PCB型罗氏线圈电流传感器的设计与试验研究
型印刷电路板罗氏线圈电流传感器
型印刷电路板上的罗氏线圈电流传感器是一种常用的电流测量装置，它可以将电流信号转换成电压信号，从而实现对电流的测量和控制。
在本文中，我们将简要介绍罗氏线圈电流传感器的原理、特点、应用场景和未来发展趋势。
一、原理简述罗氏线圈电流传感器主要由一个或多个罗氏线圈和一个信号处理电路组成。
当电流流过罗氏线圈时，会产生一个电动势，该电动势与电流的平方成正比。
信号处理电路对罗氏线圈的输出信号进行放大、滤波和数字化处理，以便进行后续的数据分析和控制。
二、特点介绍1. 结构简单：罗氏线圈电流传感器结构简单，易于安装和维护。
2. 测量范围广：罗氏线圈电流传感器可以测量较大的电流范围，适用于各种工业应用场景。
3. 精度高：罗氏线圈电流传感器具有较高的测量精度，可以满足大多数应用场景的需求。
4. 响应速度快：罗氏线圈电流传感器具有较快的响应速度，可以实时监测电流的变化。
5. 抗干扰能力强：罗氏线圈电流传感器具有较好的抗干扰能力，能够适应各种工业环境。
三、应用场景1. 电力监控：罗氏线圈电流传感器可以用于电力系统的实时监测和控制，实现对电力设备的保护和优化。
2. 工业自动化：罗氏线圈电流传感器可以用于工业自动化生产线的电流监测和控制，提高生产效率和产品质量。
3. 新能源领域：在新能源领域，罗氏线圈电流传感器可以用于太阳能、风能等新能源设备的电流监测和控制，实现能源的有效利用和节能减排。
4. 其他领域：罗氏线圈电流传感器还可以应用于船舶、铁路、智能家居等领域的电流监测和控制。
四、未来发展趋势随着工业自动化和智能化程度的不断提高，罗氏线圈电流传感器在工业领域的应用将越来越广泛。
未来，罗氏线圈电流传感器的发展趋势将包括以下几个方面：1. 数字化和智能化：随着物联网和大数据技术的发展，罗氏线圈电流传感器的数字化和智能化程度将不断提高，可以实现更精确的测量和控制，同时降低维护成本。
2. 高精度和高可靠性：随着工业自动化程度的提高，对罗氏线圈电流传感器的精度和可靠性要求将越来越高。
基于罗氏线圈的微功耗高精度电流传感器设计
科学技术创新基于罗氏线圈的微功耗高精度电流传感器设计崔瑞(上海泰锦医疗科技有限公司,上海201203)1概述1.1技术背景一般情况下,高压线缆井各线缆接头的状态参数———电流,需要检修人员固定周期内带着检测设备下井检测,线缆井通道距离较长、环境复杂、井下空气质量较差,在时间、成本和安全性上来讲都有很大风险,且实时性也不太好。
随着物联网技术的普及和应用,电力行业各种设备在线实时监测需求越来越迫切,特别是电力线缆井的高压线缆监测给电力运维人员带来了很大的工作量。
运用物联网技术可以将高压线缆井的电流参数等传至后台,如数据异常便开启报警机制,通知相关人员整修并维护,提高运维工作的检修周期。
1.2国内外研究现状当前市面上做电流检测的主流采用罗氏线圈来进行检测。
相对于传统的磁感应设备,罗氏线圈的线性度和一致性要好许多,这对后续算法实现以及量产的可靠精度非常有益。
R ogows ki 和其同伴W .St ei nhaus 在1912年发表了一篇《The M eas ur em ent of M agnet M ot i ve For ce 》的论文,论文中详细阐述了提出了罗氏线圈的工作原理。
1966年,西德科学家H eum am n 对罗氏线圈的结构进行优化,提高了测量准确度,快速的推动了罗氏线圈的产业化应用。
21世纪以来,美国科学家Lj .A.K oj ovi c 在新型罗氏线圈结构设计做了大量前沿性的工作,为罗氏线圈的产业化奠定了坚实的基础。
从20世纪开始,国内很多学着和大学也已经开始对罗氏线圈进行研究,希望能将罗氏线圈应用到实际的科研与产业中,以解决现实中存在的问题。
如揭秉信教授编写的《大电流测量》对不同积分形式的罗氏线圈测量脉冲大电流时候的频率特性和工作状态进行研究。
现在罗氏线圈的应用在实际产业中得到了应用和提高。
很多高校和公司对罗氏线圈的应用做专门的改进和提高,特别是在小电流测量、结构参数电磁参数、仿真分析与补偿、传输线路的抗干扰等方面,并对罗氏线圈的优化设计方面进行了探索论。
PCB型Rogowski线圈的设计与特性分析
中图分类号：TH12，TP212 文献标识码：A
1 引言
在现代电力系统中，Rogowski 线圈（以下简称罗氏线圈）已被 广泛应用于测量各种变化的电流。作为一种电流传感单元，由于 具有测量范围宽、绝缘性能好、频带宽、线性度好、不含铁心、无磁 饱和现象等一系列优点[1]，已成为电力互感器发展的新方向。普通 的罗氏线圈是用手工或绕线机将导线均匀地绕在环形非铁磁骨 架上制成，采用这种方式加工出来的产品，很难做到线圈均匀绕 制和每匝截面积相等，而且易断线，分散性较大，从而导致测量时 准确度不高，也不利于产业化发展。因此，为了解决以上问题，设
x=fmincon（‘jsqfun’，x） 得到优化的设计变量，经圆整后得 m1n =1.5mm，m3 =2.5mm，z1 =18，z3 =17，β ＝15° 44′ 24″ ，b1 =16mm， b3=35mm
