基于Matlab空心线圈积分电路设计+文献综述(2)
结论 28
致谢 29
参考文献30
1 引言
在电子式电流互感器的研究中，罗氏线圈作为一次电流传感单元得到了广泛的关
注。在对交流电流的测量中，罗氏线圈的二次输出电压信号是对一次电流信号的微分。
如果要恢复出与一次电流成比例的信号，必须添加相应的积分环节。因此，在基于罗
氏线圈的电子式互感器中积分器电路是其中的关键组成部分。
1．1 Rogowski 线圈结构与特点
Rogowski( 简称罗氏) 线圈[1]
是测量各种变化电流的常用手段之一, 根据被测电
流产生磁场的变化确定电流大小。它是一种特殊结构的空心线圈,绕组均匀密绕在一
个非磁性骨架上。利用 Rogowski 线圈测量时, 将线圈围绕载有被测电流的导体, 线
圈两端接上合适的采样电阻就可以测量变化的电流。它只与被测电流的导体间存在互
感。一般而言, 该互感是与载流导体形状、位置无关的常量, 因此特别适合在外界杂
散磁场极为复杂的情况下测量电流。由于不含铁心, 理论上不存在磁饱和问题,几乎不
受被测电流大小的限制。而且, 测量时也不需要断开被测电路。
1．2 关于罗氏线圈的积分电路
罗氏线圈有两种工作状态, 即自积分工作状态和微分工作状态。在测量电力系统
暂态电流过程中, 适合选用微分工作状态。因为要采用外积分电路, 所以又叫外积分
工作状态。
1.2.1 影响罗氏线圈测量准确度的因素
影响罗氏线圈测量准确度的原因[2]
主要有两个:一是其自身的特性以及测量电流
时的安装结构，如制作工艺导致其结构参数的变化等;二是积分环节的准确度。随着
对罗氏线圈几何特性研究的不断深入，因其自身特性引起的误差已经得到了很大的改
善，如结构参数等。罗氏线圈电流传感器的积分电路主要有两种实现方式:模拟积分
器和数字积分器，其中，模拟积分器具有响应速度快，并且易实现的特点，但是要达
到高的准确度和稳定性是比较困难的。特别是当信号的频率较低、幅值较小并且积分
时间较长时，积分器中元器件如积分电容、电阻等的特性随时间、温度的漂移等将会
严重影响积分的效果，进而降低系统的测量准确度;运放自身的特性也会严重影响积
分器的特性，如有限的开环增益、输入失调电压及其温漂、输入偏置电流等。在一定
情况下，运放的失调电压是恒定的，可以采用适当的调零电路给予补偿;但其失调漂
移，特别是温漂一般是无法完全消除的。此外，电路中的低频噪声、电压漂移和积分
电路的相位响应也是影响积分性能的主要原因。所以，模拟积分器以其自身的特点，
可以用于对冲击大电流的测量，而在对工频电流的测量中是很难在长期运行中达到很
高准确度的。这也是目前基于罗氏线圈的电子式电流互感器在长期运行中测量准确度
不高的主要原因之一。数字积分器实现相对复杂，其性能不受元器件的时间、温度漂
移特性的影响，能够实现对稳态信号的准确测量。但采用数字积分器实现对暂态信号
的测量非常困难，仅能用于对测量准确度要求高，但对暂态响应特性要求不高的场合。
本文主要研究模拟积分器。
1.2.2 典型的外积分电路
典型的罗氏线圈等效电路有两种: 有源型[3]
和无源型[4]
, 如图 1-1 和图 1-2 所示。
其中, M 是线圈的互感, L、 r、 C0分别是线圈的自感、内阻和寄生电容, Ra 是负载电阻。
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