[发明专利]单环任意骨架形状的罗氏线圈电流传感器灵敏度的计算方法

说明书

本发明公开了一种单环任意骨架形状的罗氏线圈电流传感器灵敏度的计算方法，该方法包括：以罗氏线圈内某一点为坐标原点建立三维直角坐标系，写出罗氏线圈几何中心线参数方程；当被测导线为直导线时，得到载流导体的单位矢量；由毕奥萨伐尔定律，计算载流直导体在点P处所产生的磁感应强度大小；计算穿过位于β位置的线匝截面的磁通；将每个线匝的磁通相加得到整个罗氏线圈的磁通量，得到罗氏线圈与直载流导体的互感系数；根据罗氏线圈电流互感器的基本工作原理，可得到测量位置任意和形状任意导线时罗氏线圈灵敏度大小。本发明通用性强，计算方便，易于编制程序进行计算，节省设计时间；计算过程中没有经验公式，计算精度高。

技术领域

本发明涉及交流电流测量技术领域，尤其涉及一种单环任意骨架形状的罗氏线圈电流传感器灵敏度的计算方法。

背景技术

电流传感器在电气安全工程中有着重要作用。罗果夫斯基线圈电流传感器简称罗氏线圈(Rogowski coil)电流传感器，也叫微分电流传感器，以德国物理学家WalterRogowski来命名，已经应用了100多年。被认为可能是测量交流电流和瞬态大电流最好的测量工具。其克服了普通传感器由于磁饱和而不能测试大电流或高频电流的许多常见缺点。测量的电流从几安培到几千安培。应用场合包括继电保护、大电流、脉冲电流和瞬态电流、直流配电系统串联电弧故障的检测与定位、电网谐波测试、电阻焊接汽车工业和等离子体物理等。因此，罗氏线圈电流传感器近些年得到了广泛地应用。

罗氏线圈电流传感器的工作原理是基于安培定律和楞次定律。罗氏线圈与被测导体之间的互感决定了传感器的灵敏度的大小，并对传感器的测量精度有重要影响。罗氏线圈与临近的载流导体间的互感大小决定了罗氏线圈的抗干扰能力，而载流导线的位移对磁通量分布影响很大。当罗氏线圈的匝数较少、绕线截面尺寸较大、载流导体截面较小且为无限长直导体时，线圈与载流导体之间的互感，线圈自感，线圈电阻等电磁参数可以通过电磁仿真软件来计算。

但是，目前大部分的罗氏线圈绕线截面尺寸较小(线径通常小于0.17mm)、载流导体为任意形状、载流导体截面尺寸相对较大(有时线宽大于120mm)、绕线的匝数为几千匝。这种情况下，很难用电磁仿真软件和一般的计算机来计算罗氏线圈各个电磁参数。因而，很难探究罗氏线圈在设计、生产和应用过程中影响其测量灵敏度和测量精度的因素。在现场实际应用中，现有的罗氏线圈的测量精度容易受外电磁信号的干扰，其测量精度随测量工况的改变而改变。目前常见的圆形骨架形状的罗氏线圈与载流导体间互感的理论部分的研究仅适用于理想的测量情况，即被测载流导体为垂直穿过线圈中心的无限长直导体。

归纳现阶段常见的罗氏线圈灵敏度的计算方法，缺陷如下：

1、常用的有限元计算软件无法对密细绕线(匝数常常为几千匝，漆包线线径常常小于0.17mm)的罗氏线圈进行网格刨分计算；

2、基于有限元仿真软件刨分罗氏线圈的真实的三维模型过程较为复杂，计算周期长。

3、现有的理论计算方法仅适用于被测导线为垂直穿过单环圆形骨架罗氏线圈中心的无限长直导线的理想特定情况，不适用于位置任意且形状任意的载流导体和单环任意骨架形状的罗氏线圈，通用性差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供了一种计算方便、计算精度高、计算周期短的一种单环任意骨架形状的罗氏线圈电流传感器灵敏度的快速计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种单环任意骨架形状的罗氏线圈电流传感器灵敏度的计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、以罗氏线圈线圈内某一点为坐标原点建立三维直角坐标系，写出罗氏线圈几何中心线参数方程，几何中心线同时也垂直穿过线匝截面的几何中心；