CN106019072B - 罗氏线圈集中参数的测量方法 - Google Patents

罗氏线圈集中参数的测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106019072B
CN106019072B CN201610319594.1A CN201610319594A CN106019072B CN 106019072 B CN106019072 B CN 106019072B CN 201610319594 A CN201610319594 A CN 201610319594A CN 106019072 B CN106019072 B CN 106019072B
Authority
CN
China
Prior art keywords
rogowski coil
frequency
current signal
resonance potential
domain expression
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610319594.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106019072A (zh
Inventor
吴杰
甄威
姜振超
刘明忠
汤凡
何宇航
汪晓华
崔弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN201610319594.1A priority Critical patent/CN106019072B/zh
Publication of CN106019072A publication Critical patent/CN106019072A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106019072B publication Critical patent/CN106019072B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/72—Testing of electric windings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种罗氏线圈集中参数的测量方法，包括：采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号；获得斜坡电流信号的频域表达式；根据斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得谐振电压信号的频域表达式；对谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得谐振电压信号的时域表达式；将谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程；根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程；求解第一方程和第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感。本发明提供的罗氏线圈集中参数的测量方法，无需在罗氏线圈的二次回路中引入额外接线，进而不会给被测回路带入感性分量。

Description

罗氏线圈集中参数的测量方法
技术领域
本发明涉及智能变电站试验技术领域，具体涉及一种罗氏线圈集中参数的测量方法。
背景技术
电子式互感器是智能变电站的关键技术。其定义为：一种装置，由连接到传输***和二次转换器的一个或多个电压或电流传感器组成，用以传输正比于被测量的量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。电子式电流互感器分为光学电流互感器、低功率电流互感器、罗氏线圈电流互感器三类，目前给智能站保护装置提供二次电流的互感器多采用罗氏线圈作为传感头。因此，罗氏线圈电子式互感器的工频、谐波、行波传遍特性成为影响智能站安全稳定运行的一个重要因素。而通过仿真的方式研究其传遍特性，需事先知道罗氏线圈的集中参数，即罗氏线圈的直流电阻、电容和电感。罗氏线圈的电阻与温度、材料、长度有关，在罗氏线圈绕制完成后，其电阻在一定的温度条件下不随信号的频率和幅值变化，因此用高精度万用表就可以获得罗氏线圈的直流电阻。
实验室通常采用串联谐振法测量罗氏线圈的电容。在测量过程中，为了能够监测被测对象是否进入谐振状态，需要在罗氏线圈的二次输出回路中串联一只无感电阻。但随着测量频率的升高，电阻可能会表现出感性分量，感性分量的出现会影响测量结果。并且，被测回路中引入的接线都有可能带入感性分量。实验室采用的另一种测量方法是利用高精度的LCR表直接测量罗氏线圈的电容和电感，测量原理同串联谐振法。虽然高精度的LCR表克服了由测试回路引入的额外误差的缺点，但复杂电路还是限制了高精度LCR表的测试能力。
发明内容
本发明所要解决的是采用现有方法测试罗氏线圈集中参数测量结果受感性分量影响和LCR表测试能力限制的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种罗氏线圈集中参数的测量方法，包括：采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号；获得所述斜坡电流信号的频域表达式；根据所述斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得所述谐振电压信号的频域表达式；对所述谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得所述谐振电压信号的时域表达式；将所述谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入所述谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程；根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程；求解所述第一方程和所述第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感。