4 结论
对可移式管螺纹成型机的减速器和工作方式在结构上进行
技术难题。
参考文献
1 郑增铭，郭攀成.机械力学与机械设计［M］. 兰州：兰州大学出版社，2004 2 周廷美，蓝悦明.机械零件与系统优化设计建模及应用［M］. 北京：化学工业
2009 年 8 月
文章编号：1001-3997（2009）08-0024-03
PCB 型 Rogowski 线圈的设计与特性分析 *
鲍丙豪 龚勇镇 赵洪利 张 玲 （江苏大学 机械工程学院，镇江 212013）
Design and characteristics analysis of PCB rogowski coil
工艺的影响，其骨架尺寸有一定限制，由它增大 M 的空间很小；考
虑到铜线太细易断裂的缺点，匝数的密度也随着线圈内外径的确
定而基本确定下来。所以，采用该方法存在着一定缺陷。
基于PCB罗氏线圈的SiC
基于PCB罗氏线圈的SiCPCB罗氏线圈是一种广泛应用于电子设备中的关键元件，其作用是捕获和测量磁场的变化。
而SiC（Silicon Carbide）作为一种新型材料，具有高耐压、高频率、低损耗等优点，在PCB罗氏线圈中发挥着重要的作用。
本文将详细介绍PCB罗氏线圈的工作原理，以及如何利用SiC进行优化设计，并分析其在工业和消费电子领域的应用场景。
PCB罗氏线圈是基于罗氏效应（Rogowski effect）原理工作的。
罗氏效应是指当一个导线穿过磁场时，导线中会产生感应电流，该电流的大小与磁场的变化率成正比。
PCB罗氏线圈利用这一原理，通过测量导线中电流的变化来测量磁场的变化。
在PCB罗氏线圈中，SiC的主要作用是提高线圈的频率响应。
SiC具有高频率、低损耗的特性，可以降低线圈的电阻和电感，从而提高线圈的响应速度。
SiC还具有高温稳定性，可以在高温环境下稳定工作，提高线圈的使用范围。
PCB罗氏线圈的设计主要涉及线圈的焊接和组装工艺，以及SiC的选择和配置方法。
在焊接和组装过程中，需要保证线圈的精度和稳定性，以确保线圈的测量准确度。
同时，需要选择具有高频率、低损耗的SiC材料，以优化线圈的性能。
在配置方面，需要根据实际应用需求，确定SiC材料在线圈中的位置和数量，以实现最优化的性能。
PCB罗氏线圈在工业和消费电子领域均有广泛的应用。
在工业领域，PCB罗氏线圈可用于电力系统中磁场变化的测量和保护，也可以用于电机、发电机等设备的监测和控制。
在消费电子领域，PCB罗氏线圈可用于磁卡、磁带等磁性媒体的读取和写入，也可以用于智能家居、物联网等新兴技术的磁场传感和信号处理。
SiC在PCB罗氏线圈中的应用主要表现在提高线圈的性能方面。
利用SiC的高频特性，可以优化线圈的频率响应，提高测量速度和精度。
同时，SiC的高温稳定性使得线圈可以在更广泛的环境中稳定工作，提高了线圈的可靠性和稳定性。
然而，SiC的成本较高，可能会增加PCB罗氏线圈的整体制造成本。
罗氏线圈研制工作报告
PCB罗氏线圈研制工作报告一、概述随着电力系统的发展，电力系统传输的容量不断增加，电网运行电压等级不断提高，目前我国电网已将原来的220Kv的骨干电网提高到了500Kv，随着电压等级的提高，电磁式互感器逐渐暴露出一系列的缺点。
绝缘结构更加复杂、制造成本急剧增加；本身固有的磁饱和、动态范围小、通频带窄、剩磁对暂态误差影响较大等缺点，难以满足电力系统智能化、网络化和数字化发展需要。
随着微电子技术、微机技术和光纤技术的发展，基于这些技术的新型互感器成了互感器领域中发展的重要方向。
Rogowski线圈是一种比较成熟的测量元件，广泛应用于脉冲大电流或直流大电流（后者需要借助特殊的试验方法）测量，但它的测量输出信号比较微弱，无法驱动传统的计量和继电保护装置，在电力系统现场的计量和保护的应用中受到限制，随着数字技术和微型计算机技术的迅速发展和广泛应用，电力系统逐步向自动化、数字化的方向发展，现代测量装置和微机保护设备不再需要大功率驱动，Rogowski线圈应用于电力系统的设想引起了人们的广泛关注，并有望与光纤技术、数字信号处理技术相结合，制造出用于电力系统计量和保护的电流互感器和电压互感器，适应电力系统在线测量、数字化保护、控制、故障诊断以及光纤化的发展。
与其他的交流电流测量方式相比，Rogowski线圈具有自身显著的优点。
它不含铁心、频带宽、线性度好、测量范围大、造价低、体积小、重量轻等优点，并且没有饱和与磁滞现象。
Rogowski线圈最初用于测量暂态电流；由于没有铁芯，它在测量大幅值短路电流时，不会像带铁芯的电流互感器那样产生磁饱和，使输出波形畸变；用它测量暂态电流时，线圈和被测回路之间没有直接的电的联系，对被测回路影响小，也不会消耗被测回路的能量。
随着微机技术的普及应用，在继电器保护和测量中，设备不需高功率输出地电流互感器。
因此，低功率输出、测量线性度好、测量频带宽的Rogowski线圈不仅被广泛应用在暂态电流的测量，而且越来越多的应用于电力系统中的电流测量，供测量和保护之用。
