PDF《Rogowski 线圈分布参数的分组建模与数值计算方法》

第43 卷第2期2007 年4月High Voltage Apparatus Vol.

43 No.2 Apr.

2007 高压电器 收稿日期: 2006-07-09;

修回日期: 2006-12-20 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 50477026) ;

新世纪优秀人才支持计划资助项目( NCET-04-0924) . 作者简介: 翟小社( 1972- ) , 男, 博士研究生, 从事智能电器电磁兼容以及高速电路信号完整性的研究. Rogowski 线圈分布参数的分组建模与数值计算方法 翟小社, 耿英三, 宋政湘, 王建华 ( State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi'

an Jiaotong University, Xi'

an 710049, China) A Subdivided Modeling Method and Numerical Calculation of Rogowski Coil'

s Distributed Parameter ( 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 陕西 西安 710049) ZHAI Xiao-she, GENG Ying-san, SONG Zheng-xiang, WANG Jian-hua 文章编号: 1001-1609( 2007) 02-0102 -04 摘要: 以电磁场数值方式对 Rogowski 线圈的分布电容和分 布电感进行计算.提出了一种 Rogowski 线圈分组建模的方 法, 在满足电小尺寸的前提下对整体模型进行了分组处理, 通过电磁场数值结果讨论了单组匝数与组间电磁参数的影 响关系, 从而建立了线圈简化的低阶等效电路.应用该方法建 立模型的

35 阶等效电路, 并进行电路仿真, 共需要30 min, 而 同样条件下, 全波电磁场分析大约需要

14 h.模型样品的仿真 以及试验测试结果, 验证了笔者建模和分析过程的合理性. 关键词: Rogowski 线圈;

分布电容;

分布电感;

分组建模 中图分类号: TM835.

2 文献标识号: A Abstract: In this paper, the distributed capacitance and inductance of Rogowski coil are calculated by numerical method. In order to found the coil'

s equivalent circuit more efficiently, a subdivided modeling method is presented, in which the whole turns of the coil are divided into a series of groups according to the electrical small precondition. Then, the electromagnetic connections among whole turns of the coil are simplified through the discussion of interrelation within several adjacent groups, which directly result in a relative concise and low-order equivalent circuit. It takes

30 minutes to found Rogowski coil'

s equivalent circuit with 35-order, while it takes about

14 hours with full-wave method under the same condition. The method is validated by experiment with impedance analyzer. Key words: Rogowski coi;

distributed capacitance;

distributed inductance;

subdivided modeling

0 引言 与带铁心的传统互感器相比, Rogowski 线圈( 以 下简称罗氏线圈) 由于测量原理和结构方面的特点, 被广泛应用于幅值大、 快速变化的电流测量中[1] . 例 如雷电冲击电流[2] 、 发电机出口端电流[3] 以及核技 术中脉冲大电流测量环节[4] . 另外, 在电磁兼容研究 中, 其原理也用于高频磁场的测量[5] .从罗氏线圈的 测量原理和应用特点来看, 频带宽度成为衡量罗氏线 圈测量性能的重要指标, 对罗氏线圈进行高频建模以 及频带拓展的研究成为该研究的主要问题之一[5- 8] . 线圈匝数在满足测量通道信噪比要求的前提下, 匝间的分布电容、 自感以及互感在高频激励时形成的 共振现象是制约罗氏线圈频带宽度的主要因素. 以往 关于罗氏线圈分布参数以及频率特性的研究中, 只是 依靠试验测量确定线圈的电容、 电感总量[7] . 笔者以电磁场数值方式对罗氏线圈分布电容和 分布电感进行计算.为了减少线圈等效电路的阶数 并降低其参数的复杂性, 提出了一种罗氏线圈分组 建模的方法, 在满足电小尺寸的前提下, 对整体模型 进行了分组处理, 基于电磁场数值结果讨论了单组 匝数与组间电磁参数的影响关系, 从而建立了线圈 简化的低阶等效电路.试验测试结果验证了笔者建 模和分析过程的合理性.