本发明利用罗氏线圈对斜坡电流信号的响应，使罗氏线圈进入自激震荡的状态，在其二次回路测量开路自激震荡波形，即所述谐振电压信号的波形，通过对测量信号进行时域分析和频域分析得到罗氏线圈集中参数的电感值和电容值。因此，本方法无需在罗氏线圈的二次回路中引入额外接线，进而不会给被测回路带入感性分量。
可选的，所述采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号包括：采用电流源向穿过罗氏线圈的导体注入所述斜坡电流信号；采用示波器测量罗氏线圈的输出以获得所述谐振电压信号。
可选的，所述获得所述斜坡电流信号的频域表达式包括：采用阶跃响应函数表示所述斜坡电流信号以获得所述斜坡电流信号的时域表达式；对所述斜坡电流信号的时域表达式进行拉普拉斯变换以获得所述斜坡电流信号的频域表达式。
可选的，所述斜坡电流信号的时域表达式为其中，x(t)为时域中的所述斜坡电流信号，Iam为所述斜坡电流信号的幅值，tup为所述斜坡电流信号的上升沿时间，u(t)为阶跃响应函数，t为时间变量。
可选的，所述斜坡电流信号的频域表达式为其中，X(s)为频域中的所述斜坡电流信号，s为复频率，e为自然常数。
可选的，所述谐振电压信号的频域表达式为其中，Y(s)为频域中的所述谐振电压信号，为罗氏线圈的传递函数，M为罗氏线圈的互感值，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容，RR为罗氏线圈的电阻。
可选的，所述第二方程为其中，fxz为所述谐振电压信号的振荡频率，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容。
可选的，所述罗氏线圈集中参数的测量方法还包括：采用万用表测试罗氏线圈的电阻。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提供的罗氏线圈集中参数的测量方法，采用实测罗氏线圈自激震荡波形和数学公式推导相结合的方式，通过对测量信号进行时域分析和频域分析得到罗氏线圈集中参数的电感值和电容值。本发明无需在罗氏线圈的二次回路中引入额外接线，进而不会给被测回路带入感性分量，能够为开展仿真罗氏线圈动态特性研究提供仿真参数，帮助仿真人员校准罗氏线圈的仿真模型。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是罗氏线圈集中参数的等效电路图；
图2是本发明实施例测试罗氏线圈的电阻的结构示意图；
图3是本发明实施例测试罗氏线圈的电容和电感的结构示意图；
图4是本发明实施例的斜坡电流信号的波形示意图；
图5是本发明实施例的谐振电压信号的波形示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
图1是罗氏线圈集中参数的等效电路图。其中，e(t)等效于受一次侧电流控制的二次侧电压源；RR为罗氏线圈内部等效电阻，简称内阻，其大小只与罗氏线圈的物理尺寸有关；LR为罗氏线圈的自感，受到形状、长短、匝数、有无铁芯的影响，而罗氏线圈的骨架采用的是环氧树脂材料，磁导率近似为真空磁导率，同时环氧树脂的形状受温度影响极小，所以自感是一个固定的常数；CR为罗氏线圈的匝对屏蔽层的电容，为一个固定的常数；RL为外接负载电阻。罗氏线圈的电容、电感以及电阻均为固定的，但测量罗氏线圈的电感值和电容值极易受外界电感和电容的影响。
罗氏线圈的电阻与温度、材料以及长度有关，在罗氏线圈绕制完成后，其电阻在一定的温度条件下不随信号的频率和幅值发生变化。因此，与现有技术中相同，本实施例采用高精度万用表测量罗氏线圈的电阻，测试的结构示意图如图2所示，即将万用表21的测量接头连接罗氏线圈10的二次输出。
图3是本发明实施例测试罗氏线圈的电容和电感的结构示意图，罗氏线圈的电容和电感的测量方法包括：
步骤S1，采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号。具体地，采用电流源31向穿过罗氏线圈10的导体32注入斜坡电流信号，采用示波器33测量罗氏线圈10的输出以获得谐振电压信号。所述导体32穿过罗氏线圈10，使罗氏线圈10能够感应导体32中的斜坡电流。所述示波器33的电压探头连接罗氏线圈10的二次输出，用于测量罗氏线圈10输出的谐振电压信号。图4是所述电流源31输出的斜坡电流信号的波形示意图，其中，Iam为所述斜坡电流信号的幅值，tup为所述斜坡电流信号的上升沿时间，所述斜坡电流信号的幅值Iam和所述斜坡电流信号的上升沿时间tup均为已知参数。罗氏线圈10感应到斜坡电流信号后，在二次回路感应出自激震荡的电压波形，即谐振电压信号。所述示波器33测量得到的谐振电压信号的波形如图5所示，其中，点A(t1,0)为谐振电压信号的零点，点B(t2,0)为谐振电压信号的第一个波峰点，从谐振电压信号的波形中可以读出谐振电压信号的振荡频率(即振荡周期的倒数)、谐振电压信号的最大幅值(即y1)以及谐振电压信号的最大幅值的对应时间(即t2-t1)。
步骤S2，获得所述斜坡电流信号的频域表达式。首先，采用阶跃响应函数表示所述斜坡电流信号以获得所述斜坡电流信号的时域表达式，所述斜坡电流信号的时域表达式为其中，x(t)为时域中的所述斜坡电流信号，Iam为所述斜坡电流信号的幅值，tup为所述斜坡电流信号的上升沿时间，u(t)为阶跃响应函数，t为时间变量；其次，对所述斜坡电流信号的时域表达式进行拉普拉斯变换以获得所述斜坡电流信号的频域表达式，所述斜坡电流信号的频域表达式为其中，X(s)为频域中的所述斜坡电流信号，s为复频率，e为自然常数。