罗氏线圈雷电流传感器研究
罗氏线圈雷电流传感器研究陈启明1,喻 莹2(1.武汉大学,武汉 430072;2.湖北超高压输变电公司,武汉 430050) [摘 要] 通过对大电流测量传感器的分析,提出罗氏线圈设计原则,设计出雷电流传感器线圈,并对线圈的输出特性的实际测量,验证设计结果的正确性。
[关键词] 雷电流;罗氏线圈;电阻采样法 [中图分类号]T M642 [文献标识码]A [文章编号]100623986(2009)0320016203Study on L i ght n i n g Curren t Sen sor of Rogowsk i Co ilCHEN Q i 2m ing 1,Y U Ying2(1.W uhan U niversity,W uhan 430072,China;2.Hubei EHV Trans m ission &Substation Co m pany,W uhan 430050,China )[Abstract]The design p rinci p le of Rogowski coil is p r oposed thr ough the analysis of high current measure 2ment sens or and the corres ponding lightning current sens or coil is designed .The design calculati on accuracy was tested by the measure ment of coil’s factual out put characteristics .[Key words]lightning current;Rogowski coil;resistance sa mp ling method1 引言 雷电流传感器作为变电站雷击在线监测的重要组成部分,它的性能的好坏将直接影响着系统的测量精度,甚至决定着系统功能能否实现。
一种高精度罗氏线圈的设计与校准方法研究
由于生产工艺的影响，单块PCB罗氏线圈上的匝数 过多，会导致铜线易断。因此，可采用多个PCB罗氏线 圈串联的方式，相当于增加了PCB罗氏线圈的厚度和匝 数。串联时相邻两个PCB罗氏线圈按照布线相反方向放 置，抵消外界磁场引起的感应电动势，既增大了互感系 数，也提高了抗电磁干扰的性能。由于高频响应的要 求，线圈匝数也不应过多。
量系统的误差小于0.3%，解决了罗氏线圈在该频带和电流条件下的测量精度不足的问题。
关键词：宽频带；大电流；PCB罗氏线圈；曲线拟合校准
中图分类号：TH12；TP212
文献标识码：A
文章编号：1009-0134(2021)07-0009-05
0 引言
随着脉冲电能源在电磁弹射，电磁炮， 高功率激光 等领域的广泛应用，脉冲大电流技术得以迅速发展。脉冲 大电流具有频带宽，幅值大以及上升沿陡峭等特性[1]。因 此，测量比较困难。目前，通常采用多个电流互感器分段 测量的方法。但是存在稳定性不足，精度不高，测量范 围有限等问题。
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(b) PCB罗氏线圈无气隙时
图2 PCB罗氏线圈有无气隙磁场仿真对比图
当无气隙时，磁场分布均匀，载流导体通过PCB罗 【10】 第43卷 第7期 2021-07
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图4 不同匝数的阶跃响应图
图4中可得，匝数N越少，响应时间越快，到达稳 态的时间越短。由式(1)可得，线圈匝数越多，线圈的互 感系数越大，测量的准确性越高。因此，需要合理选择 PCB罗氏线圈的匝数。 1.2 PCB罗氏线圈的设计与性能分析
PCB型Rogowski线圈电流传感器检测电路设计
作 者简介 ： 龚勇镇 （ ９ ３ ）男 ， 南湘潭人 ， １８ 一 ， 湖 助教 ， 士研究 生 ， 硕 主要从 事智能检 测与 机电一体化 方 面的研 究 。
７５
的影 响 ， 高 信噪 比 。本 文 中设计 的信 号 放大 电路 ， 提 不但 要 实现 前 后 级 电路 的阻抗 匹配 ，还 须具 有 较低 的输 入失 调 电压 、 调 电流 、 移 、 失 漂 噪声 和稳 定 的 放
２ 检 测 电 路
Ｐ Ｂ型 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 测量 电流 时 ，将 输 出一 个 Ｃ ｏｏ ｓｉ
作 时 ，将通 电导 线 从 线 圈 中心 穿 过 ，当线 圈 均 匀绕 制 ， 满 足 线 匝 截 面 积处 处 相 等 时 ， 据 安培 环路 定 且 根
律和电磁感应定律 ，磁场将在线圈 的两端产生一个 与被测 电流成微分关系 的感应 电动势 ，由于该 传感 头 的互 感 系数 太 小 ， 出 信 号 比较 微 弱 ， 易 受 到 外 输 容 感应 电 动势 ， 值 的大 小 【 其 】 为
