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罗氏线圈测量电流的原理分析

最近更新时间:2020-05-26 19:57:06

罗氏线圈的线匝均匀绕制在非磁性材料的环形骨架上,属于无铁芯的空芯线圈,并且其磁导率很小,与空气磁导率相同,这也是罗氏线圈相比较传统电磁式电流互感器的区别特征[6]。同传统的电磁式电流互感器的工作原理相同,基于罗氏线圈的电子式电流互感器测量电流的原理也是根据法拉第电磁感应定律。但是罗氏线圈具有电磁式电流互感器没有的优点,如频带宽、无磁饱和、响应速度快、测量精度高以及高低压端隔离等优势。还有一点区别在于,传统电磁式电流互感器的二次侧输出电流与一次侧输入电流同相位,而罗氏线圈电流传感器的二次侧输出电压与一次侧输入电流的相位相差90 度。

罗氏线圈测量电流的基本原理就是安培环路定律与法拉第电磁感应定律[38]。罗氏线圈的相对磁导率为1,与空气的磁导率相同,待测导线从均匀缠绕线圈的罗氏线圈的中心孔穿过,根据法拉第电磁感应定律,闭合线圈的面积不变,当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时,该线圈中会生成感应电动势,其大小与磁通量的变化率成正比。PCB 罗氏线圈的横截面为矩形,如图2.3 所示,当被测电流沿轴线通过线圈中心时,方向由内向外,环形绕组包围的空间里会产生一个变化的磁场,根据右手螺旋定则可知,磁场方向如图中箭头所示,垂直穿过线圈且平行于环形骨架。

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由上式公式推导可见,罗氏线圈的感应电动势的大小与线圈的内径、外径、高度、匝数以及被测电流的变化率有关,而且正比于被测电流的变化率,正比系数为线圈的互感。

在实际测量电流时,需要在罗氏线圈输出端接一个采样电阻,通过测量采样电阻两端的电压计算被测电流。由式(2.14)表明,理想罗氏线圈的感应电动势与待测电流的变化率成正比,可以看做是一个微分环节,若要准确地反映被测电流,还需要增加积分电路将信号还原。

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