PCB罗氏线圈电流传感器积分误差的数字补偿策略

准确可靠的开关电流信息是电力电子变换器实现闭环控制、谐波抑制和短路保护的关键要素,有利于进一步提升功率器件的可靠性。PCB罗氏线圈电流传感器因其高带宽、小体积、低成本和低侵扰的特点,具有重要的研究价值和应用前景。然而,传统积分处理电路存在漂移误差与下垂误差,严重限制了PCB罗氏线圈电流传感器的测量精度。首先,本文采用复位型积分电路以避免漂移误差的持续累积,并消除下垂误差带来的影响。同时,针对复位型积分电路存在的漂移误差与偏置误差提出一种数字补偿策略,该方案采用数字信号处理器控制数模转化模块产生模拟补偿信号,并通过高速减法器消除误差,具有补偿精度高、调整方式简单的优点,可以大幅减小积分误差造成的影响;最后,基于双脉冲测试平台分别进行双脉冲、多脉冲和短路保护实验,验证了所提PCB罗氏线圈电流传感器的性能。

拆装式PCB型Rogowski线圈的研究

提出一种可现场组装结构的基于PCB平面型Rogowski线圈的电流传感器。在简单介绍Rogowski线圈基本工作原理的基础上,详细介绍了线圈的组成、结构和工作原理,并对线圈的主要部件进行详细阐述。给出线圈与被测导体之间的互感系数、自感和电阻计算公式。工频测试结果表明:线圈不仅理论计算结果与实际制造出的线圈的测试结果的一致性非常好,而且具有良好的线性输入输出关系和较高的灵敏度。频率特性测试结果表明:线圈可以真实反应被测电流的波形,并且没有明显衰减。拆装式PCB型Rogowski线圈电流传感器的最大特点是可以在不停电的情况下进行现场安装,并且不会影响被测设备的原来运行状态,为PCB型Rogowski线圈在电力系统的推广应用奠定了技术基础。

PCB式Rogowski线圈的性能分析

分析了PCB Rogowski线圈电磁参数(线圈互感)与位置变化、电磁干扰之间的关系,用MATLAB软件就其结构参数(中心半径、小板个数)对位置变化、电磁干扰产生的影响进行了仿真研究,在此基础上给出了设计建议,为线圈的实际制作提供了参考。

雷电流测量用PCB型Rogowski线圈研究

为提高雷电流测量用Rogowski线圈的准确度,文中提出了一种PCB型Rogowski线圈的设计原则。通过合理设计线圈参数与积分方式,解决了测量带宽与输出信号衰减之间的矛盾,并对设计的线圈以及积分器参数进行了仿真。在文中提出的线圈结构和积分方式下,峰值10 k A的8/20μs标准雷电流最大测量误差不超过2%。结果表明:所设计的PCB型线圈结合带补偿型二阶RC积分器,可以在保证频带的前提下保持较大的信号输出强度,且有较高测量准确度。

一种新型的Rogowski线圈——PCB罗氏线圈

介绍了一种新型的罗氏线圈——PCB罗氏线圈的工作原理及制作方法,用MATLAB对PCB罗氏线圈的特性做了仿真。对PCB罗氏线圈进行了灵敏度测试,并对实验结果做了分析。

PCB型Rogowski线圈的误差分析

影响PCB型Rogowski线圈测量准确性的因素是多方面的,主要对位置误差和干扰磁场产生的误差进行了分析。PCB Rogowski线圈具有离散的特征,当一次导体偏离理想位置时会产生输出误差。建立了严谨的误差计算数学模型,推导出了一次导体偏离理想位置时的感应电动势的计算公式,分析了线圈结构对误差的影响并给出了控制误差的方法,同时对干扰磁场产生的误差进行了分析,结果表明PCB型Rogowski线圈基本不受外磁场的影响。论文对Rogowski线圈的优化设计和精确误差分析提供了理论基础。

PCB型Rogowski线圈的设计与特性分析

设计了一种新型的电流传感头—PCB型Rogowski线圈,介绍了其工作原理及增大互感的方法。基于MATLAB软件,对影响线圈动态性能的参数进行了数学分析,得出了线圈优化设计的规律。在此基础上,优选线圈参数,设计了由PCB型Rogowski线圈和积分器组成的测量系统,并对其灵敏度和频率特性进行了分析计算。结果表明,该系统具有较高的灵敏度和良好的频率特性,能满足电力系统中对大电流的测量要求。

