设计罗氏线圈
基于罗氏线圈的微功耗高精度电流传感器设计
科学技术创新基于罗氏线圈的微功耗高精度电流传感器设计崔瑞(上海泰锦医疗科技有限公司,上海201203)1概述1.1技术背景一般情况下,高压线缆井各线缆接头的状态参数———电流,需要检修人员固定周期内带着检测设备下井检测,线缆井通道距离较长、环境复杂、井下空气质量较差,在时间、成本和安全性上来讲都有很大风险,且实时性也不太好。
随着物联网技术的普及和应用,电力行业各种设备在线实时监测需求越来越迫切,特别是电力线缆井的高压线缆监测给电力运维人员带来了很大的工作量。
运用物联网技术可以将高压线缆井的电流参数等传至后台,如数据异常便开启报警机制,通知相关人员整修并维护,提高运维工作的检修周期。
1.2国内外研究现状当前市面上做电流检测的主流采用罗氏线圈来进行检测。
相对于传统的磁感应设备,罗氏线圈的线性度和一致性要好许多,这对后续算法实现以及量产的可靠精度非常有益。
R ogows ki 和其同伴W .St ei nhaus 在1912年发表了一篇《The M eas ur em ent of M agnet M ot i ve For ce 》的论文,论文中详细阐述了提出了罗氏线圈的工作原理。
1966年,西德科学家H eum am n 对罗氏线圈的结构进行优化,提高了测量准确度,快速的推动了罗氏线圈的产业化应用。
21世纪以来,美国科学家Lj .A.K oj ovi c 在新型罗氏线圈结构设计做了大量前沿性的工作,为罗氏线圈的产业化奠定了坚实的基础。
从20世纪开始,国内很多学着和大学也已经开始对罗氏线圈进行研究,希望能将罗氏线圈应用到实际的科研与产业中,以解决现实中存在的问题。
如揭秉信教授编写的《大电流测量》对不同积分形式的罗氏线圈测量脉冲大电流时候的频率特性和工作状态进行研究。
现在罗氏线圈的应用在实际产业中得到了应用和提高。
很多高校和公司对罗氏线圈的应用做专门的改进和提高,特别是在小电流测量、结构参数电磁参数、仿真分析与补偿、传输线路的抗干扰等方面,并对罗氏线圈的优化设计方面进行了探索论。
小型大电流Rogowski线圈设计及性能
小型大电流Rogowski 线圈设计及性能龙祖利(西南科技大学,绵阳621002)摘 要:为适应电流测量的新要求,介绍了一种针对高频大电流测量的小型Rogowski 线圈。
研究了线圈不均匀放置包括偏心放置和倾斜放置对电流测量性能的影响后提出了线圈屏蔽盒、线圈导线多层绕制和使用磁芯线圈等设计方案,并使用多种结构的线圈测量了电流波形,得到了大量的测试数据。
对比国外标准电流测试探头测试数据改进设计,取得很好的效果,并证明了使用磁性材料利于满足线圈自积分条件,但使用磁性材料必须充分考虑工作频带和饱和磁感应强度,相比而言空心线圈的工作频带更宽。
关键词:大电流测量;Rogowski 线圈;自积分;小型;性能;设计中图分类号:TM835.2;TM933.1文献标志码:A 文章编号:100326520(2007)0720079205基金资助项目:西南科技大学青年基金(07ZX3148)。
Project Supported by Y out h Fund of Sout hwest University of Science and Technology (07ZX3148).Design and Perform ance of Miniature R ogow ski Coil for H eavy Current MeasurementLON G Zu 2li(Sout hwest U niversity of Science and Technology ,Mianyang 621002,China )Abstract :A kind of miniature Rogowski coil which measures high f requency and heavy current is introduced ,and the principle of work Rogowski coil is analyzed .The influence of non 2uniform laying of the miniature Rogowski coil ,including the biased laying and the inclined laying on the electric current survey performance is discussed.In order to reduce the influence of the coil laying on the capriciousness ,the coil may be wound thread or increased evenly from the integral coefficient.The Rogowski coil of the hollow multi 2layer circles reduces the coil stray capacity in the manufacture process.The design project of coil is proposed ,the current waveform is tested by using many kinds