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Rogowski型电流互感器的高性能设计与研究

作 者: 姜枫
导 师: 廖敏夫
学 校: 大连理工大学
专 业: 电机与电器
关键词: 宽频带 积分电路 灵敏度 电流互感器 优化设计
分类号: TM452
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 68次
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内容摘要


电流互感器是电力系统中必不可少的基本设施,提供着电力系统测量与保护的电流数据,其测量精度与可靠性直接关系着电力系统运行的安全性与经济性。随着电力系统在监测、控制与保护方面的日益自动化和智能化的应用,传统的电磁式的电流测量设备已经难以满足系统的测量要求,新型的电流测量设备开始出现。Rogowski型的电流互感器测量系统就是这样的一种电流计量设备,其机构简单、精度高、线性度好、抗干扰能力强、使用安全便捷、易于实现数字化、网络化和自动化,有着很好的应用前景。本文首先介绍了课题的研究背景,讨论了现阶段主要的两种新型电流互感器,并针对电流互感器在国内外的研究现状和发展趋势进行了分析,进而说明了本课题研究的重要意义。接着对Rogowski型电流互感器系统的传感头部分进行了研究。在分析了Rogowski线圈测量原理的基础上,利用MATLAB仿真,研究了结构参数和电磁参数对其动态特性的影响,从而提出了传感头的设计步骤。为了提高电流互感器的频带宽度,分析了系统对积分电路部分的基本要求,提出了积分电路的设计思路,并对各个环节的工作原理和设计用途进行了阐述。利用Multisim仿真对其进行了频域特性分析,验证了各个积分环节的功能,并制作了Rogowski型电流互感器。为了提高电流互感器的测量精度,提出了传感头和积分处理电路的优化措施,进一步完善了整个电流互感器系统的设计方案。接着,利用Multisim建立了电流互感器系统的仿真模型,针对电力系统中普遍存在的三相短路故障电流、国家标准推荐的1.2/50 u s型雷电流、高频的脉冲大电流进行了仿真了,效果良好。使用自制的电流互感器系统,进行了工频大电流、球隙放电电流和系统对称性实验,并分析了其线性度,实验测量效果良好与理论分析结果一致。通过实验分析可知,该电流互感器系统具有0.77mV/A的灵敏度和1.58Hz~1.37MHz带宽,能够适用于电力系统中多场合、大电流的应用。证明设计方案合理可靠,值得借鉴。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 新型电流互感器的分类  10-11
  1.3 研究现状与发展趋势  11-12
  1.4 本文的主要工作  12-14
2 传感头分析与设计  14-29
  2.1 Rogowski线圈的测量原理  14-15
  2.2 结构参数对性能的影响分析  15-20
    2.2.1 系统传递函数显式推导  15-17
    2.2.2 动态特性分析  17-20
  2.3 电磁参数对性能的影响分析  20-25
    2.3.1 线圈内阻的影响  21-22
    2.3.2 线圈自感的影响  22-23
    2.3.3 线圈杂散电容的影响  23-25
  2.4 传感头误差分析  25-27
    2.4.1 几何参数误差影响  25
    2.4.2 线圈骨架半径不均的影响  25-26
    2.4.3 线圈截面积不均的影响  26
    2.4.4 线圈绕线密度不均的误差  26-27
  2.5 传感头设计步骤  27-29
3 积分处理电路设计  29-40
  3.1 积分电路基本性能要求  29-30
  3.2 电路设计及分析  30-32
    3.2.1 积分电路工作原理  30-31
    3.2.2 积分电路设计思路  31-32
  3.3 积分电路的频域分析  32-37
    3.3.1 仿真软件简介  32-33
    3.3.2 积分电路的模型建立  33-34
    3.3.3 积分电路频域分析  34-37
  3.4 提高系统性能的改善措施  37-39
    3.4.1 互感器传感头的优化措施  37-38
    3.4.2 互感器积分电路的优化措施  38-39
  3.5 本章小结  39-40
4 互感器输出特性仿真  40-48
  4.1 仿真模型建立  40-41
  4.2 电力系统三相短路电流仿真  41-43
    4.2.1 短路故障电流的危害  41-42
    4.2.2 三相短路电流仿真  42-43
  4.3 标准雷电波形仿真  43-45
    4.3.1 电力系统雷击的危害  43-44
    4.3.2 标准雷电波形的仿真  44-45
  4.4 高频脉冲电流仿真  45-46
  4.5 本章小结  46-48
5 电流互感器实验与分析  48-57
  5.1 工频大电流实验  48-49
  5.2 球隙放电电流的测量与分析  49
  5.3 线性度与相位差分析  49-51
    5.3.1 互感器线性度分析  49-50
    5.3.2 互感器相位差分析  50-51
  5.4 互感器对称性实验  51-56
    5.4.1 互感器偏心度实验  51-53
    5.4.2 互感器倾斜度实验  53-55
    5.4.3 互感器对称性分析  55-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-60
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  60-61
致谢  61-62

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 互感器 > 电流互感器
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