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羅哥夫斯基線圈 羅氏線圈的原理 _ 互感電流 _ 電磁感應(yīng)

作者:佚名    文章來源:本站原創(chuàng)    點(diǎn)擊數(shù):    更新時間:2020-04-22

羅哥夫斯基線圈(Rogowski Coil)又稱羅柯夫斯基線圈、羅氏線圈或空心線圈。
羅氏線圈是一種交流電流傳感器,是一個空心環(huán)形的線圈,有柔性和硬性兩種,可以直接套在被測量的導(dǎo)體上來測量交流電流。
羅氏線圈適用于較寬頻率范圍內(nèi)的交流電流的測量,對導(dǎo)體、尺寸都無特殊要求,具有較快的瞬間反應(yīng)能力,廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)的電流測量裝置如電流互感器無法使用的場合,用于電流測量,尤其是高頻、大電流測量。

羅哥夫斯基線圈 羅氏線圈的原理 

中文名:羅哥夫斯基線圈
外文名:Rogowski Coil
組  成:線圈、積分器
別  名:羅氏線圈、空心線圈等

羅氏線圈是一種空心環(huán)形的線圈,可以直接套在被測量的導(dǎo)體上。導(dǎo)體中流過的交流電流會在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一個交替變化的磁場,從而在線圈中感應(yīng)出一個與電流變比成比例的交流電壓信號。線圈的輸出電壓Uout=Mdi/dt,這里的M為線圈的互感系數(shù),而di/dt則為電流對時間的變化率。
     羅氏線圈通過積分器將線圈輸出的電壓信號進(jìn)行積分后得到一個交流電壓信號,這個電壓信號可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)被測量電流信號的波形。
     羅氏線圈及配套積分器是一種通用的電流測量系統(tǒng),應(yīng)用的場合很廣泛,它對被測電流的頻率、電流大小、導(dǎo)體尺寸都無特殊要求。系統(tǒng)的輸出信號與被測電流波形相位差小于0.1°,可測量波形復(fù)雜的電流信號,如瞬態(tài)沖擊電流。

羅氏線圈的工作原理 
     羅氏線圈電流測量系統(tǒng)一個突出的特點(diǎn)就是線性度好。線圈不含磁飽和元件,在量程范闈內(nèi),系統(tǒng)的輸出信號與待測電流信號一直是線性的。而系統(tǒng)的量程大小不是由線性度決定的,而是取決于最大擊穿電壓。積分器也是線性的,量程取決于本身的電氣特性。線性度好使得羅氏線圈非常容易標(biāo)定,因為系統(tǒng)可以使用常見的基準(zhǔn)信號進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定后的系統(tǒng)在整個量程范圍內(nèi)都是線性的,測量結(jié)果都是準(zhǔn)確的。同時由于線性度好,系統(tǒng)的量程可以隨意確定,瞬態(tài)反應(yīng)能力突出。

羅氏線圈測量電流的理論依據(jù)是法拉第電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律,當(dāng)被測電流沿軸線通過羅氏線圈中心時,在環(huán)形繞組所包圍的體積內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)變化的磁場,強(qiáng)度為H,由安培環(huán)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:
其截面為矩形時,互感系數(shù)M和自感系數(shù)L分別為:
M=μ0Nhln(b/a)/2π
L=μ0N^2hln(b/a)/2π
上式中,H為線圈內(nèi)部的磁場強(qiáng)度,B為線圈內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度,μ0為真空磁導(dǎo)率,N為線圈匝數(shù),e(t)為線圈兩端的感應(yīng)電壓,a, b分別為線圈橫截面的內(nèi)外徑,h為截面高度。
由此可見,線圈一定時,M為定值,線圈的輸出電壓與di/dt成正比。也就是說,羅氏線圈的輸出電壓與被測電流的微分成正比,只要將其輸出經(jīng)過的積分器,即可得到與一次電流成正比的輸出電壓。

產(chǎn)品特點(diǎn)
對于高頻、大電流測量有獨(dú)特的優(yōu)勢;
線性度好,標(biāo)定容易,但是,用于測量非正弦電流或未知頻率電流時,需要配置積分器使用;
可測量不規(guī)則導(dǎo)體;
安裝方便,無須破壞導(dǎo)體;
適用頻率從0.1Hz到1MHz;
高頻角差小,低頻角差較大;
無二次開路危險;
維修簡單方便;

產(chǎn)品配件

羅氏線圈的積分器及二次儀表 

積分器及二次儀表

除了固定且已知頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦波之外,測量時,羅哥夫斯基線圈需要與積分器配套使用。由于羅哥夫斯基線圈通常用于測量高頻電流或大電流,測量環(huán)境具有較大的電磁干擾,測量時需要特別注意。為了減小干擾的影響,優(yōu)先選用數(shù)字量輸出的積分器。
數(shù)字量輸出積分器在積分器內(nèi)部即完成了羅哥夫斯基線圈輸出電壓信號的積分及AD采樣,并將AD采樣結(jié)果以光纖為介質(zhì)上傳至二次儀表或上位機(jī)。可以有效避免傳輸過程中的損耗及干擾。使用時注意積分器與羅哥夫斯基線圈的模擬量連線盡可能短,并盡量采用屏蔽線。

Tags:羅氏線圈,互感電流,電磁感應(yīng)  
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