of structures of the coil ,and the massive test data are obtained.Through comparing the overseas standard electric cur 2rent test and head test data of the probe ,the current coil design is improved unceasingly.The test using magnetic material can enhance the coil actually f rom the integral criterion f unction ,but the used magnetic material should have saturation induction density and consider its working band.K ey w ords :heavy current measurement ;Rogowski coil ;integral calculus ;miniature ;performance ;design0 引 言Rogowski 线圈(罗氏线圈)相对于传统的安培表、电流互感器、分流器等电流测量方法,有许多优点:①测量频带宽(从几Hz 到几百M Hz )[1];②测量范围广(从几A 到几百kA )[2];③隔离性好,因罗氏线圈与被测回路没有直接的电连接[3],故对原边信号影响很小,并可方便地实现对高压回路的隔离测量;④结构简单,易于加工[4];⑤体积小,重量轻,成本低[5];⑥对大电流测量准确有效[6]。
【原创】罗氏线圈在智能型故障指示器中的应用
【原创】罗氏线圈在智能型故障指示器中的应用本期特约撰稿人：Frank，配网工作组专家，研究方向为配网自动化。
本文就罗氏线圈在智能型故障指示器的应用进行分析，欢迎行业内专家、人士留言沟通交流。
1.罗氏线圈与故障电流监测罗氏线圈，全称罗格夫斯基线圈（Rogowski Coil），是一种均匀缠绕在非铁磁材料上的环形线圈，因其不含铁芯，也称空心线圈，最初用来检测磁差，目前已广泛应用于多种场合下的电流测量。
与含有铁芯的常规电流互感器相比，罗氏线圈具有以下特点:（1）不存在铁芯的饱和特性，在很宽的电流测量范围内（从0.1A级到1MA级）都具有很好的线性度和测量精度；（2）很宽的频率范围（从0.1Hz到1GHz），响应速度快，能快速反应被测电流的变化；（3）使用安全，不存在二次开路产生高压的危险；（4）通过上下半环的组合，可设计成开启式传感器，便于现场安装。
对于小电流接地方式的配电网，其线路发生单相接地故障时，稳态故障电流较小，特征不明显，难以实现故障的分析与定位，这也是传统型故障指示器发展的瓶颈，但线路故障暂态电流远大于稳态电流，智能型故障指示器实现了暂态过程的电流电压信号录波，并以此作为单相接地故障分析和定位的依据，展现出了较好的发展前景。
罗氏线圈尤其适合高频电流、冲击性大电流以及瞬态电流的测量，是智能型故障指示器中电流传感器件的优选。
2.罗氏线圈的设计智能型故障指示器安装于户外配电架空线上，需要适应严酷的高低温环境和极其复杂的电磁场干扰，并需进行线路的不停电安装，因此传统型罗氏线圈并不能满足要求。
绕组中铜漆包线的膨胀系数远大于骨架材料的膨胀系数，升温时铜漆包线会自由的膨胀，因此传统型罗氏线圈对升温非常敏感，不适合直接应用于温差较大的户外型场合。
印刷电路板型罗氏线圈以PCB 基材为骨架，在双面PCB铜箔上过孔并印制刻蚀成绕组回路，其设计制造工艺简单，量产稳定性好，绕组密集匀称，具有很好的精确度和良好的温度性能，因此智能型故障指示器优选PCB印刷电路板型罗氏线圈。
耐高压纳秒脉冲罗氏线圈的研制
第29卷第12期强 激光与 粒子束 Vol . 29, No . 122017 年 12 月 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Dec . , 2017耐高压纳秒脉冲罗氏线圈的研制周利U 2，徐蓉13，袁伟群13，张东东123，严萍123(1.中国科学院电工研究所，北京100190; 2.中国科学院大学，北京100039;3.中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室，北京100190)摘要：针对n s 级脉冲电流信号的测量，设计了一种带磁芯的新型自积分式罗氏线圈，具有信噪比高、动态范围广等优点。
屏蔽盒开气隙防止涡流。
屏蔽盒外层采用聚氨醋进行整体封装，聚氨醋层厚度大于1.5mm ，可耐受大于20k V 的冲击电压。
采用高压方波发生器与P earso n 4100线圈对罗氏线圈标定。
罗氏线圈的参数为：灵敏度0.018 8V /A ，最高上升时间小于20 n s 方波脉宽300 ns ，最大峰值电流300 A 。
关键词：纳秒脉冲；磁芯；自积分；罗氏线圈；标定中图分类号：TM 933.1 文献标志码：A doi ：10. 11884/HPLPB 201729. 170100罗氏线圈是罗果夫斯基线圈的简称，最初是被用来进行磁场测量的，所以又称作磁位计[]。
它是运用电磁 感应原理与安培环路定理进行电流测量的。
