Rogowski线圈电流传感器的积分器设计

I燕山大学毕业设计/论文Rogowski线圈电流传感器的积分器设计***燕山大学2012年6月本科毕业设计（论文）Rogowski线圈电流传感器的积分器设计学院（系）：***专业：08级应用电子学生姓名：***学号：***指导教师：***答辩日期：2012年6月17日燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：电气工程学院系级教学单位：电气工程及自动化学号***学生姓名***专业班级应电-2题目题目名称Rogowski线圈电流传感器的积分器设计题目性质1.理工类：工程设计（√）；工程技术实验研究型（）；理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）2.管理类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）题目类型1.毕业设计（√）2.论文（）题目来源科研课题（）生产实际（）自选题目（√）主要内容研究一种能够克服低频噪声和零点漂移的反馈电路，并且给出积分运算放大器的设计过程，将罗氏线圈的测量带宽扩展到1MHz以上。基本要求推导电路传递函数模型。仿真测试频率响应设计的结果，以及在测量dI/dt高于100A/us的磁压缩脉冲电流时的波形，并将测量效果与典型电流CT进行分析对比。参考资料[1]W.F.Ray,R.M.Davis,“HighfrequencyimprovementsinwidebandwidthRogowskitransducers,”EPE99ConferenceProceedings,Lausanne.Sept1999.[2]W.F.Ray,“WideBandwidthRogowskiTransducer:Part2-Integrator”EPEJournal,Vol.3,No.2,pp.116-122,1993[3]W.F.Ray,C.R.Hewson,“HighperformanceRogowskicurrenttransducers,”IASIEEEIndustrialApplicationsSociety,ConferenceProceedings,No.5,pp.3083-3090,Rome2000[4]W.F.Ray,R.M.Davis,“WidebandwidthRogowskicurrenttransducersPart1-TheRogowskicoil,”EPEJoumal,No.3,pp.51-59,1993[5]W.F.Ray,C.R.Hewson,J.M.Metcalfe,“HighfrequencyEffectsinCurrentMeasurementUsingRogowskiCoil,”2005EuropeanConferenceonPowerElectronicsandApplications,Vol.2005,pp.1665785,Sept2005,Dresden,Germany.周次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周应完成的内容查阅资料、分析原理建立空芯线圈和有源外积分电路的数学模型仿真传感头与积分电路设计是否匹配；分析仿真结果；评估积分电路的性能和局限；撰写论文准备答辩指导教师：***职称：讲师2012年1月2日系级教学单位审批：年月日摘要Ⅰ摘要长期以来，电流传感器在电力系统继电保护和电流测量中占有不可替代的地位。传统的磁式电流传感器(CTS)在作为测量与保护用时，它的磁路饱和问题一直困扰着人们。随着继保护和测量装置向微机化和数字化方向的发展，设备不再需要高功率输出的电流互感器。这一来，低功率输出、结构简单、线性度良好的Rogowski线圈电子式电流传感器(ETA)引起人们的注意，并且进入广泛的研究阶段。Rogowski线圈主要应用于测量交流大电流、脉冲电流、电力系统中的暂态电流等方面。本设计着眼于Rogowski线圈结构参数和电磁参数。着重研究了Rogowski传感头的频率特性。首先详细阐述了Rogowski线圈测量电流的原理及其等效电路模型。根据传感头的频率特性设计后继信号处理电路。后继电路的主要设计就是设计积分器。积分器是基于Rogowski线圈电子式电流互感器中的关键环节之一。文中给出了新型结构有源外积分复合式罗氏线圈积分器的设计过程和参数选取方法，在保证传感器具有合适灵敏度的前提下，将传感器的工作频带拓宽到线圈的自然谐振频率。仿真验证了这种新型的罗氏线圈传感器可工作在从工频到高频的大带宽测量范围。关键词：Rogowski线圈电流传感器、积分器、传感头等效电路、频率特性AbstractⅡAbstractForalongtime，currenttransformers(CTs)areimportantcomponentsforcurrentmeasurementandrelayingprotectioninpowersystem.WhentraditionalelectromagnetictypeCTsareusedformeasurementandprotection，theproblemsofTheirmagneticpathsaturationalwaysdisturbpeople.Withthedevelopmentofthecomputerizedanddigitaltechnologyofmeasurementandprotectionsdevices，thedevicesdon'tmathwithCTsofbigoutputpower.Thuselectroniccurrenttransformers(ETA)basedonRogowskicoilwiththeadvantagesofsmalloutputpower，simpleconstructionandideallinearityattractpeople'sattentionandcomeintoextensiveresearch.RogowskicoilsareincreasinglyusedtomeasurehighvoltageACcurrentinpowerindustry.TherelationsbetweendimensionsandelectromagneticoftheRogowskicoilhavebeenstudied.Inthispaper,highfrequencybehaviorforaRogowskicoilisanalyzedstressly.ThispaperexpoundedtheprincipleofmeasuringcurrentbyRogowskicoilanditsequivalentcircuitmodel.CorrespondingoutsideintegratorcircuitsarebuiltaccordingwithcharacteristicoftheRogowski.Describeingintegratorismainproblemindescribeingoutsideintegratorcircuits.IntegratorisakeyelementinanelectroniccurrenttransducerbasedonRogowskicoil.Anovelcompoundintegrationcircuitisdescribedinthispaper,whichisconsistedofself-integration,passiveRCintegrationandactiveRCintegration.Thiscompoundintegratorimprovementsthemeasurementupperbandwidthlimitoftransduceraroundcoilnaturalfrequency.Simulationwaveformsverifythetransduceroperateswithboth50Hzgridcurrentand100A/spulsecurrentmeasurement.Keywords：Rogowskicoiltransducer,sensinghead，integrator，equivalentcircuitfrequencycharacteristic目录摘要..........................................................ⅠAbstract.................................................................................................................II第1章绪论....................................................11.1脉冲大电流测量概述......................................11.2罗氏线圈的性能优点......................................21.3国内外研究及发展现状....................................21.4本章小结................................................3第2章电流互感器的介绍..................................................................................42.1电流互感器的基本概念....................................42.2电流互感器的用途........................................42.3传统电磁式电流互感器的原理..............................52.4本章小结................................................7第3章罗氏线圈的结构和基本原理..................................................................83.1罗氏线圈的构造..........................................83.2罗氏线圈的测流原理......................................93.3Rogowski线圈与传统电流互感器的比较....................103.4罗氏线圈的等效电路.....................................113.5本章小结...............................................12第4章传感头的频率特性分析与积分器设计................................................134.1传感头的传递函数.......................................134.2终端电阻Rt的选取......................................144.3罗氏线圈的两种类型.....................................174.3.1自积分罗氏线圈...................................174.3.2外积分罗氏线圈...................................194.4积分器的设计...........................................204.4.1无源RC外积分结构及参数设计原理..................204.4.2有源外积分.......................................224.4.3具有低频衰减性能的有源积分器.................