Design of a Rogowski Coil with a Magnetic Core Used for Measurements of Nanosecond Current Pulses

A Rogowski coil is developed to detect the nanosecond pulse signals of the discharge current with a wide bandwidth of 800 kHz to 106 MHz and high sensitivity of 2.22 V/A. Performance tests show that the Rogowski coil has both excellent dynamic and static characteristics. Calibrating results and the comparison between the standard current shunt and the developed Rogowski coil for the measurement of nanosecond discharge pulses demonstrate that the developed Rogowski coil can reproduce the actual waveform of the discharge current accurately.

快响应磁芯式Rogowski线圈

为减小线圈响应时间,提高脉冲大电流信号的测量精度,设计了ns级快脉冲响应的Rogowski线圈。根据电磁理论,给出了线圈关键参数的计算公式,并对其进行了工程制作。通过引入50Ω的阻尼电阻,消除信号电压波形前后沿处的高频寄生振荡。对Rogowski线圈的等效电路进行了Pspice电路模拟,验证了线圈的输出特性,与理论分析结果一致。用50 ns和10 ns方波脉冲分别对线圈进行定标,其响应时间分别为2.43和1.10 ns,灵敏度为3.34 A/V。利用该线圈对高压ns脉冲发生器的负载电流进行测量,结果表明线圈能够较好地响应10 ns,kA级脉冲大电流信号。

10/350μs直击雷电流测量用Rogowski线圈的研制

为了兼顾10/350μs直击雷电流波形快速上升的波前部分的高频分量与缓慢变化的波尾低频分量的需求,在对10/350μs波形进行频谱分析的基础上,设计了带磁芯式的宽频自积分Rogowski线圈,满足10/350μs直击雷电流波几十Hz到几百kHz频谱的要求。采用10/350μs直击雷电流的Crowbar回路,对设计的自积分Ro-gowski线圈进行了实验并与标准同轴管式分流器进行了测量结果的比对,实验结果表明:研制的Rogowski线圈对幅值<80kA的10/350μs雷电流波,其峰值、波前时间、半峰值时间等具有较高的测量精度,与标准同轴管式分流器测量结果相比,峰值测量的偏差≤2%,波前时间的测量偏差≤1.5%,半峰值时间的测量偏差≤2%,基本满足10/350μs波形测量精度的要求,可应用于大电流等级的10/350μs直击雷电流的测量以及其它类似场合。

测量低频大电流的自积分罗氏线圈设计

为测量电容储能脉冲功率源模块电流,设计了磁芯式自积分罗氏线圈。给出了磁芯的选择方法,分析了磁芯饱和问题。解决饱和问题的方法是使用饱和磁感应强度较大的材料,对测量线圈施加去磁磁场,以及等效减小线圈的励磁电流。分析表明:通过增大磁芯直径和截面积,选取线径合适的导线多层绕制的方法来增大线圈自感与电阻比值,可以有效提高线圈的测量幅值范围。使用设计的线圈实测了脉冲功率源模块电流,通过改变模块的充电电压,可以得到线圈出现饱和时对应的电流值。实验结果与理论分析相符合。对于脉冲功率源模块的ms量级脉冲电流信号,改进后的自积分线圈测量范围可以超过50kA。

直流电子式电流互感器中的一种谐波测量新方法

直流线路中谐波的测量对于谐波的抑制和治理具有重要的意义。为此,介绍了一种新型的300A直流电子式电流互感器(ECT)的谐波测量方法。该方法采用自积分式的带铁氧体铁心的Rogowski线圈,既克服了传统线圈受直流偏移影响严重的缺点,又避免了空心Rogowski线圈在小信号时灵敏度低的不足。实验结果证明该线圈在满足准确度要求的条件下可忽略直流分量对于磁导率的影响。同时,在实验室条件下,对线圈及积分电路的线性度、频率特性和温度特性进行了评估,实验结果显示该系统可以对50～2500Hz频段的谐波进行准确测量。系统线性度良好,准确度达到1%,并能在-30～70℃的温度变化范围内稳定工作,满足公用电网电能质量谐波GB/T14549-1993的要求。

耐高压纳秒脉冲罗氏线圈的研制

针对ns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酯进行整体封装,聚氨酯层厚度大于1.5mm,可耐受大于20kV的冲击电压。采用高压方波发生器与Pearson4100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20ns,方波脉宽300ns,最大峰值电流300A。

便携式冲击电流测量装置的设计及测试

为提高现场多点冲击电流测试效率,设计一种便携式冲击电流测量装置。根据典型冲击电流波形的频谱分析,设计带磁芯的罗氏线圈冲击电流传感器,灵敏度为3 mV/A,采用FPGA作为数字逻辑处理单元,选用采样率高达65 MSPS的12位A/D转换器,利用两级FIFO实现全波实时测量及本地存储,现场显示电流幅值与上升时间。测量装置体积小,质量轻,便于携带。经过8/20μs典型冲击电流测试,测量精度达到±3%,测量幅值范围为0.5~5 kA。