传统的罗氏线圈是一种采用特殊结构的空心线圈，因为内部不包 含铁磁材料，所以不会产生磁饱和现象[]。
由于罗氏线圈具有线性度良好、频带较宽、反应速度快等优点，所以 适用于测量快速变化的大电流[-6]。
罗氏线圈的应用范围主要集中在：雷电冲击电流、脉冲电流、稳态交流大电 流以及电力系统中的暂态电流的测量等方面[7_11]。
为满足在高压应用环境下，对陡上升沿、峰值在300 A 以内 的n s 方波进行测量的需求，本文在传统罗氏线圈的基础上，研制了一种小体积带磁芯的新型罗氏线圈，并对其 特性进行分析及实验验证。
高频差分绕线PCB罗氏线圈设计
Ｘ ｉ ｅ Ｘ ｉ ａ ｏ ｌ ｅ ｉ ， Ｌ ｉ ｕ Ｙ ａ ｄ ｏ ｎ ｇ ， Ｌ ｉ ｕ Ｚ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ｅ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｇ ｅ ｈ ａ ｏ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｘ ｉ ｕ ｃ ｈ ｅ ｎ
（ ， ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＥ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ Ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｊ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｇ ｒ ｉ ｄ Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｊ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ２ ７ ２ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第 ４期
仪 器 仪 表 学 报
Ｃｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉｃ ｆ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ
Ｖｏ １ ．３ ６ Ｎｏ ． ４ Ａｐ ｒ ．词 ： Ｐ Ｃ Ｂ罗 氏线圈 ； 差分绕线 ； 开启式结构 ； 高频分量
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ９ ３ ３ ． １ ３ Ｔ Ｈ ８ ９ 文献标识码 ： Ａ 国家标准学科分类代码 ： ４ ６ ０ ． ４ ０ ２ ０
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｈｉ ｇ ｈ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎｔ ｉ ａ ｌ ｗｉ ｎｄ ｉ ｎ ｇ ＰＣＢ Ｒｏ ｇ ｏ ｗｓ ｋ ｉ ｃ ｏ ｉ ｌ
基于PCB罗氏线圈的SiC
基于PCB罗氏线圈的SiCPCB罗氏线圈是一种广泛应用于电子设备中的关键元件，其作用是捕获和测量磁场的变化。
而SiC（Silicon Carbide）作为一种新型材料，具有高耐压、高频率、低损耗等优点，在PCB罗氏线圈中发挥着重要的作用。
本文将详细介绍PCB罗氏线圈的工作原理，以及如何利用SiC进行优化设计，并分析其在工业和消费电子领域的应用场景。
PCB罗氏线圈是基于罗氏效应（Rogowski effect）原理工作的。
罗氏效应是指当一个导线穿过磁场时，导线中会产生感应电流，该电流的大小与磁场的变化率成正比。
PCB罗氏线圈利用这一原理，通过测量导线中电流的变化来测量磁场的变化。
在PCB罗氏线圈中，SiC的主要作用是提高线圈的频率响应。
SiC具有高频率、低损耗的特性，可以降低线圈的电阻和电感，从而提高线圈的响应速度。
SiC还具有高温稳定性，可以在高温环境下稳定工作，提高线圈的使用范围。
PCB罗氏线圈的设计主要涉及线圈的焊接和组装工艺，以及SiC的选择和配置方法。
在焊接和组装过程中，需要保证线圈的精度和稳定性，以确保线圈的测量准确度。
同时，需要选择具有高频率、低损耗的SiC材料，以优化线圈的性能。
在配置方面，需要根据实际应用需求，确定SiC材料在线圈中的位置和数量，以实现最优化的性能。
PCB罗氏线圈在工业和消费电子领域均有广泛的应用。
在工业领域，PCB罗氏线圈可用于电力系统中磁场变化的测量和保护，也可以用于电机、发电机等设备的监测和控制。
在消费电子领域，PCB罗氏线圈可用于磁卡、磁带等磁性媒体的读取和写入，也可以用于智能家居、物联网等新兴技术的磁场传感和信号处理。
SiC在PCB罗氏线圈中的应用主要表现在提高线圈的性能方面。
利用SiC的高频特性，可以优化线圈的频率响应，提高测量速度和精度。
同时，SiC的高温稳定性使得线圈可以在更广泛的环境中稳定工作，提高了线圈的可靠性和稳定性。
然而，SiC的成本较高，可能会增加PCB罗氏线圈的整体制造成本。
电磁屏蔽罗氏线圈
电磁屏蔽罗氏线圈电磁屏蔽技术是一种用于减少电磁干扰的重要手段，而罗氏线圈则是其中一种被广泛使用的屏蔽材料。
