基于自积分Rogowski线圈的脉冲电流传感器的建模研究

析 了 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈测 量脉 冲 电流 的原理 ， 立 了 自积 分 式 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈分 布 式 参数 模 型 ， ｏｏ ｓｉ 建 ｏ ｏ ｓｉ 分析 了
影 响线 圈频 率特性 的主要 因素 ， 用 电磁 场数值 分析 方 法建 立 了线 圈三 维 电磁 场模 型 ， 采 提取 了线 圈
Ａｐ ｉ ２ ０ ｒｌ ０１
基 于 自积 分 Ｒ ｇ ｗ ｋ 线 圈 的脉 冲 电流传 感 器 的 建模 研 究 ｏ ｏ ｓｉ
柯 春俊 ，张 国钢 翟小 社 ， 英 三 耿
（ 西安交通 大 学 电力设 备 电气绝缘 国 家重点 实验 室 ，陕 西 西安 ７ ０ ４ ） １０ ９
摘 要 ：自积 分式 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈的体 积 小、 率响应 高 ， 测量脉 冲 大 电流信号 的理 想手段 。本 文分 ｏｏ ｓｉ 频 是
以单节 Ｒ Ｃ集 总 电路 模 型研 究 其 频 率特 性 ¨， Ｌ 设
计 和标定 过程 复杂 ， 较难保 证 测量 的精度 和可 靠性 。
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合理 的 电路 模 型 是 分 析 Ｒ ｇ ｗ ｋ 线 圈 工 作 特 ｏｏ ｓｉ 性 的必要 手 段 。本 文 在对 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 的 工 作 原 ｏｏ ｓｉ
Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 的分 布 电容 、 ｏｏ ｓｉ 自感 以及 互 感 在 高 频激励 时形 成 的共 振 现象是 制 约其测 量频 带宽度 的 主要 因素 。 以往 在 应 用 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈测 量 脉 冲 电 ｏｏ ｓｉ 流时 ， 对于线 圈 自身 的 时 间常 数 和 可测 信 号 的带 宽 主要 由其 Ｒ Ｃ集 总 电 路 模 型 推 导 Ｊ 在 计 算 Ｒ ． Ｌ ， ｏ ｇｗ ｋ 线 圈分布参 数 以及频 率特 性 的研 究 中依 靠 试 ｏ ｓｉ
秒¨ ， 可测 电流 幅值 范 围宽 ， 因而被 广 泛用 于测 量 各种 快速变 化 的大 电流 信 号 ， 如雷 电 冲击 电 流 、 功率 源 中脉 冲 电 流 以 及 局 部 放 电信 号 检 测 等 。Ｒ ｇｗ ｋ 线圈可 以分 为 自积分式 和外 积分 式 两 ｏｏ ｓｉ 种 ， 中 自积 分式 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 的结 构 简 单 、 积 其 ｏｏ ｓｉ 体 小、 频率 响应 高 ， 是测 量 纳秒级 脉 冲大 电流信号 的理
第 ２ 卷 第 ２期 ９ ２１ ０ ０年 ４月
电 工 电 能 新 技 术
Ａｄｖ ｎ ｅ ｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆＥｌｃｒｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｅ ｇ ａ ｃ ｄ Ｔ ｃ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｔｉａ ｇｎ ｅ ｉｇ ａ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ
Ｖｏ ． ９，Ｎｏ． １２ ２
理 和电路模 型进 行 分 析 基 础 上 ， 立 了 自积 分 Ｒ ． 建 ｏ
收 稿 日期 ：２０ －８２ ０ ９ －７ ０
当测量 脉 冲电 流等 高 频 信 号 时 ， 式 右 端 的微 等 分 项远 大 于 比例项 ， 而可 以 由式 （ ） 出 ， 进 １导
基 金项 目 ：陕 西 省 自然 科 学 基 础 研 究 计 划 资 助 项 目（０ ７ ２ ２ ０ Ｅ２ ）
想手 段 ， 国内外 已被广 泛应用 。 在
２ 自积分 式 Ｒｏ ｏ ｋ 线 圈 的基 本 原 理 ｇ ｗｓ ｉ
Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 的集总参 数 的等效 电路如 图 １所 ｏｏ ｓｉ
示 ， 中 、 、 。 Ｃ Ｒ 分 别 代 表 线 圈与 一 次 载 流 其 Ｒ 、 导体 互感 、 圈等效 自感 、 圈等 效 内 阻 、 圈等 效 线 线 线 电容 以及线 圈端接 电阻 圳 。 垃
的 电感 、 电容参 数 。利 用求取 的参数及 等 效 电路 ， 其 开环 特性 、 对 闭环 转 移 阻抗 及相 关影 响 因素进 行仿 真 ， 真 与 实验 结果对 比表 明 了所建 立 电路 模 型的合 理性 ， 仿 同时验证 了参数 的 准确性 。 关键 词 ：Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 ；脉 冲电流 ； 布参数 模 型 ；频率特 性 ｏｏ ｓｉ 分
验测 量或 结合 经验公 式估 算线 圈 的电容 、 电感值 ， 且
图 １ Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 集 总 参 数 等 效 电路 ｏｏ ｓｉ
Ｆｉ １ Ｌｕ ｇ． ｍｐｅ ｒ ｍ ｅｅ ｉｃ ｉ ｆＲｏ ｏ ｋ ｏｌ ｄ ｐａ ａ ｔ ｒｃｒ ｕ ｔｏ ｇ ｗｓ ｉｃ ｉ
当忽 略 分 布 电 容 Ｃ 。影 响 时 ， 电路 方 程 为 式
中 图分 类 号 ： Ｍ ３ ． Ｔ ８ ５２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ３３ ７ （０ ０ ０ ．０７０ １０ ． ６ ２ １ ） ２０ ６ －５ ０ －
１ 引 言
Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈测量 时与被 测 电流 回路通 过 电磁 ｏｏｓｉ 场耦 合 ， 有直 接 的电的联 系 ， 没 与主 回路有 着 良好 的 电气 绝 缘 ， 带 较 宽 ， 升 时 间 快 ， 达 几 个 纳 频 上 可
ｇ ｗ ｋ 线 圈 的等效 电路 模 型 ， 用 Ａ ｓｆＱ Ｄ软件 ｏ ｓｉ 利 ｎｏ ３ ｉ
通过电磁场数 值分析方法提取 Ｒ ｇｗｋ 线 圈的电 ｏｏ ｓｉ 容、 电感 参数 ， 于等 效 电路 分析 了其 频率 特 性 ， 基 并
通 过实 验验证 模 型的合 理性 和准确 性 。
作者简 介：柯春俊 （９ ５ ） １８ － ，男 ， 安徽籍 ，硕士研 究生 ， 从事智能 电器 电磁兼容性及其测试技术方面 的研究 ；
张国钢 （９６） 男， １７．， 陕西籍， 副教授， 博士， 从事智能电器理论与工程方面的研究。
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