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羅氏線(xiàn)圈工作原理

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  • 發(fā)布時(shí)間:2015/10/13 15:40:47
  • 作者:ly_yinhe

  羅氏線(xiàn)圈(Rogowski線(xiàn)圈)又叫電流測(cè)量線(xiàn)圈、微分電流傳感器,主要用于測(cè)量交流電流。羅氏線(xiàn)圈工作原理是線(xiàn)圈骨架?chē)@被測(cè)導(dǎo)體,導(dǎo)體周?chē)拇艌?chǎng)會(huì)隨著導(dǎo)體中電流的改變而改變,骨架上的漆包線(xiàn)會(huì)因此感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo),該電動(dòng)勢(shì)與導(dǎo)體中電流的導(dǎo)數(shù)成正比,而比例系數(shù)跟線(xiàn)圈匝數(shù)、骨架橫截面、磁導(dǎo)通率等有關(guān),將該電動(dòng)勢(shì)積分運(yùn)算后可還原導(dǎo)體中的電流。一個(gè)完整的羅氏線(xiàn)圈電流測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)該包括一個(gè)線(xiàn)圈和一個(gè)積分器,下面我們通過(guò)對(duì)線(xiàn)圈及積分器的介紹,讓大家對(duì)羅氏線(xiàn)圈工作原理有一個(gè)詳盡的了解。

羅氏線(xiàn)圈工作原理

羅氏線(xiàn)圈探頭基本結(jié)構(gòu)原理示意圖

圖示:羅氏線(xiàn)圈探頭基本結(jié)構(gòu)原理示意圖

  羅氏線(xiàn)圈是一種空心環(huán)形的線(xiàn)圈,有柔性和硬性?xún)煞N,可以直接套在被測(cè)量的導(dǎo)體上來(lái)測(cè)量交流電流。其設(shè)計(jì)基本原理如上圖所示:

  羅氏線(xiàn)圈測(cè)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(cè)電流沿軸線(xiàn)通過(guò)羅氏線(xiàn)圈中心時(shí),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(chǎng),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(shí),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(xiàn)圈內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度,B為線(xiàn)圈內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度,μ為真空磁導(dǎo)率,N為線(xiàn)圈匝數(shù),e(t)為線(xiàn)圈兩端的感應(yīng)電壓a、b分別為線(xiàn)圈橫截面的內(nèi)外徑,h為截面高度。由此可見(jiàn),線(xiàn)圈一定時(shí),M為定值,線(xiàn)圈的輸出電壓與di/dt成正比。

積分器工作原理

  若想準(zhǔn)確將羅氏線(xiàn)圈的線(xiàn)圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出還原為測(cè)量的交流電流i,還必須加一個(gè)反相積分電路。因羅氏線(xiàn)圈感應(yīng)出的電壓很小,為了放大該感應(yīng)電壓,須在積分器前面加一放大電路。積分是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),被還原的信號(hào)非常小,為方便測(cè)量,先將信號(hào)放大再積分,這樣一方面可以增大還原信號(hào),另一方面,電容的存在可以過(guò)濾掉不必要的干擾。積分器通過(guò)對(duì)羅氏線(xiàn)圈感應(yīng)電壓的放大和積分處理,可還原出所測(cè)量的交流電流。放大積分電路原理圖如下所示:

放大積分電路原理示意圖

圖示:放大積分電路原理示意圖


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