插板式PCB Rogowski线圈的计算与仿真

插板式Rogowski线圈克服了传统Rogowski线圈难以保证绕制密度的缺点,提高了测量精度。鉴于此,提出了一种基于PCB板结构的Rogowski线圈,其二次绕组采用一块基板及若干辅助插板构成。通过理论计算推导及仿真研究,给出了该插板式Rogowski线圈互感、自感、电容等参数的计算方法,并给出了其位置误差、干扰误差、温度误差的计算方法。同时,对该插板式Rogowski线圈的导线宽度、导线间距等物理尺寸对自感、互感各种误差的影响进行了研究。实验结果表明,该Rogowski线圈测量精度能够达到0.5级,具备很强的抗干扰能力和稳定性,且生产工艺简化,对Rogowski线圈在计量及保护领域的推广具有重要意义。

PCB型Rogowski线圈的可靠性研究

PCB型Rogowski线圈克服了传统手工绕制空心线圈重复性差、准确性低的缺点,便于大规模的自动化生产。可是PCB型Rogowski线圈依靠镀通孔和焊接点实现线圈的绕制和串联连接,这种特殊的结构使得线圈的可靠性取决于镀通孔和焊接点的可靠性。为了设计高可靠性的PCB型Rogowski线圈,介绍了镀通孔的失效模式和失效机理,给出了PCB型Rogowski线圈的失效判据,建立了PCB型Rogowski线圈的可靠性框图和数学模型,基于GJB/Z 299B-98定量地推导出PCB型Rogowski线圈的失效率与线圈镀通孔数目及镜像印制板对数间的关系。最后,预计出测量300 A电流的PCB型Rogowski线圈的平均寿命约为27年。

一种测量小电流的PCB平面型Rogowski线圈

提出了一种用于小电流测量的印制电路板(PCB)平面型Rogowski线圈电流互感器,给出了其结构和工作原理,推导出了线圈互感系数的计算公式,并分析了其抗外磁场干扰的机理,设计了实验模型。测试结果显示:额定100A的小电流测量准确度达到了0.2级,具有较强的抗电磁干扰能力和抗直流能力,适合作为电子式电能表和继电保护专用电流变换器,也可用于抗直流领域的小电流测量。这对于开发新型电流互感器具有积极的意义。

用于压接型IGBT器件芯片电流测量的带金属屏蔽层集成PCB Rogowski线圈的研究

柔性直流输电是构建能源互联网的重要途径,其中压接型IGBT器件是柔性直流输电换流阀的核心器件。由于单颗压接式IGBT芯片面积小,通流能力低,为了提高柔性直流输电的输电容量,需要将多颗压接式IGBT芯片并联。但是由于并联芯片电气参数差异,导致IGBT芯片在开关过程中出现不均流以及电流过冲现象。该文在PCB Rogowski线圈集总参数模型的基础上,分析IGBT测试过程中发射极与集电极电压的快速变化形成的电场对PCB Rogowski线圈测量误差的影响,提出用金属屏蔽层来消除电场干扰的方法,并实验验证该方法的有效性。接着仿真和实验分析PCB Rogowski线圈的自感和和分布电容(计及引入屏蔽层后屏蔽层与Rogowski线圈间的电容),首次从等效电路理论模型和实验分析由于屏蔽层引入造成对测量频带范围的不利影响。最后平衡屏蔽层引入的优缺点,设计一款集成的带金属屏蔽层的PCB Rogowski线圈来实时检测特定压接式IGBT器件内部并联芯片的电流。

PCB型Rogowski线圈电流传感器检测电路设计

介绍了PCB型Rogowski线圈的工作原理及特点,详细分析并设计了该传感器的信号处理电路,对该线圈电流传感器进行了线性度和灵敏度测试,实验结果表明:该传感器测量时线性度好,准确度较高,能满足测量要求。

双面回绕式PCB-Rogowski线圈的研究

为了设计一种具有高精度结构的PCB-Rogowski线圈电流互感器,通过Matlab对PCB-Rogowski线圈的结构参数进行优化设计,得出最优结构参数,最终设计出一种新型双面对称回绕布线式PCB-Rogowski线圈。经过理论计算推导,给出了该新型结构PCB-Rogowski线圈的互感系数、自感、内阻等电磁参数与实际测量相符。工频测试结果表明:实验测试结果与理论计算值一致性较好,并能真实反应被测电流波形。新型结构PCB-Rogowski线圈大大提高了互感系数,对小电流测量的精度和灵敏度有较大提高,也进一步推进了Rogowski线圈在电力行业的应用。

