一种双线并绕的罗氏线圈及信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种双线并绕的罗氏线圈及信号处理方法， 具体是电子式电流互感器中的罗氏线圈绕制方法和原始信号的检测方法。
【背景技术】
[0002] 罗氏线圈（Rogwsiki Coil，罗哥夫斯基线圈）又叫电流测量线圈、微分电流传感 器，作为一种新型电子式电流互感器测量装置，主要特点是被测电流与线圈无直接接触，具 有测量范围宽、无磁饱和、体积小等优点，不含铁磁性材料，无磁滞效应，几乎为零的相位误 差;无磁饱和象，因而测量范围可从数安培到数百千安的电流;结构简单，并且和被测电流 之间没有直接的电路联系；响应频带宽O.lHz-lMHz。与带铁芯的传统互感器相比，罗氏线圈 具有测量范围宽，精度高，稳定可靠，响应频带宽。
[0003] 相关研究结果表明，电子设备对温度变化十分敏感，无论是高温或是低温都会对 其性能造成影响。电子式互感器的工作环境在室外，四季温差较大，这样会对互感器的测量 精度造成影响。实验表明，在温度变化时，其输出电压在一定的范围内浮动。
[0004] 对于小电流测量，感应出的电压信号很微弱（为几毫伏至几十毫伏），极易受干扰 而难以精确测量;而且其精度都很低，最高达到〇. 2级。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种双线并绕的罗氏线圈及 信号处理方法，目的是可以改善电流互感器对温度的变化引起测量精度的影响，同时提高 了检测灵敏度。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0007] -种双线并绕的罗氏线圈及信号处理方法，包括由双线并绕的罗氏线圈，采用双 路漆包线紧挨、平行、并均匀缠绕在罗氏线圈骨架上，形成环形线圈；
[0008] 信号处理方法如下：利用前置差动信号电压放大器对e(t)处理；差动信号的处理 采用差动式放大器，集放大、积分和相位调整为一体;通过调整比值a，可以调整差动放大器 的放大倍数，通过调整比值b，可以微调整放大器输入和输出之间的相位。
[0009] 所述的双路漆包线用表层绝缘的导线代替。
[0010]所述的骨架为非铁磁性材料。
[00?1 ] 所述的线圈包括：线圈A和线圈B，和四根抽头：抽头A1，抽头A2，抽头B1，抽头B2分 别为线圈A的头和尾;抽头B1和抽头B2分别为线圈B的头和尾;线圈A的头与线圈B的尾联接 作为参考点，即抽头A1与抽头B2联接;在线圈A的尾抽头A2和线圈B的头抽头B1获得两路差 动信号。
[0012] 所述的骨架为矩形结构的线圈时，其线圈端电压和线圈电流的计算方法为：
[0013] = (1)； di 1 -
[0014] i(ty - -j c{i)dt (2 );
[0015] 线圈的端电压e(t)与一次电流的时间变化率#成正比，与罗氏线圈和载流导体之 dt 间的互感Μ成正比，i(t)载流导体电流；
[0016] 对于截面为矩形的罗氏线圈：
[0017] Μ =^^-\η (-) Π ): 2π a
[0018] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι为真空磁导率，Ν为线圈匝数，ab为线圈横截面的内外径，h为线圈 截面高度。
[0019] 所述的骨架为圆形结构时，其线圈端电压和线圈电流的计算方法为： Ai
[0020] e(ty - -Μ- (1); dt
[0021] i(t) = \eiMt (：2)；- M J
[0022] 线圈的端电压e(t)与一次电流的时间变化率#成正比，与罗氏线圈和载流导体 ? 之间的互感Μ成正比，i(t)载流导体电流；
[0023] 对于截面为圆形的罗氏线圈：
[0024] Μ：^^ψ- (4)
[0025] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι为真空磁导率，Ν为线圈匝数，S为每匝线圈截面面积，l(2Jir)为线 圈环形骨架芯平均周长。
[0026] 所述的线圈，其中线圈B1、线圈B2输出电压为el(t)，线圈A1、线圈A2输出电压为e2 (t)，o(t)为前置放大器输出，比值a和电阻值R确定前置放大器的放大倍数，比值b和电阻值 R1可微调输入/输出之间的相差；
[0027]计算方法如下： ，//
[0028] (1)； di
[0029] /(，) = -去[.'(，城.（2);
[0030] 线圈的端电压e(t)与一次电流的时间变化率$成正比，与罗氏线圈和载流导体之 dt 间的互感Μ成正比，i(t)载流导体电流；
[0031] 对于截面为矩形的罗氏线圈：
[0032] M = /f〇^.,n (：3); 2π a
[0033] μ〇 = 43?Χ1〇-7H/m为真空磁导率，N为线圈匝数，a、b为线圈横截面的内外径，h为线 圈截面高度；
[0034] 对于截面为园的罗氏线圈：
[0035] Μ^^ψ- (4)；
[0036] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι为真空磁导率，Ν为线圈匝数，S为每匝线圈截面面积，l(2Jir)为线 圈环形骨架芯平均周长。
[0037]本发明的优点及有益效果是：
[0038]本发明的优点是不用改变线圈结构，仅在绕制方法和连接方式上做了改进，即可 获得良好的性能。又由于采用双路漆包线或其它表层绝缘的导线并绕在传统罗氏线圈骨架 上，获得两路差动信号，经此差动信号的检测，使灵敏度提高了一倍。本发明还具有抗共模 干扰的特点。本发明罗氏线圈可应用于电站的计量仪表、继电保护，可控硅整流，变频调速， 电工领域的测量仪器等场合。在电力系统等领域具有广阔的应用前景，成为互感器发展的 重要方向之一。
[0039]以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细的说明，但不受本实施例所 限。
【附图说明】
[0040] 图1是骨架为矩形结构的线圈示意图；
[0041] 图2是骨架为圆形结构的线圈示意图；
[0042] 图3是本发明线圈结构抽头连接示意图；
[0043]图4是本发明信号检测电路图；
[0044] 图5是本发明线圈与前置放大器连接示意图；
[0045] 图6是本发明差动式放大、积分、移相电路图，R5 = 10Q ;
[0046] 图7是输入输出相位比较图；
[0047] 图8是R5 = 100kQ，电路图；
[0048]图9是输入输出相位比较图；
[0049] 图10是双线并绕罗氏线圈连接后的等效电路；
[0050] 图11是是罗氏线圈连接前置放大器示意图。
[00511图1中：双路漆包线1，骨架2,线圈A，线圈B，抽头A1，抽头A2,抽头B1，抽头B2,线圈 A1，线圈B1、，线圈A2,线圈B2。
【具体实施方式】
[0052]如图1-图3所示，本发明是一种双线并绕的罗氏线圈及信号处理方法，所述的双线 并绕的罗氏线圈是基于在传统罗氏线圈骨架上，采用双路漆包线1或其它表层绝缘的导线， 紧挨、平行、并均匀缠绕在骨架2上，形成环形线圈。所述的骨架2为非铁磁性材料。这样获两 组线圈A和线圈B，和四根抽头:抽头A1，抽头A2，抽头B1，抽头B2分别为线圈A的头和尾;抽头 B1和抽头B2分别为线圈B的头和尾。线圈A的头与线圈B的尾联接作为参考点，即抽头A1与抽 头B2联接。在线圈A的尾抽头A2和线圈B的头抽头B1获得两路差动信号。差动信号的检测，灵 敏度提高了一倍。差动式积分放大电路。e(t)为罗氏线圈输出的差动电压。
[0053]如图1所示，图1是骨架为矩形结构的线圈示意图；其线圈端电压和线圈电流的计 算方法为：
[0054] e{t) = -M- Cl)； dt
[0055] i(i) = - -(2)； M J
[0056] 线圈的端电压e(t)与一次电流的时间变化率#成正比，与罗氏线圈和载流导体之 at 间的互感Μ成正比，i(t)载流导体电流。
[0057] 对于截面为矩形的罗氏线圈：
[0058] (-) (3；； 2π a
[0059] μ〇 = 43?Χ10-7Η/πι为真空磁导率，N为线圈匝数，a、b为线圈横截面的内外径，h为线 圈截面高度。
[0060] 图2是骨架为圆形结构的线圈示意图；其线圈端电压和线圈电流的计算方法为：
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