一種雙線并繞的羅氏線圈及信號處理方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子技術領域，尤其涉及一種雙線并繞的羅氏線圈及信號處理方法， 具體是電子式電流互感器中的羅氏線圈繞制方法和原始信號的檢測方法。
【背景技術】
[0002] 羅氏線圈（Rogwsiki Coil，羅哥夫斯基線圈）又叫電流測量線圈、微分電流傳感 器，作為一種新型電子式電流互感器測量裝置，主要特點是被測電流與線圈無直接接觸，具 有測量范圍寬、無磁飽和、體積小等優(yōu)點，不含鐵磁性材料，無磁滯效應，幾乎為零的相位誤 差;無磁飽和象，因而測量范圍可從數(shù)安培到數(shù)百千安的電流;結構簡單，并且和被測電流 之間沒有直接的電路聯(lián)系；響應頻帶寬O.lHz-lMHz。與帶鐵芯的傳統(tǒng)互感器相比，羅氏線圈 具有測量范圍寬，精度高，穩(wěn)定可靠，響應頻帶寬。
[0003] 相關研究結果表明，電子設備對溫度變化十分敏感，無論是高溫或是低溫都會對 其性能造成影響。電子式互感器的工作環(huán)境在室外，四季溫差較大，這樣會對互感器的測量 精度造成影響。實驗表明，在溫度變化時，其輸出電壓在一定的范圍內(nèi)浮動。
[0004] 對于小電流測量，感應出的電壓信號很微弱（為幾毫伏至幾十毫伏），極易受干擾 而難以精確測量;而且其精度都很低，最高達到〇. 2級。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供了一種雙線并繞的羅氏線圈及 信號處理方法，目的是可以改善電流互感器對溫度的變化引起測量精度的影響，同時提高 了檢測靈敏度。
[0006] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：
[0007] -種雙線并繞的羅氏線圈及信號處理方法，包括由雙線并繞的羅氏線圈，采用雙 路漆包線緊挨、平行、并均勻纏繞在羅氏線圈骨架上，形成環(huán)形線圈；
[0008] 信號處理方法如下：利用前置差動信號電壓放大器對e(t)處理；差動信號的處理 采用差動式放大器，集放大、積分和相位調(diào)整為一體;通過調(diào)整比值a，可以調(diào)整差動放大器 的放大倍數(shù)，通過調(diào)整比值b，可以微調(diào)整放大器輸入和輸出之間的相位。
[0009] 所述的雙路漆包線用表層絕緣的導線代替。
[0010]所述的骨架為非鐵磁性材料。
[00?1 ] 所述的線圈包括：線圈A和線圈B，和四根抽頭：抽頭A1，抽頭A2，抽頭B1，抽頭B2分 別為線圈A的頭和尾;抽頭B1和抽頭B2分別為線圈B的頭和尾;線圈A的頭與線圈B的尾聯(lián)接 作為參考點，即抽頭A1與抽頭B2聯(lián)接;在線圈A的尾抽頭A2和線圈B的頭抽頭B1獲得兩路差 動信號。
[0012] 所述的骨架為矩形結構的線圈時，其線圈端電壓和線圈電流的計算方法為：
[0013] = (1)； di 1 -
[0014] i(ty - -j c{i)dt (2 );
[0015] 線圈的端電壓e(t)與一次電流的時間變化率#成正比，與羅氏線圈和載流導體之 dt 間的互感Μ成正比，i(t)載流導體電流；
[0016] 對于截面為矩形的羅氏線圈：
[0017] Μ =^^-\η (-) Π ): 2π a
[0018] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι為真空磁導率，Ν為線圈匝數(shù)，ab為線圈橫截面的內(nèi)外徑，h為線圈 截面高度。
[0019] 所述的骨架為圓形結構時，其線圈端電壓和線圈電流的計算方法為： Ai
[0020] e(ty - -Μ- (1); dt
[0021] i(t) = \eiMt (：2)；- M J
[0022] 線圈的端電壓e(t)與一次電流的時間變化率#成正比，與羅氏線圈和載流導體 ? 之間的互感Μ成正比，i(t)載流導體電流；
[0023] 對于截面為圓形的羅氏線圈：
[0024] Μ：^^ψ- (4)
[0025] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι為真空磁導率，Ν為線圈匝數(shù)，S為每匝線圈截面面積，l(2Jir)為線 圈環(huán)形骨架芯平均周長。
[0026] 所述的線圈，其中線圈B1、線圈B2輸出電壓為el(t)，線圈A1、線圈A2輸出電壓為e2 (t)，o(t)為前置放大器輸出，比值a和電阻值R確定前置放大器的放大倍數(shù)，比值b和電阻值 R1可微調(diào)輸入/輸出之間的相差；
