绕组内部时使得磁环达到磁饱 和所需的励磁电流大于气隙在绕组外部所需的励磁电流。
本文基 于 自 制 磁 环 模 型， 通 过 实 验 测 量 得 其 Ｂ－Ｈ 曲线，由 ＰＳＰＩＣＥ 软 件 仿 真 实 验 电 路［４］， 获 得 了使得该 磁 环 达 到 磁 饱 和 的 电 流； 采 用 ＡＮＳＯＦＴ 软件 构 ［５－６］ 建 磁 环 模 型， 并 得 到 该 模 型 可 用 于 磁 环 磁饱和 特 性 分 析。 利 用 ＡＮＳＯＦＴ 软 件 工 具 平 台， 仿真不同气隙位置和气隙宽度时线圈内部磁感应强 度的分布情况，对比分析气隙对磁环磁饱和特性的 影响。
１ 仿真模型的构建
１．１ 实验测量 Ｂ－Ｈ 曲线 本文采用 示 波 器 和 信 号 发 生 器 间 接 测 量 Ｂ－Ｈ
曲线实验电路图，如图１所示。被测磁环一次侧与 ５０Ｈｚ工频信号、电阻 Ｒ１相 连 组 成 回 路， 二 次 侧 与 电阻 Ｒ２、 电 容 Ｃ 相 连。 电 路 中， 电 阻 Ｒ１ ＝６０Ω，
空心杯电机电磁阻力矩特性的实验研究
…，堕壁皇塑…２…００８耋苎艘……………………………………．缎塑％“．一：空心杯电机电磁阻力矩特性的实验研究ｉ罗玲，刘景林，罗兵（西北工业大学，陕西西安７１００７２）摘要：一种特殊空心杯电机的电枢是由导电材料制成的杯子，为了研究其电磁阻力矩特性，研制了不同磁路结构、转子材料和转子长度的样机。
样机实验表明：四极空心杯电机的电磁阻力矩大于二极；电磁阻力矩和转子长度成正比；电磁阻力矩与转子材料电导率的关系与理论分析尚有出入，有待进一步验证。
关键词：空心杯电机；电磁阻力矩特性；实验；转子长度；电导率中图分类号：ＴＭ３３文献标识码：Ａ文章编号：１００４—７０１８（２００８）０４—０００１－０２ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＴｏｒｑｕｅ—－ＳｐｅｅｄＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆａＭｏｖｉｎｇ—－ＣｏｉｌＭａｃｈｉｎｅｂｙＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＬＵＯＬｉｎｇ，ＬＩＵＪｉｎｇ—ｌｉｎ，ＬＵＯＢｉｎｇ（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｈｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｒｍａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｍａｃｈｉｎｅＷａＳａｃｙｌｉｎｄｅｒｃｕｐｍａｄｅｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｍｅｔａｌ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｍａｃｈｉｎｅ，ａｆｅｗｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｌｅｓｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｈａｐｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｔｏｒｌｅｎｇｔｈｗｅｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｔｈｅｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃ—ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｍａｃｈｉｎｅｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｗｉｔｈｔｈｅｐｏｌｅｓｎｕｍｂｅｒａｎｄｓｈａｐｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ，ｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌａｎｄｔｈｅｒｏｔｏｒｌｅｎｇｔｈｗｅｒｅａｎａ・ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｏｒｑｕｅｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗｉｔｈｆｏｕｒｍａｇｎｅｔｐｏｌｅｎｕｍｂｅｒｗａｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｗｉｔｈｔｗｏｍａｇｎｅｔｐｏｌｅｎｕｍｂｅｒ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｏｒｑｕｅｗａｓｃｈａｎｇｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｏｔｏｒｌｅｎｇｔｈｌｉｎｅａｒｌｙ，ｔｈｅｒｅｌａ－ｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｏｒｑｕｅｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒｍａｔｅｒｉａｌｎｅｅｄｔｏｂｅｔｅｓｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｆｕｒｔｈｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｖｉｎｇ—ｃｏｉｌｍａｃｈｉｎｅ；ｔｏｒｑｕｅ—ｓｐｅｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｔｅｓｔ；ｒｏｔｏｒｌｅｎｇｔｈ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ０引言普通空心杯电机的电枢绕组由导线按一定方式绕制而成，其电磁转矩与电枢绕组的匝数成正比。
Rogowski线圈典型外积分电路暂态性能比较与仿真
１ ｓ （ ９） Ｗ（ ｓ） ＝ Ｍ ２ ２ ＬＣｏ ｓ ＋ ２ δ ｓ＋ω ′ ＲＣｓ ＋ １ 同 样 ， 为 简 化 分 析 ， 令 Ｍ ／ （ ＬＣｏ ） ＝ １ ， Ｉｍ 为 标 么 值 ， 则 由 式 （ ２） （ ９） 可 以 得 到 输 出 信 号 的 拉 氏 变
换形式为
Ｕ ｏ（ ｓ） ＝
第 ２６ 卷第 ７ 期 ２００６ 年 ７ 月
电 力 自 动 化 设 备
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．７ Ｊｕｌ．２００６
Rogowski线 圈 典 型 外 积 分 电 路 暂态性能比较与仿真
刘艳峰 ， 尚秋峰 ， 周文昌
（ 华北电力大学 电子与通信工程系 ， 河北 保定 ０７１００３ ） 摘要 ： 应用于电力系统的 Ｒｏｇｏｗｓｋｉ 线圈一般工作在微分状态 ， 采用外积分电路后 ， 可对暂态电流作 出较好的反映 ， 便于分析故障信息。比较了 Ｒｏｇｏｗｓｋｉ 线圈在有源和无源外积分电路条件下直流分 量、 周期分量的响应 ， 以及综合分析其性能。并用 Ｍａｔｌａｂ 软件仿真 ， 分析和仿真结果表明 ， 理论上有 源外积分电路更适合对电力系统暂态电流的检测 ； 而无源外积分电路的输出信号对输入信号的跟 随性是有条件的 （ ＲＣ 取值较大 ） ， 且对电力系统暂态电流的检测误差比较大 ， 无源外积分电路只适 合对灵敏度要求不高的场合。 关键词 ： 电力系统 ； Ｒｏｇｏｗｓｋｉ 线圈 ； 暂态电流 ； Ｍａｔｌａｂ 仿真 中图分类号 ： ＴＭ ７１１ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １００６ － ６０４７（ ２００６ ） ０７ － ００３０ － ０４
Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ
《金版教程(物理)》2025高考科学复习解决方案第十二章 交变电流 电磁振荡与电磁波 传感含答案
《金版教程(物理）》2025高考科学复习解决方案第十二章交变电流电磁振荡与电磁波传感器第十二章核心素养提升[科学思维提炼]1．图像法：用图像描述交变电流的变化规律和电磁振荡的过程。
2．解析法：用表达式描述交变电流的变化规律。
3．等效法(1)旋转磁极式交流发电机产生正弦式交变电流的原理。
(2)从电流的热效应角度对交变电流有效值的定义。
(3)原线圈所在电路中含负载的变压器动态变化问题的分析思路。
4．分段法：根据定义，求解交变电流有效值的一般方法。
5．控制变量法：探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系的实验。
6．理想模型法：理想变压器的定义。
7．转换法(1)电压互感器、电流互感器实际测量的原理。
(2)高压输电的思想。
(3)传感器的应用原理。
8．分析法：从输送电能的基本要求以及线路功率损耗的表达式P＝I2r，到电能输送中关于降低输电损耗的两个途径的研究思路。
9．守恒的思想(1)不考虑变压器的能量损耗情况下，变压器传递能量过程中能量守恒。
(2)远距离输电中，交变电源的输出功率＝用户输入功率＋线路上损耗的功率。
10．程序法(1)理想变压器动态变化问题、远距离输电动态变化问题的一般分析思路：根据两个决定关系和一个守恒关系进行推导、分析——①原线圈两端的电压U1和匝数比决定副线圈两端的电压U2；②副线圈的输出功率P出决定原线圈的输入功率P入；③能量在传递过程中总量守恒。