图 １ 信 号 检 测 电 路 框 图
２ １ 放 大 电路 的 设 计 ．
经 Ｐ Ｂ 型 Ｒ ｇｗ ｋ 线 圈 感 应 出 的微 弱 电 压 信 Ｃ ｏｏ ｓｉ
绕在环形绝缘骨架 上制成 的 ， 这种线圈存在 易断线 、
收 搞 日期 ： １— ２ ２ ２ ０ １— ３ ０
ห้องสมุดไป่ตู้
号， 需要经过放 大 ， 才能满足 后续处理 电路 的需 要 ， 同时微 弱信号经放大后再传输 ，还 能减弱干扰信 号
成本 高 、 易磁 饱 和 等 缺 点 。而 Ｒ ｇｗｋ 线 圈 ， 为 一 ｏｏ ｓｉ 作 种新 的 电流传 感 头 ， 有 线 性 度 高 、 带 及 测 量 范 围 具 频 宽 、 构 简单 、 含 铁 芯 无 磁 饱 和 、 格低 廉 等 优点 ， 结 不 价 已成 为 电流传 感 器 发 展 的新 方 向 。
PCB型罗戈夫斯基线圈电流传感器设计
PCB型罗戈夫斯基线圈电流传感器设计
陈炯;崔律;徐璐琪
【期刊名称】《上海电力学院学报》
【年(卷),期】2016(032)001
【摘要】介绍了罗戈夫斯基线圈的基本原理.对比普通罗戈夫斯基线圈传感器,设计了基于印刷线路板(PCB)型罗戈夫斯基线圈的电流传感器,其工作频带为0～1 MHz,测量电流最大可达100 A,测量精度为0.1A.该传感器具有结构简单,抗干扰能力强等优点.
【总页数】5页(P20-24)
【作者】陈炯;崔律;徐璐琪
【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海290000;上海电力学院电气工程学院,上海290000;上海电力学院电气工程学院,上海290000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.罗戈夫斯基线圈电流传感头测量影响因素的试验研究 [J], 龚勇镇;朱亚斌;乔东凯;廖辉;鲍丙豪
2.基于罗科夫斯基线圈的脉冲电流的测量 [J], 刘顺新;闫利超;张丹
3.基于罗哥夫斯基线圈的高相位精度线路工频电流测量的实验研究 [J], 胡剑鸣;严玉婷
4.采用罗柯夫斯基线圈和ARM+CPLD总线复用系统的输电线路故障暂态电流采集方法 [J], 王鸿杰;盛戈皞;刘亚东;江秀臣;曾奕
5.采用罗戈夫斯基线圈诊断径向束流 [J], 韩持宗;刘庆想;臧杰锋;林远超
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基于PCB罗氏线圈的反窃电在线监测系统设计
2021年第49卷第5期传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technokgies )81DOI ：1O. )373/J. 100-9787(2021)05-0081-04基于PCB 罗氏线圈的反窃电在线监测系统设计**收稿日期：231-1-09*基金项目：国家自然科学基金资助项目(6165009,51567313)；云南省应用基础研究资助项目(2318FB16)杨 鑫1张家洪1沈 鑫2，鲍 毅1李英娜1李 川1(1.昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南昆明650500；2.昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650500)摘要：针对反窃电过程中遇到的准确率低、及时性差以及稽查取证困难的问题，设计了一种基于印刷电 路板(PCB )罗氏线圈的反窃电在线监测系统,其中高低压两侧间数据的传递通过ZigBee 技术实现，检测数据则是由GPRS 上传至远端服务器。
设计了一种PCB 罗氏线圈电流传感器，并对其结构及电磁参数进行仿真分析,最终制作了三种不同规格的PCB 罗氏线圈电流传感器，灵敏度分别为3.23,3.52 ,. 9 mV/A 。
设计了一种基于距离的离群点反窃电算法，并对算法的可行性进行了仿真分析。
结果表明:设计的基于PCB 罗氏线圈电流传感器和离群点算法的反窃电在线监测系统有效可行。
关键词：反窃电；印刷电路板(PCB )罗氏线圈；电流监测；离群点算法中图分类号：TP212； TN616.0 文献标识码：A 文章编号：100-9787(2021)05-0081-04Design of anti-steeling online monitoring systembased on PCB Rogowski coil *YANG Xin 1, ZHANG Jiabong 1 , SHEN Xin 2, BAO Yl 1 , LI Yingna 1, LI CUuon 1(1. Facelty of Information Engineering and Automation ,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China ；2. Faculty of Mechanicol and Electricoi Engineering ,Kunming University ofScience and Technology,Kunming 650500,China)Abstsct ： Aiming at the problems of kw accuracy , poor timenness and difficulty X agPiXng and evidence colkctiox in the process of a/iDWakng,9n a/iDWakng ox/ne moxiX/ng system Uasel ox pknwl circuit board(PCB) Rogowshi ceil is designep , ZigBee Wchnokgy is usel to reakze data Wansmissiox between high and kw volmge sides,the general pachet rabio service ( GPRS) Wchnokgy is usel to upVab the detectiox data to the remoteserver. A PCB Rogowshi coil current sensor is designel, and its structure and emctmmagnetic parameters aresimulawl and aualyzel. F9aky,thme PCB Rogowshi ceil current sensors of diXerent specificatioxs were pmPucel ,with sensitivity of 3. 23,3. 52 and 2. 0 mV/7A , respectively. A distauce-Pasel ont/er a/iDWakng algo/thm isdesignel and the feasibility of the algokthm is simulawl and aualyzel. The results show that the designel a/i- sWa/ng ox/ne moxiX/ng system Uasel ox PCB Roche coil current sensor and the out/er algo/thm are indeel feasible.Keywgrds : 81/0/8X1/； p/ntel circuit board ( PCB) Rogowshi coil ； current moxiX/ng ； out/er aVo/thm0引言智能电网的建设离不开对坚实可靠配电网的建设。
罗氏线圈电流传感检测技术研究概况重点
罗氏线圈电流传感检测技术研究概况重点前言随着现代工业发展的进步，对于电力和能源的需求日益增长，而工业领域中对电力系统的可靠性、安全性以及节能性要求也越来越高。
因此，在对各种电气设备进行检测和监控的过程中，电流传感检测技术成为了一种非常重要的方法。
而罗氏线圈电流传感技术就是其中的一种。
什么是罗氏线圈电流传感技术罗氏线圈电流传感技术（Rogowski Coil Current Sensing Technology）也被称为“罗氏线圈电流互感器”，它采用的是电感法探测电流的方法，能够带来很多优势。
该技术是通过由多层螺旋绕组成的线圈来实现的。
当电流通过被测导线时，可以在罗氏线圈中产生电流，从而形成电感效应。
罗氏线圈电流传感技术的优秀特点罗氏线圈电流传感技术具有以下几个优异特点：1.非接触性能：罗氏线圈通过其良好的非接触特性可以避免物理上接触导线，避免热的释放和切断导线的损害，从而提高系统的可靠性和精度。
2.较广的测量范围和高精度：罗氏电流传感器可以覆盖从直流到高频范围的多种电流信号测量，满足了各种不同的应用场景，而且精度也相当高，可以达到0.1%~0.5%。
3.良好的抗干扰性：罗氏线圈传感器不仅可以减小外部电磁环境对电气测量的影响，而且可以有效抵抗系统内部电流互感和串扰等干扰信号。
4.简单、结构紧凑、成本低：不同于其他常规测量电器，罗氏线圈电流传感技术无需多余的部分，使得它小巧，便于维护，还具有较低的成本。
技术瓶颈和应用领域尽管罗氏线圈电流传感技术具有诸多的优势，但是在实际的运用中，也存在着一些技术上的瓶颈和限制。
比如：1.作为测量电气信号的一种无源传感技术，罗氏线圈的信号输出极易受到噪声的影响，因此需要利用信号放大技术来强化信号输出。
2.罗氏线圈电流传感也仅仅适用于线圈放置在测量对象周围的场合，因此对于没有接线端子的设备难以使用。
3.受到开关电源噪声的干扰程度较高，当电流经过一快速的上升和下降电压，噪音信号对罗氏线圈电流传感技术的噪声影响就会更加显著。
罗氏线圈的仿真研究本科毕业设计论文
本科毕业设计（论文）罗氏线圈的仿真研究2012年6月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：燕山大学毕业设计任务书摘要摘要电流互感器作为电力系统中的重要设备，对电力系统的正常运行和精确计量起着十分重要的作用。
