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高精度罗氏线圈设计原则

最近更新时间:2020-05-26 19:57:06

相对于传统的电磁电流互感器,普通罗氏线圈固然有许多优越性能,但是作为一个普通罗氏线圈本身的自身敏感性问题,即容易受到外界环境比如电磁干扰,热膨胀,震动引起的位置变化,都造成了它的输出电感参数产生失真,灵敏性和精确度都大打折扣。因此,如何设计好线圈本身,即线圈的结构参数,会直接关乎测量性能。

电流互感器的发展至今,有源电流互感器是电流互感器的发展方向,如何在普通罗氏线圈制作基础上提高测量性能,直接反应的设计要求如下。理想,高精度的罗氏线圈的设计原则:

(1)线圈宽度、密度恒定,单位长度上绕线匝数相同,为了有更大的互感,总绕线匝数要较多。

(2)非磁性骨架材料的温度膨胀系数要很小,使其在实际的环境测量中由于温度变化的引起的误差降到最低,甚至为0,线圈各处的截面积恒定相等。

(3)线圈本身平面要均匀平整,做到始终和骨架中心轴线垂直。因此,在设计高精度罗氏线圈时,应重点考虑以下几点:

(1)骨架精加工,截面积大小均匀恒等,线匝均匀紧密在非磁性骨架上绕制,且彼此不重合覆盖,线匝本身要做到厚度,宽度均匀一致。每匝小线圈与整个环形线。

圈轴线垂直,即在磁通方向上与线圈的对称轴线垂直。从制作工艺上做到单位线匝线圈与载流导体对其产生的磁通链为0,极大消除线圈本身的磁场干扰引起的测量误差。

(2)设计时,互感系数M是衡量被测载流导体的灵敏度和精确度的重要参数,互感越大,系统的测量越灵敏和精确。所以我们要根据实际测量尽可能增大互感,使线圈在测量小频率电流时,减小外界干扰电平对测量结果的影响。

(3)为便于加工和产业化生产和仪器的运输和携带,骨架截面做成矩形会带来很多方便,对于线圈半径要小,同时骨架高度或厚度都不能太大。

(4)罗氏线圈作为测量电力设备工具,必须具备设备的属性特征,即要具有长期稳定性。当外界环境温度变化时,绕线线匝的热胀冷缩以及骨架材料自身的热膨胀系数都会导致线圈几何参数的改变,那么必然引起线圈互感M的变化p2|。因此,非磁性骨架要选择热膨胀系数尽可能小的材料,同时绕线线匝也要选受温度变化形变微弱的材料【331。从而更加适用实际环境测量,保持测量结果的精准度。

(5)保证被绕线圈是偶数,从电磁理论知识知,此时载流导体对线圈的磁通链总是大小相等,方向相反,消除线圈本身感应磁场对测量的干扰。

(6)为了增大罗氏线圈的互感,要增大绕线匝数,所以绕线宽度要小要细,可是绕线也不能太细,太细使结构变得脆弱,受外界的震动而容易折断,同时为了做到生产的实效性,兼具考虑绕线材料的性价比和结构参数。

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