(2)传感器应用的一般模式和一般的工作过程。
11．对比法：电磁波的特性与机械波的特性的对比，电磁波谱各波段特性的分析。
[素养提升集训]一、选择题(本题共7小题)1.如图所示是一台发电机的结构示意图，其中N、S是永久磁体的两个磁极，它们的表面呈半圆柱面形状。
M是圆柱形铁芯，它与磁极的柱面共轴，铁芯上有一矩形线框，可绕与铁芯M共轴的固定转动轴旋转。
磁极与铁芯之间的缝隙中形成方向沿半径的磁场。
若从图示位置开始计时，当线框绕固定转动轴匀速转动时，下列图像中能正确反映线框中感应电动势e随时间t变化规律的是()答案 D解析因发电机的两个磁极N、S呈半圆柱面形状，磁极间的磁感线呈辐向分布，线框与磁感应线垂直的两边所在处的磁感应强度的大小相等，故线框在磁场中转动时垂直切割磁感线，产生的感应电动势的大小不变，A、B错误；线框越过竖直方向的空隙段后，线框切割磁感线产生的感应电动势的方向发生变化，故C错误，D正确。
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统 中 每 相 电 流 一 般 需 要 F个 测 量 $ F个 保 护 共 需 " 个电流互感器的 情 况 $ 在采用空心线圈电流互感器 时$ 经过充 分 考 虑 $ 现 用 一 个 空 心 线 圈 代 替$ 保护和 测量由二次线路分别处理输出 % 新的方案使线圈部 分体积大大缩小 $ 二次输出能直接输出到微机保护 装置 % 针对实际所用的空心线圈电流互感器 $ 现设计
8 引言
电力互感器是电力系统自动化最基本的测量设 备之一 ! 在电力系统中被广泛地应用 ) 目前 ! 电磁式 互感器得到了比较充分的发展 ! 然而 ! 随着电力传输 容 量 的不断增长 ! 电网电压等级的不断提高及保护 要 求 的不断完善 ! 铁心式电流互感器已逐渐暴露出 与 之 不相 适 应 的 弱 点 ! 如 固 有 体 积 大. 磁 饱 和. 铁磁 谐振. 动态 范 围 小 . 使 用 频 带 窄 等! 已难以满足电力 系统发展的要求 ! 因此 ! 寻求更理想的电流互感器已 是当务之急 ) 目 前! 已在电力系统中广泛应用的以微处理器 为基础的数字保护装置 . 计量测试仪表 . 运行监控系 统 以 及发电机励 磁 控 制 装 置 等 都 要 求 采 用 低 功 率 . 紧凑型的电压和电流量测代替常规的电流互感器和 电 压 互感器 ! 这是 电 力 系 统 技 术 创 新 面 临 的 重 要 任 务! 它对提高电力 系 统 特 别 是 电 力 系 统 保 护 的 可 靠
图 中 0* ‘ 为空心线圈的互 + 为 原 方 被 测 电 流_ 感_ 为内阻 _ a为自感 _ ) 8 7 & 为寄生电容 _ b 为取样电 阻_ 为空心线圈后接积分器的积分电阻 7 _ 8为空心 线圈后接积分器的积分电容 _ , . /为感生电动势 _ c3 为实际输出电压 _ 为空心线圈互感器积分器的输 c& 出电压 6 该系统的传递函数 d为0 / e de /" c&e / c e /c3e /c&e / g " " f e / f e /c e / c3e / g
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p q " 从 以 上 的 设 计 原 理 可 以 看 出5 空心线圈电流互 感器由于不含铁心 5 从理论上消除了磁饱和现象 5 改 善了电磁式电流互感器频带窄和范围小的缺点 6 由 于 不 存在剩磁和 磁 饱 和 5 电流互感器的测量准确度 和稳定性也大为改善 6 同时 5 空心线圈电流互感器相 对传统互感器体积大大减小 5 重量大为减轻 5 十分有 利于产品的绝缘设计和产品的小型化 6 空心线圈电 流互感器与传统电流互感器在二次输出上有很大的 不同5 电流互感器 的 二 次 输 出 不 再 是 一 个 电 流 量 而 是一个电压量 5 而且没有二次输出不能开路的限制 5 它 的 小电压信号 输 出 可 以 十 分 方 便 地 实 现 量 化 5 或 与计算机接口实现数字化保护 4 测量和传送 6
采用一环形非磁性骨架 ! 骨架半径为 U 截面积 ! 为V 线圈均匀缠绕在此环形骨架上 ! 可以证明 WX ! Y 测量线圈所交链的磁链与环形骨架内的被测电流 Z [ * : 存在线性关系 9 当 时 空心线圈单位长度 ) U \X ! ] ^ 上的小线圈所交链的磁链 ] 为( _ ‘ V b ] ^ ] _ W c * a U 式中 ( b c 为磁感应强度在测量线圈轴线方向上的切 线分量 1 ‘ 为小线圈的总匝数 ) 整个空心线圈的小线圈所交链的总磁链 _ 为( ‘V f ‘V % _ W b ] ^W ge ] h ce * a U * a U 根据全电流定律 ! 磁场强度 g 沿任意封闭轮廓
