新型PCB空心线圈电流互感器的设计与研究

为了进一步提高传统空心线圈的互感系数及其稳定性,以获得高精度的测量结果,提出一种新型PCB板空心线圈电流互感器。它具有全新的物理结构,通过其自身采取的抗干扰措施能够有效的抵抗外界的电磁干扰;并且,经过简单的组合即能有效地提高其互感系数。分析了新型PCB板空心线圈电流互感器的传感原理及抗干扰机理,给出了在不同电流级别下PCB空心线圈的结构以及一次导线的摆放特点,并针对其中一种设计结构制作了实际模型,进行了线性度与抗干扰能力测试,结果表明:额定电流为100A时,其测量准确度达到了0.2级,且具有较强的抵抗外界电磁场干扰的能力。     

空心线圈电流互感器性能分析

空心线圈电流互感器的原理、结构及输出信号等与传统的电磁式电流互感器有很大不同，其性能易受外界磁场及环境温度等因素的影响。该文对影响空心线圈电流互感器性能的磁场及温度等干扰因素进行详细分析，在理论分析的基础上提出相应的改进措施，并研制了一台220kVGIS用空心线圈电流互感器，给出了实验结果。实验表明，改进后的空心线圈电流互感器受环境温度及外界磁场的影响很小，且具有较好的频率特性和暂态特性，互感器满足0．2级精度要求。     

基于空心线圈互感系数自校验原理的大电流校验系统

对保护用电流互感器在大电流时的性能进行校验时一般采用含铁芯的电磁式互感器作为标准。但电流较大时,电磁式互感器铁芯体积大、制造困难,且剩磁现象严重,导致其误差变大。为此,提出了一种基于空心线圈互感系数自校验原理的交流大电流校验系统。在小电流时,该系统利用铁芯线圈的输出来校正空心线圈的安装等外界因素可能造成的误差。由于空心线圈的线性度好,校准后的空心线圈可作为大电流校验时的电流标准。空心线圈的输出需要积分还原,采用基于直流负反馈原理的数字积分算法,有效克服了传统模拟积分电路和数字积分的零漂、时漂和直流偏移问题。测试结果表明,该系统在电流500 A~50 kA范围内可达到0.1级的准确度。     

空心线圈电流互感器传变特性实验研究和分析

为了精确评估空心线圈电流互感器的传变特性,设计了空心线圈电流互感器精确度、饱和特性、频率特性和暂态特性的测试方案,根据互感器的结构模块设置测试点,研究各单元部件和整机的特性。提出采用"额定准确低限值一次电流"下的"总谐波畸变率"指标,评价空心线圈电流互感器在小电流时的输出波形质量。实验结果表明,空心线圈电流互感器大电流时线性度好,小电流时易受干扰的影响,互感器频带受限于传感线圈参数和信号处理电路的相频特性,对故障暂态电流和励磁涌流的传变误差主要来源于衰减直流分量的测量误差。研究方法为厂家产品设计和改良、相关测试标准的改善提供参考。     

PCB空心线圈电流变换器性能分析

当前微机保护装置以及电子式电能表采用的都是传统的带铁芯的电流变换器,传统的电流变换器存在磁饱和问题,因此测量动态范围窄。提出的PCB空心线圈电流变换器二次线圈采用对称设计,以保证最大限度地消除外界电磁干扰造成的误差。对影响电流变换器测量准确度的各种因素进行了分析,提出了改进措施和办法。制作了样机进行了实验验证,结果表明:PCB电流变换器达到了一定的测量准确度,在较大的动态范围内具有良好线性度,且响应速度快。     

螺线管空心线圈电流传感器的研究

提出了一种用于测量小电流、带补偿线圈的新型螺线管空心线圈电流传感器,阐述了螺线管空心线圈的基本结构,分析了其结构参数对电磁参数的影响,给出了相关参数的计算公式.螺线管空心线圈输出电压较小且与被测电流相位相差90°,需增加积分电路,以放大输出电压信号并保证相位的一致.利用Matlab对线圈动态特性随参数的变化情况进行了仿真,给出了相应的幅频、相频特性.制作了实验模型,并进行了相关的实验,给出了实验数据,验证了理论分析和实验结果的一致性.实验数据表明该新型带补偿线圈的螺线管空心线圈精度高,线性度较好,抗电磁干扰能力强.     