它可以在电子设备、通讯系统、航空航天等领域中起到关键作用。
罗氏线圈是一种由无数个小线圈组成的屏蔽材料。
每个小线圈都通过特定的方式连接在一起，形成一个整体。
这种设计使得罗氏线圈能够有效地吸收和分散电磁波的能量，从而减少电磁干扰的产生和传播范围。
罗氏线圈具有很高的导电性和磁导率，这使得它能够有效地吸收电磁波的能量。
同时，罗氏线圈的结构也决定了它具有良好的机械强度和稳定性，能够经受长时间的使用和外部环境的影响。
在电子设备中，罗氏线圈常常被用于保护敏感电子元件免受外部电磁干扰的影响。
比如，手机内部的电路板上往往会使用罗氏线圈来屏蔽周围的无线电信号，从而保证手机信号的质量和稳定性。
在通讯系统中，罗氏线圈被广泛应用于电磁屏蔽和滤波器的设计中。
它可以阻挡不同频率的电磁波，从而保证通讯系统之间的互不干扰，提高通信质量。
在航空航天领域，罗氏线圈则扮演着重要的角色。
航天器在进入大气层内时，会面临大量的电磁干扰，这对其正常运行会带来很大的威胁。
因此，罗氏线圈被广泛应用于航天器的外壳和电路设计中，以防止电磁干扰对其造成的影响。
与此同时，罗氏线圈的制作和安装也需要一定的专业知识和技巧。
工程师们需要根据具体的需求和要求，选择合适的材料和结构设计，以确保罗氏线圈的效果和可靠性。
总之，电磁屏蔽罗氏线圈是一种重要的技术手段，广泛应用于电子设备、通讯系统和航空航天领域。
它能够有效地减少电磁干扰对正常工作的影响，保证电子设备的稳定性和通信的质量。
因此，对罗氏线圈的研究和应用具有重要的指导意义，可以帮助我们更好地应对电磁干扰问题，提高技术应用的可靠性和安全性。
罗氏线圈的仿真研究本科毕业设计论文
本科毕业设计（论文）罗氏线圈的仿真研究2012年6月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：燕山大学毕业设计任务书摘要摘要电流互感器作为电力系统中的重要设备，对电力系统的正常运行和精确计量起着十分重要的作用。
随着国民经济的发展，各种供电电压等级不断出现，对电力系统的测量和保护准确度要求不断提高。
传统的电流互感器已经不能满足电力系统的高要求。
而Rogowski线圈结构简单、测量精度高、线性度好，在一定条件下Rogowski线圈可以作为电流互感器的替代品。
本文分析了Rogowski线圈结构参数（如线圈宽度、厚度和中心半径）和电磁参数（如线圈自感、互感和内阻）之间的关系以及它们对线圈动态特性的影响。
分析了罗氏线圈结构尺寸与电气参数的关系，建立了线圈的数学模型。
研究了三种不同截面形状（矩形、圆形、和跑道形）的Rogowski线圈，针对不同截面形状的线圈建立了不同的数学模型，利用Matlab软件和等值电路对Rogowski线圈进行了仿真研究。
通过比较分析提出了有关优选Rogowski线圈电磁和结构的方法，对于快速设计具有合理结构、最优电磁参数和良好动态特性的Rogowski线圈具有理论指导作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
传统罗氏线圈传感器的制作
罗氏线圈传感器由罗氏线圈和对其输出电压进行处理的放大积分电路组成。
1罗氏线圈设计
罗氏线圈是一种空心环形的线圈，有柔性和硬性两种，可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。
其设计基本原理如图：
图2 罗氏线圈结构图
罗氏线圈测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律,当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时,在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场，强度为H,由安培环路定律得:
∮H·dl=I(t)
由B=μH，e（t）=dΦ/dt，Ф=N∫B·dS，e（t）=M·di／dt，得：
其截面为矩形时，互感系数M
M=μ0Nhln(b/a)/2π
上式中，H为线圈内部的磁场强度，B为线圈内部的磁感应强度，μ0为真空磁导率，N为线圈匝数，e（t）为线圈两端的感应电压，a, b分别为线圈横截面的内外径,h为截面高度。
由此可见，线圈一定时，M为定值，线圈的输出电压与di／dt成正比。
2放大积分电路设计原理
若想准确还原测量的交流电流i , 必须加一个反相积分电路。
因罗氏线圈感应出的电压很小, 为了放大该感应电压，须在积分器前面加一放大电路。
积分是一个非常重要的环节,被还原的信号非常小, 为方便测量, 先将信号放大再积分,这样一方面可以增大还原信号, 另一方面,电容的存在可以过滤掉不必要的干扰[8]。
基本放大积分电路设计如图3：
通过对罗氏线圈感应电压的放大和积分处理，可还原出所测量的交流电流。
比例放大器的放大倍数K=-1
2R R -,积分放大器的积分时间常数τ=3R C 。
3，综合设计 有I t U o τ
KM )(=。
取a=60mm ，b=30mm ，h=20mm ，N=1500，则可算得M=4.2uh 。
取R1=5k ，R2=500K,R3=20K,C=1mF 。
综上可得I t U o 710*21)(-=
当I=50KA 时，o U =105MV 图3 基本放大积分电路设计。