一种抗强干扰型双面对称布线PCB罗氏线圈

PCB罗氏线圈广泛应用于复杂环境下的电流测量传感头,其抗干扰性能决定着电流测量的准确法。本文设计了一种双面对称布线且设置回线的新颖PCB罗氏线圈,分析了垂直于线圈平面的杂散磁场对传统直连布线、双面对称布线未设置回线及设置回线的三种PCB罗氏线圈互感特性影响,测试了受扰条件下三种线圈与被测载流导体间互感系数,并在此基础上进一步改进了新颖PCB罗氏线圈的回线设计。分析和实验结果表明,回线设置可有效抑制杂散磁场干扰,该新颖PCB罗氏线圈具有很强的抗干扰性能,适合于用作外界杂散磁场复杂情况下的电流测量传感头。

双面对称布线印制电路板型Rogowski线圈

印制电路板(PCB)型Rogowski线圈广泛用作复杂电磁环境下的电流测量传感头,其性能决定着电流测量的灵敏性和精确度。针对传统直连结构PCB型Rogowski线圈的不足,设计了一种双面对称布线PCB型Ro-gowski线圈,在PCB板双面均匀密布沿半径方向且两端带导孔的直连铜箔,通过外径导孔处小段圆弧连接布线铜箔呈对称结构,使得线圈结构对称且单匝线圈垂直于PCB板面并指向轴心;在输出端设置与绕线方向相反的回线以抵消垂直PCB平面的杂散磁场干扰。计算了线圈的电磁参数,研究了被测载流导线偏离线圈轴线及线圈外存在干扰电流时线圈与被测载流导体间的互感特性并测试了其互感值。实验测试结果与理论计算值相符,表明该PCB型Rogowski线圈一致性好,抗干扰性能强,适合于用作外界杂散磁场复杂情况下的电流测量传感头。

适用于配电网故障指示器的PCB型罗氏线圈电流互感器设计

针对传统的故障指示器使用铁芯式电流互感器体积较大、高频特性不佳,不能满足配网故障电流检测需要的问题,基于罗氏线圈的工作原理,设计了多片组合式PCB型罗氏线圈及后端积分放大电路,建立了PCB型罗氏线圈电流互感器传递函数模型并通过Matlab进行仿真,制作了PCB型罗氏线圈电流互感器实物并进行试验测试其性能。结果表明,PCB型罗氏线圈电流互感器不仅可准确反映工频电流大小,同时还具备良好的高频特性,能够满足配电网故障定位的测量需求。

基于Rogowski线圈的数字积分器的研究与设计

积分器是影响基于Rogowski线圈电流互感器精度的关键环节。对模拟积分器的温度特性进行了分析,理论分析和实验结果表明其受温度的影响较大。和模拟积分器相比,数字积分器具有更高的精度和稳定性。利用梯形公式进行数字积分,分析与仿真了梯形积分算法对稳态和暂态电流的响应,提出了解决积分中漂移、初值问题的措施。设计了基于STM32F103的数字积分器,并利用新型PCB平面Rogowski线圈电流互感器进行了实验。实验结果验证了设计方法的有效性。

采用主副印制电路板构造的Rogowski线圈性能分析及设计

Rogowski线圈在制造时,二次线圈是半手工绕制,线圈密度很难做到恒定,使得测量准确度不高,难以满足计量和批量生产的要求。文中提出了一种基于印制电路板的Rogowski线圈的新结构,二次绕组采用一块主印制电路板和若干副印制电路板制作,可以实现完全的生产自动化。推导了所设计的Rogowski线圈的互感和自感系数,介绍了制造的关键技术,并提出了运用“货币原理”实现Rogowski线圈的柔性设计和构造的新思路。实验结果表明,该Rogowski线圈的测量准确度高,能够满足计量和保护的双重要求,对Rogowski线圈的大规模生产和推广应用具有重要的实用价值和现实意义。

采用PCB平面型空心线圈的电子式电流互感器性能分析

分析了印制电路板(printed circuit board,PCB)平面型空心线圈的结构与原理,对PCB电子式电流互感器的频率特性、稳态特性及暂态特性进行了仿真分析与试验研究,提出了数字式电流互感器的结构。结果表明:PCB电子式电流互感器测量范围大、工作频带宽、暂态响应快、稳态性能好且具有良好的线性度,适合小电流(100A以下)测量。

高性能PCB空心线圈电流互感器用于矿区电力系统的研究

高性能PCB空心线圈电流互感器为大截面结构,而理想空心线圈电流互感器要求为小截面结构。文章通过详细的理论分析和推导,解除了对截面大小的这一限制,得出大截面、高精度的PCB空心线圈电流互感器具有和理想空心线圈电流互感器相同测量原理的结论,为PCB空心线圈电流互感器的优化设计和在矿区电力系统中的应用提供了理论基础。实验研究结果表明,高性能PCB空心线圈电流互感器具有良好的测量精度、参数一致性、优异的工频暂态性能和抗电磁干扰能力,适应矿区的电力环境和电力系统进一步数字化的发展潮流。