PCB空心线圈电流变换器研制

目前,微机保护装置以及电子式电能表采用的都是传统的带铁心的电流变换器,传统的电流变换器存在磁饱和问题,测量动态范围窄,为此提出了一种PCB空心线圈电流变换器,该PCB空心线圈电流变换器的次级线圈采用了对称设计,最大限度地消除了外界电磁干扰造成的误差;初级线圈可视情况绕制成多匝,并可通过位置的调整改变与次级线圈的耦合程度,从而改变传感头的互感系数.电流变换器制作简单方便,体小质轻,测量频带宽;对制作的样板进行了实验验证,结果表明PCB电流变换器达到了一定的测量精度,在较大的动态范围内具有良好线性度,且响应速度快.     

空心线圈电流互感器传变特性及其对继电保护的适应性分析

为了系统地分析空心线圈电流互感器传变特性及其对继电保护的影响,针对具体的互感器物理结构,采用理论、实验和仿真分析的手段,研究空心线圈电流互感器传感头和整体的频率特性和暂态特性。揭示了互感器较宽的频带特性有利于提高继电保护性能,频带宽度主要由Rogowski传感头和信号处理电路特性参数决定;暂态电流的测量误差关键取决于互感器对衰减非周期分量的刻画能力,即主要由非周期分量衰减时间常数和积分单元特性参数决定。最后,进一步从结构设计和测试标准方面提出空心线圈电流互感器应用于继电保护系统的适应性措施。     

小电流下空心线圈电流互感器的输出波形质量测试

为了给生产厂家产品设计和改善提供依据,对小电流下互感器输出波形质量进行测试.介绍了空心线圈的结构和工作原理,对互感器输出波形进行采集.将一台220 kV GIS用互感器作为实验仪器,在小电流下对互感器输出波形精度、暂态饱和性和稳态性进行测试.发现小电流下,空心线圈传感头输出受干扰的影响较大,而积分放大单元和相位补偿单元输出信号受干扰程度不大;在小电流下,一定程度上会导致电流互感器出现局部暂态饱和,但不会长期保持;小电流下容易受到外界环境的干扰,导致不同时刻输出电压相差较大,互感器输出波形不稳定.     

用于气体绝缘开关的新型空心线圈电流互感器

新型空心线圈电流互感器具有无磁饱和及动态范围宽等优点，与传统的电流互感器相比有着明显的优势。文中介绍了一种可用于220kV气体绝缘开关(GIS)的新型空心线圈电流互感器，互感器以Rogowski线圈为传感头，以FPGA为核心构成数字变换器，采用数字积分技术还原被测电流波形。文中给出了空心线圈电流互感器的原理、结构及实验结果。温度及电磁兼容等试验表明，该互感器性能稳定，满足电子式电流互感器标准(IEC60044—8)精度(0．2级)要求。     

外磁场对罗氏线圈的影响分析及验证方法

针对实际电流互感器工作环境,不存在均匀的外界磁场,提出一种分析外界非均匀磁场对罗氏线圈的干扰的新方法.根据相邻电力线在线圈远近两侧产生的感应磁场方向,将其分成两部分,分别分析,并求出产生总的感应电动势恒为零.从而得出在罗氏线圈截面积和匝数密度均匀的条件下,非均匀磁场不会对罗氏线圈产生干扰.针对于干扰情况文中提出两种改进...     

软磁材料磁滞回线在线检测系统

介绍了基于PIC16F877A单片机的软磁材料磁滞回线的基本原理和软硬件设计。为了能方便地放置和更换试件,设计了线圈结构。该线圈结构由一个激励线圈和检测线圈组成,激励线圈套在检测线圈的外面,检测线圈采用完全对称的双线圈反向连接,可降低外部干扰。同时利用计算机进行数据处理,操作简单。测试表明,该系统可靠、简单、易于实现且工作性能稳定、测量精度高,有利地解决了软磁材料磁性参数的在线测试。     

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。     

Design of a coil geometry for generating magnetic field to evaluate biological effects at 85 kHz