的空心线圈结合现代集成电子技术 ; < = < >? + @ 作为电力电流互感器 ! 以其突出的优点 ! 得到了广大 研究人员的青睐 ) 空心线圈电流互感器采用非磁性 材 料 作 为 传 感 器! 无 饱 和. 无 剩 磁. 体 积 小. 频 带 宽. 输 出 低电平小电 流 信 号 ! 特别适用于电力系统数字 保护装置 ) 华中科技大学早在 * %世纪 & %年代就空 心线圈互感器在高压大电流 . 脉冲大电流 . 焊接电流 等方面做了大量的工作 ! 积累了丰富的经验 ! 为现在 开发研制电力系统保护用空心线圈电流互感器打下 了坚实的基础 )
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准确地测量 9 6 + 就可获得 * + 通过适当地放大和补偿非理想情况造成的相 移5 可将信号 9 调整为 ; / . < =标 准 规 定 的 标 准 值 5 + 成严格的线性关系 该值与被测信号 * 6模拟电路根 + 据 保 护和测量的 不 同 要 求 5 分别将保护和测量的额 定 信号输出调整为 3 有效值/ 和 A@有效 > &?@值/ 数 字 电 路 的 额 定 输 出 分 别 为 6 & 3 = B C和 ’ A 3 D C6 系统结构框图如图 ’所示 6
第 * i卷
第 / i期
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* % % *年 j月 * 5日 op = 2 * 5 !* % % * 5 * n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n
样机的主要技术指标为 C 保护 QR 计量 " L L_$ F L级 $ 测量 L 输出组合 L 环 L * F级 $ * Q级 $ * F ‘ L W Q ‘ QR ‘ QR $ 形线圈外径 aDE Y LZZ% 测 量 和 保 护 信 号 集 于 一 个 线 圈 上$ 根据前面分 析可知要同时考 虑 频 率 响 应 和 误 差 的 要 求 $ 并对温 度变化的影响及外部干扰影响也做了相应的测试 % ^ * b 频率响应试验 首 先$ 将线圈与二次电路部分整个作为电流互 感器整体 $ 施加 L 的 正 弦 信 号$ 观察其幅频 c F\ B] 特性的变化 % 图 Q为试验原理图 %
空心线圈的上 ? 下限频率分别为 @ A和 @ BC E @ AD F G H I E @ B D F GK J I L 理论上的工作频率范围 M 为 @ C M @D @ B N @ AD E N F GK J I L 在 实 际 应 用 中$ 考虑最佳阻尼情况和保护与测 量的相对误差要求 $ 工作频率范围会相应减小 O 而且 随着相对误差要求的提高 $ 频带范围亦会变窄 $ 这是 因 为 随着误差要 求 的 提 高 $ 必然提高线圈输出信号 的 信 噪比 % 这 样 就 导 致 单 位 长 度 匝 数 增 加 $ 最后使 上限频率 @ $ $ J I P 增加 $ L B 下降 % 电力系统保护用电流互感器按照国标规定分为 则额定电流 QR级和 E LR级 % 本文按 QR级 要 求 $ 时$ 二次保护输出值的相对误差 S 应小于 TE U% 由 式! 可推导证明在 时有 " # DTE U C S E L @ @ A B @ D D @ AV BV F W X X KF 电流互感器作为保护用 $ 要求如实反映 E Y次以 内谐波 $ 可忽略O 而短路 E Y次以上的谐波分量 很 小 $ 暂 态 过 程 的 时 间 常 数 一 般 在 几 十 Z[以 上 $ 所以实 际的频率响应要求只在 E\ 以内 % 作为测量用电 B] 流互感器 $ 主要测量稳态时的基波有效值 $ 所以空心 线圈电流互感器从理论上和实际上都完全能满足用 于电力系统的电流互感器的要求 % E F G H I
#$ % & * + ’ ( ) 整个线圈的感应电势 , 为0 / . ! " #$ % * 2 ! &2 + "1 3 / 2 . ’ ( ) 2 . 当线圈骨架材料一定 4 尺寸一定 4 绕制线圈所用 , . /"1 的 导 线 线 径 一 定 时5 则) 感 5 #5 $均 可 视 为 恒 定 值 5 应电势 , 就正比于被测电流 * / . + 的微分值 6 传感器 输 出 的 信 号 , 是被测信号 * / . +的微分 积分器是模 值 6 为求得输出与 * + 的 直 接 线 性 关 系5 拟电路部分的关键 6 设积分器积分参数为 7 和 8 则 5 有0 % 3 3 #$ & * , . / 2 . " ’ / + 7 8 7 8 ’ ( ) 积分器输出 9 与被测电流成线性关系 5 只要 / . + 9 . /"1 +