[0027]計算方法如下： ，//
[0028] (1)； di
[0029] /(，) = -去[.'(，城.（2);
[0030] 線圈的端電壓e(t)與一次電流的時間變化率$成正比，與羅氏線圈和載流導體之 dt 間的互感Μ成正比，i(t)載流導體電流；
[0031] 對于截面為矩形的羅氏線圈：
[0032] M = /f〇^.,n (：3); 2π a
[0033] μ〇 = 43?Χ1〇-7H/m為真空磁導率，N為線圈匝數(shù)，a、b為線圈橫截面的內(nèi)外徑，h為線 圈截面高度；
[0034] 對于截面為園的羅氏線圈：
[0035] Μ^^ψ- (4)；
[0036] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι為真空磁導率，Ν為線圈匝數(shù)，S為每匝線圈截面面積，l(2Jir)為線 圈環(huán)形骨架芯平均周長。
[0037]本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：
[0038]本發(fā)明的優(yōu)點是不用改變線圈結構，僅在繞制方法和連接方式上做了改進，即可 獲得良好的性能。又由于采用雙路漆包線或其它表層絕緣的導線并繞在傳統(tǒng)羅氏線圈骨架 上，獲得兩路差動信號，經(jīng)此差動信號的檢測，使靈敏度提高了一倍。本發(fā)明還具有抗共模 干擾的特點。本發(fā)明羅氏線圈可應用于電站的計量儀表、繼電保護，可控硅整流，變頻調(diào)速， 電工領域的測量儀器等場合。在電力系統(tǒng)等領域具有廣闊的應用前景，成為互感器發(fā)展的 重要方向之一。
[0039]以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，但不受本實施例所 限。
【附圖說明】
[0040] 圖1是骨架為矩形結構的線圈示意圖；
[0041] 圖2是骨架為圓形結構的線圈示意圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明線圈結構抽頭連接示意圖；
[0043]圖4是本發(fā)明信號檢測電路圖；
[0044] 圖5是本發(fā)明線圈與前置放大器連接示意圖；
[0045] 圖6是本發(fā)明差動式放大、積分、移相電路圖，R5 = 10Q ;
[0046] 圖7是輸入輸出相位比較圖；
[0047] 圖8是R5 = 100kQ，電路圖；
[0048]圖9是輸入輸出相位比較圖；
[0049] 圖10是雙線并繞羅氏線圈連接后的等效電路；
[0050] 圖11是是羅氏線圈連接前置放大器示意圖。
[00511圖1中：雙路漆包線1，骨架2,線圈A，線圈B，抽頭A1，抽頭A2,抽頭B1，抽頭B2,線圈 A1，線圈B1、，線圈A2,線圈B2。
【具體實施方式】
[0052]如圖1-圖3所示，本發(fā)明是一種雙線并繞的羅氏線圈及信號處理方法，所述的雙線 并繞的羅氏線圈是基于在傳統(tǒng)羅氏線圈骨架上，采用雙路漆包線1或其它表層絕緣的導線， 緊挨、平行、并均勻纏繞在骨架2上，形成環(huán)形線圈。所述的骨架2為非鐵磁性材料。這樣獲兩 組線圈A和線圈B，和四根抽頭:抽頭A1，抽頭A2，抽頭B1，抽頭B2分別為線圈A的頭和尾;抽頭 B1和抽頭B2分別為線圈B的頭和尾。線圈A的頭與線圈B的尾聯(lián)接作為參考點，即抽頭A1與抽 頭B2聯(lián)接。在線圈A的尾抽頭A2和線圈B的頭抽頭B1獲得兩路差動信號。差動信號的檢測，靈 敏度提高了一倍。差動式積分放大電路。e(t)為羅氏線圈輸出的差動電壓。
[0053]如圖1所示，圖1是骨架為矩形結構的線圈示意圖；其線圈端電壓和線圈電流的計 算方法為：
[0054] e{t) = -M- Cl)； dt
[0055] i(i) = - -(2)； M J
[0056] 線圈的端電壓e(t)與一次電流的時間變化率#成正比，與羅氏線圈和載流導體之 at 間的互感Μ成正比，i(t)載流導體電流。
[0057] 對于截面為矩形的羅氏線圈：
[0058] (-) (3；； 2π a
[0059] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι為真空磁導率，N為線圈匝數(shù)，a、b為線圈橫截面的內(nèi)外徑，h為線 圈截面高度。
[0060] 圖2是骨架為圓形結構的線圈示意圖；其線圈端電壓和線圈電流的計算方法為：
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