In recent years, the use of induction‐heating systems has increased and wireless power transmission (WPT) systems have been discussed. These applications are installed close to a human body. Therefore, it is important to discuss the effects of alternating magnetic fields and to evaluate electromagnetic interference. This paper discusses the design procedure of a magnetic field generator to evaluate the electromagnetic interference at 85 kHz that is being studied in WPT systems for EV and HEV. The magnetic field generator presented in this paper consists of a single‐phase inverter circuit that uses SiC‐MOSFETs and an air–core inductor that is used as the coil for generating a magnetic field. In particular, this paper shows that the coil used for generating magnetic field needs to reduce the winding voltage to generate higher magnetic flux. In addition, this paper presents the design procedure of the proposed coil structure that can satisfy some limited conditions. The experimental results of the proposed system rated at 82 kHz and 100 A are presented.     

PCB型空心线圈电流传感器处理电路研究

提出了一种具有新结构的PCB(Peripheral Component Intereonnection)型空心线圈电流传感器.由于不含铁磁材料,其本身不存在饱和问题,因此其动态测量范围大,且其本身采取了有效的抗干扰措施,能有效地避免外界磁场的影响.针对该新型电流传感器,分别提出了模拟和数字2种处理电路,并给出了相应的抗干扰措施.对PCB型空心线圈电流传感器与模拟处理电路组成的测试回路进行了抗干扰实验和测量准确度实验,实验结果证明了其采用的抗干扰措施的有效性.     

脉冲磁场发生器中用Braunbeck线圈的分析

研制一台用于肿瘤治疗的脉冲磁场发生器的关键单元是磁场线圈的设计和研制。为设计一种均匀区域更大、均匀度更高、工作更稳定的磁场线圈,在总结课题组前期工作的基础上,提出用一种4线圈系统的Braunbeck线圈替代传统的Helmholtz线圈。并对Braunbeck线圈的几何参数和中心磁场进行了理论计算、用COMSOL Multiphysics有限元软件进行内部磁场分布仿真以及研制出实物并对其性能进行了实测,结果显示该Braunbeck线圈工作性能稳定,磁场均匀度>95%的区域达到了在线圈径向-0.18～0.18m、轴向-0.17～0.17m之间,较课题组前期设计的Helmholtz线圈有了较大改进,为后续医学实验奠定了基础。     

电流比较仪多层小气隙磁屏蔽磁场的解析解

磁屏蔽磁场的分析是实现高精度电流比较仪优化设计的关键,然而磁屏蔽气隙结构复杂,有限元法计算量大、计算精度难以满足要求。考虑磁屏蔽分层结构以及一次电流偏心和外部磁场干扰对磁场分布的影响,提出一个二维简化模型,利用极坐标系下Poisson方程解的正交函数展开式推导磁场的解析解,并利用有限元法验证解析解的正确性。通过二维解析模型与三维实际问题有限元计算结果的对比,发现两者具有简单的比例关系,且该比例关系不依赖于干扰源的位置,因此可用二维解析模型对三维实际磁屏蔽结构做出快速有效的评估。对坡莫合金的B-H曲线进行拟合,以线性近似下的磁场解析解为基础,利用安匝平衡时检测线圈的感应电压导出电流检测的误差估算公式,作为磁屏蔽效能分析的定量指标。对不同磁屏蔽结构的分析表明,双层结构比同样尺寸单层结构的屏蔽效能可提高近三个数量级。最后通过实验验证了解析表达式分析实际问题的有效性。     

电磁驱动器驱动线圈温度场数学模型研究

电磁驱动器是用脉冲或交变电流产生磁行波来驱动带有电枢弹丸的发射装置,利用驱动线圈和电枢间的磁耦合机制工作,本质上是一台直线电动机。热损耗影响电磁炮的效率和性能,驱动线圈内过高温升会降低线圈的机械强度和绝缘材料的绝缘性能影响其使用寿命,甚至会烧毁线圈,所以在提高线圈炮初速和射速时必须考虑温升的影响。分析了线圈炮结构原理及发射原理,在单级感应线圈炮机电模型基础上建立了单发瞬态温度场数学模型,根据传热学原理建立了驱动线圈多发稳态等效热路模型以计算线圈内部导热。