随着国民经济的发展，各种供电电压等级不断出现，对电力系统的测量和保护准确度要求不断提高。
传统的电流互感器已经不能满足电力系统的高要求。
而Rogowski线圈结构简单、测量精度高、线性度好，在一定条件下Rogowski线圈可以作为电流互感器的替代品。
本文分析了Rogowski线圈结构参数（如线圈宽度、厚度和中心半径）和电磁参数（如线圈自感、互感和内阻）之间的关系以及它们对线圈动态特性的影响。
分析了罗氏线圈结构尺寸与电气参数的关系，建立了线圈的数学模型。
研究了三种不同截面形状（矩形、圆形、和跑道形）的Rogowski线圈，针对不同截面形状的线圈建立了不同的数学模型，利用Matlab软件和等值电路对Rogowski线圈进行了仿真研究。
通过比较分析提出了有关优选Rogowski线圈电磁和结构的方法，对于快速设计具有合理结构、最优电磁参数和良好动态特性的Rogowski线圈具有理论指导作用。
PCB罗氏线圈电流传感器积分误差的数字补偿策略
PCB罗氏线圈电流传感器积分误差的数字补偿策略
姚宇;周泽;石亚飞;辛振
【期刊名称】《电源学报》
【年(卷),期】2024(22)3
【摘要】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。
【总页数】8页(P264-271)
【作者】姚宇;周泽;石亚飞;辛振
【作者单位】省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)【正文语种】中文
【中图分类】TM93
【相关文献】
1.基于罗氏线圈的电子式电流互感器温度误差及补偿
2.基于积分器零漂的罗氏线圈电流互感器稳态采样误差
3.PCB型罗氏线圈电流传感器的设计与试验研究
4.基于新型PCB罗氏线圈的短时缓变大电流传感器
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罗氏线圈电流传感检测技术研究概况
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联回路反方向布一圆形线（如图中的虚线所示），这样就可以抵 消垂直于主板的外磁场在线圈中产生的干扰电压。小贴片的作 用是产生感应电动势，多块相同型号的小贴片可以增加整个线 圈的互感系数，其数量应该保持为偶数，如 16 片、20 片等。
目前，虽然大多数产品仍以刚性罗氏线圈为主，但是 PCB 型罗氏线圈由于其独特的制作方式，具有重量轻、体积小、绝缘 性能好、制作准确度高、便于标准化和产业化等一系列优点，已 成为电力系统罗氏线圈发展的一个重要方向。
在理论研究方面：1963 年，英国科学家 Cooper 从理论上 对罗氏线圈的频率特性进行了大量的研究，特别是在高频响应 技术方面，取得了一些创造性的成果，奠定了罗氏线圈在大功 率脉冲技术应用中的理论基础。二十世纪六十年代中期，德国 科学家荷曼对罗氏线圈的结构进行了一些改进，将以前的挠性 线圈骨架做成刚性的形式，在结构上更容易保证线圈匝数分布 均匀，线圈抗干扰能力大大增强，提高了测量准确度，大大推动 了罗氏线圈的产业化进程。此外，科学家[3] [4] [11] H e u ma mn、K.L. Williams、John D. Ramboz、G.Pellinen D、Mahonen P、Stygar W, Gerdin、Thomsa Eriksson 等在罗氏线圈的理论研究、高压 及脉冲大电流中的测量应用、光电组合式罗氏线圈电子式电流 互感器设计和性能改进等方面，做出了大量的贡献。特别是新 世纪以来，美国科学家 Lj. A. Kojovic 在新型、高精度罗氏线圈 结构设计与继电保护 [5]罗氏线圈电流传感器的制作和测试，做 了大量前沿性的工作，为罗氏线圈的产业化奠定了坚实的基 础。
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收稿日期：2016-09-13基金项目：广东省科技计划资助项目（2014A010106033）；广东省科技计划资助项目（2013B060500056）；茂名市科技 计划资助项目（201613）作者简介：龚勇镇（1983 -），男，湖南湘潭人，讲师，硕士研究生，主要从事智能检测与机电一体化方面的研究。
PCB 型罗氏线圈电流传感器的设计与试验研究Design and experimental study of PCB Rogowski coil current sensor龚勇镇1，黄崇林1，廖 辉1，乔东凯1，鲍丙豪2GONG Yong-zhen 1, HUANG Chong-lin 1, LIAO Hui 1, QIAO Dong-kai 1, BAO Bing-hao 2（1.广东石油化工学院 机电工程学院，茂名 525000；2.江苏大学 机械工程学院，镇江 212013）摘 要：介绍了罗氏线圈的工作机理，根据高精度罗氏线圈设计原则，优选参数，设计了一种基于PCB 骨架的罗氏线圈。
制作并调试好符合要求的信号检测电路，其按顺序依次为放大、积分、滤波环节。
当被测电流大小在0～600A范围内变化时，对PCB型罗氏线圈电流传感器进行了试验验证。
结果表明：该传感器线性度好，灵敏度高，能达到2.2353mV/A，输入、输出信号准确，可满足测量要求。
关键词：PCB型罗氏线圈；检测电路；试验；线性度；灵敏度中图分类号：TH12；TP212 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2017)02-0100-040 引言随着电网电压等级的提高及电力系统容量的增加，传统的电磁式电流互感器由于存在铁磁饱和、信号输出易失真、体积大、难以安全绝缘、数字量输出不便等缺点[1,2]，难以满足电力系统发展要求。
罗氏线圈作为一种性能较优的电流传感头，具有测量范围宽、反应速度较快、线性度好、频带宽、绝缘性能好、精度高等优点，被认为是当前电磁式电流互感器的一种较理想的替代品，在电力测量和继电保护中，具有广阔的应用前景。
1 罗氏线圈工作机理罗氏线圈（又称Rogowski 线圈）是俄国科学家Rogowski 于1912年首次提出的，它实质上是一种结构比较特殊的空芯线圈，即把导线通过手工或机器均匀地绕制在一非铁磁骨架上[3,4]，不需与被测电路直接接触，如图1所示。
工作时，由电磁感应定律及安培环路定律可知，穿过线圈中心的通电导线产生的电磁场将在线圈中产生一个感应电压e(t)输出，它与通电导线中瞬时电流对时间的导数成正比关系，感应电压和被测电流之间相位相差90°。
1()di e t Mdt=− (1)式(1)中，线圈与通电导线之间的理论互感为，其中：0µ为真空磁导率，其值为-70104×=πµH/m ，N 表示线圈匝数；h 表示非磁性骨架高度（m ），a 、b 分别表示线圈非磁性骨架外、内径（m ），i 1为通电导线中的瞬时电流（A ）。
图1 罗氏线圈工作示意图图2 PCB型罗氏线圈结构图2 PCB型罗氏线圈的设计罗氏线圈自发明以来，为了更好的发挥其测量时的优点，线圈骨架结构也在不断改进。
最早的挠性罗氏线圈其骨架为可弯曲的挠性绝缘材料，虽使用方便，但测量准确度不高，应用受限。
后来出现了刚性罗氏线圈，即固定式的罗氏线圈。
和挠性罗氏线圈相比，其在结构上更能保证具有均匀分布的线匝和相同骨架截面积，测量精度大大提高。
对刚性罗氏线圈而言，其骨架截面形状常见的有跑道形、圆形、矩形三种，经过仿真分析和试验，充分考虑电磁参数的影响、便于机加工和产业化等方面，数矩形截面应用较广[5,6]。
但挠性和刚性罗氏线圈骨架上的绕线是由绕线机或手工来完成，基于该工艺的局限性，每次绕线难以保证完全一致，也不可能使绕线绝对均匀、线匝截面积处处相等。
因此其重复性并不好，线圈参数分布的一致性难以得到保证，且存在层间电容变大和容易断线等缺点，测量精度和准确度受到影响，对产业化发展很不利。
在充分考虑罗氏线圈运行环境的基础上，依据高精度罗氏线圈设计原则[7]：单位长度上具有相同的绕线匝数；恒定的骨架截面积；骨架中心轴线垂直线圈截面。
设计了一种基于印刷电路板（简称PCB）骨架的罗氏线圈，即PCB型罗氏线圈，线圈结构如图2所示。
根据试验要求，优选合适参数，采用计算机辅助设计软件（Protel DXP）进行布线，布好线后交由专业生产厂家采用数控机床全自动化生产，线圈可加工的很精确，不再需要繁琐的绕制线圈。
布好线的PCB型罗氏线圈如图3所示。
与普通罗氏线圈相比，PCB型罗氏线圈从工艺上更能保证线匝具有相同的截面积及大批量生产时的参数分布一致性，抗干扰性能和测量精度大大提高。
制作准确度高，结构简单，有利于产业化发展。
3 检测电路的设计在电力系统中工作时，通电导线电流产生的磁场将施加于线圈上，输出一个与被测电流成微分关系的电压信号。
由于PCB型罗氏线圈互感值较小，所以该信号比较微弱，容易遭到外界干扰，影响测量结果，必须通过后续检测电路的处理，才能得到准确的输出信号。
后续信号处理电路依次由三大环节组成，分别是放大电路环节、积分电路环节、滤波电路环节。
各环节之间要经过不断的匹配和调试，直到满足要求。
检测电路示意图如图4所示。
图4检测电路示意图放大电路环节的作用主要是放大PCB型罗氏线圈输出的微弱电压信号，减弱外界干扰，提高信噪比。
设计时，采用运放OP07CP来组成同相放大电路，充分利用该元器件的超低漂移性能，使输出信号准确，放大倍数稳定，保证前后级电路之间阻抗匹配。
由罗氏线圈工作机理可知，线圈的感应电压为一微分表达式，其与通电导线中瞬时电流对时间的导数为正比关系。
为保证感应电压和被测电流相位上的一致性，电路中必须加入积分电路环节，积分环节一般不采用信号衰减比较严重的无源积分器。
根据要求，设计了加入惯性环节的有源积分器，其实质就是在积分电容两端并联反馈电阻来稳定电路工作，减少积分漂移，提高测量精度。
滤波电路环节的作用主要是在信号输入微机控制中心之前，消除传感器输出信号中的各次谐波分量的高频信号。
根据要求，设计了一个四阶巴特沃思有源低通滤图3 PCB型罗氏线圈局部布线图波电路，该电路环节具有输入阻抗和截止频率高、输出阻抗低等优点。
在输出信号频率在大于10kHz时，衰减明显[8,9]，能满足测量要求。
4 试验研究4.1 传感器线性度与灵敏度试验线性度与灵敏度是衡量传感器稳态测量性能的重要指标，一般希望传感器在线性范围满足要求的前提下，具有较高的灵敏度。
试验时，设计加工好的单块PCB型罗氏线圈参数如下：骨架高度h为0.002m，匝数N为200匝，内半径b为0.032m，外半径a为0.05m。
为了使电流传感头部分互感增大，该处串联了4块相同的PCB型罗氏线圈，且彼此相邻的两线圈按电气相反方向连接，即PCB板上的布线方向（顺时针与逆时针）相反。
这样做的好处是增大了传感头部分互感，使输出电压加倍，增强了其采集信号的能力，提高了传感头的信噪比。
同时使垂直于线圈平面外干扰磁场产生的感应电压相互抵消，有效的抑制了电磁干扰。
图5 电流传感器试验装置示意图传感器试验装置示意图如图5所示，大电流发生器产生的交变电流经通电导线穿过PCB型罗氏线圈中心。
感应电压信号经过检测电路后，一路进入数字示波器，主要用来观察波形，检验信号有无失真，与电压表对照。
另一路进入高精度数字电压表，被测电流大小改变时，记录传感器输出值大小。
当被测电流大小在0～600A范围内变化时，记录好数据。
采用MATLAB7软件对输出试验数据进行最小二乘拟合，拟合后的方程如下：y1=2.2353x1+38.6875，y1为输出电压（mV），x1为被检测电流大小（A），试验结果拟合曲线如图6所示。
传感器的各项性能指标如下：满量程输出值：YFS=1285mV；灵敏度：K=2.2353mV/A；线性度：()L8785.0100max=×%%∆±=FSYe，式中：(Y)max表示输出平均值与拟合直线间的最大偏差。
图6 试验结果拟合曲线图4.2 被测电流与线圈感应电压相位分析由线圈工作机理分析可知，PCB型罗氏线圈输出的感应电压与被测电流对时间的导数成正比关系，理论上两者相位相差90°。
为检验两者之间关系，设计了一传感器相位测试装置，如图7所示。
图7 传感器相位测试试验装置示意图图中示波器为数字式荧光双通道示波器。
试验时，经PCB型罗氏线圈电流传感头产生的感应电压信号经放大、滤波电路环节送入数字示波器的上通道1。
第2通道接经放大、积分、滤波电路环节后的感应电压信号，理论上经积分还原后的电压信号的相位波形与被测电流相位波形一致。
因此，通道2可看作是被测电流的相位波形。
输入信号后，相位关系图如8图所示，图中左边1和2分别对应数字示波器通道1和2。
从图上可以看出，由线圈输出的感应电压信号波形良好，被测电流信号落后感应电压信号大约5ms，两者之间相位相差90°，同时也表明设计的积分器满足要求。
5 结束语在总结分析传统电磁式电流互感器与普通罗氏线圈电流传感头优缺点的基础上，基于高精度线圈设计原则，制作了一种基于PCB骨架的罗氏线圈。
由于其完全是通过计算机辅助设计和高精度数控机床全自动化加工，从工艺上能保证批量生产时的参数分布一致性和线匝截面积均匀。
将线圈接入满足要求的信号检测电路，在被测电流从0～600A变化时，对传感器性能进行了试验研究，结果表明：其线性度好，灵敏度高，能达到2.2353mV/A，输出信号准确，测量精度高，结构简单轻便，性能优良，在高压大电流测量领域具有很高的应用价值。
参考文献：[1] 徐雁,马坦,朱红桥,等.用于直流输电系统保护的di/dt传感器研究[J].华中科技大学学报（自然科学版）,2015(2):113-118. [2] 刘修泉,曾昭瑞,黄平.空心线圈电感的计算与实验分析[J].工程设计学报,2008,15(2):149-153.[3] 赵燕君,钱江,武永国,等.基于罗氏线圈的雷电流监测系统的设计与实现[J].仪表技术与传感器,2015(1):68-70.[4] 李维波,毛承雄,余岳辉等.罗氏线圈在高速大功率电流检测系统中的特性研究[J].电工技术学报,2006,21(6):49-53.[5] Lj. A. Kojovic.Application of Rogowski Coils used for ProtectiveRelaying Purposes[J].IEEE PSCE 2006 Conference,2006(6):538-543.[6] 池立江,刘伟,冉允喜.一次导体偏心对罗氏线圈的干扰研究[J].高压电器,2014(1):67-70.[7] 陈庆,李红斌,张明明,等.采用主副印制电路板构造的Rogowski线圈性能分析及设计[J].电力系统自动化,2004(6):79-82.[8] 龚勇镇,林志春.PCB型Rogowski线圈电流传感器检测电路设计[J].装备制造技术,2011(3):75-78.[9] 王建清,吕娜,吕晶.小波滤波在罗氏线圈互感器中的应用研究[J].电力学报,2014(1):48-51.图8 传感器输出电压与被测电流相位关系图面滚下，为防止工件滚动时向侧面翻倒，在倾斜平面两侧设置防护栏杆。