步骤S3，根据所述斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得所述谐振电压信号的频域表达式。本领域技术人员知晓，频域中的所述谐振电压信号等于频域中的所述斜坡电流信号乘以罗氏线圈的传递函数，即Y(s)＝H(s)X(s)，而罗氏线圈的传递函数因此，所述谐振电压信号的频域表达式为其中，Y(s)为频域中的所述谐振电压信号，为罗氏线圈的传递函数，M为罗氏线圈的互感值，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容，RR为罗氏线圈的电阻。
步骤S4，对所述谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得所述谐振电压信号的时域表达式。本领域技术人员知晓如何对一个频域表达式进行拉普拉斯逆变换，在此不再赘述。
步骤S5，将所述谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入所述谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程。由于罗氏线圈的电阻、谐振电压信号的最大幅值及其对应时间均为已知参数，代入所述谐振电压信号的时域表达式后，即可获得一个关于罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感的方程。
步骤S6，根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程。本领域技术人员知晓LCR串联谐振电路的谐振表达式为因而所述第二方程为其中，fxz为所述谐振电压信号的振荡频率，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容。将所述谐振电压信号的振荡频率代入所述串联电路的谐振表达式，获得另一个关于罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感的方程。
步骤S7，求解所述第一方程和所述第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感。本领域技术人员知晓如何对两个包括两个未知数的方程联合求解，在此不再赘述。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种罗氏线圈集中参数的测量方法，其特征在于，包括：
采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号；
获得所述斜坡电流信号的频域表达式；
根据所述斜坡电流信号的频域表达式和罗氏线圈的传递函数获得所述谐振电压信号的频域表达式；
对所述谐振电压信号的频域表达式进行拉普拉斯逆变换以获得所述谐振电压信号的时域表达式；
将所述谐振电压信号的最大幅值及其对应时间代入所述谐振电压信号的时域表达式以获得第一方程；
根据LCR串联谐振电路的谐振表达式以获得第二方程；
求解所述第一方程和所述第二方程以获得罗氏线圈的电容和罗氏线圈的电感；
所述获得所述斜坡电流信号的频域表达式包括：
采用阶跃响应函数表示所述斜坡电流信号以获得所述斜坡电流信号的时域表达式；
对所述斜坡电流信号的时域表达式进行拉普拉斯变换以获得所述斜坡电流信号的频域表达式；所述斜坡电流信号的时域表达式为其中，x(t)为时域中的所述斜坡电流信号，Iam为所述斜坡电流信号的幅值，tup为所述斜坡电流信号的上升沿时间，u(t)为阶跃响应函数，t为时间变量；所述斜坡电流信号的频域表达式为其中，X(s)为频域中的所述斜坡电流信号，s为复频率，e为自然常数；所述谐振电压信号的频域表达式为其中，Y(s)为频域中的所述谐振电压信号，为罗氏线圈的传递函数，M为罗氏线圈的互感值，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容，RR为罗氏线圈的电阻；所述第二方程为其中，fxz为所述谐振电压信号的振荡频率，LR为罗氏线圈的电感，CR为罗氏线圈的电容。
2.根据权利要求1所述的罗氏线圈集中参数的测量方法，其特征在于，所述采用罗氏线圈感应斜坡电流信号以获得罗氏线圈输出的谐振电压信号包括：
采用电流源向穿过罗氏线圈的导体注入所述斜坡电流信号；
采用示波器测量罗氏线圈的输出以获得所述谐振电压信号。
3.根据权利要求1至2任一项所述的罗氏线圈集中参数的测量方法，其特征在于，还包括：采用万用表测试罗氏线圈的电阻。
CN201610319594.1A 2016-05-13 2016-05-13 罗氏线圈集中参数的测量方法 Active CN106019072B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610319594.1A CN106019072B (zh) 2016-05-13 2016-05-13 罗氏线圈集中参数的测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610319594.1A CN106019072B (zh) 2016-05-13 2016-05-13 罗氏线圈集中参数的测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106019072A CN106019072A (zh) 2016-10-12
CN106019072B true CN106019072B (zh) 2018-09-11

Family

ID=57100554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610319594.1A Active CN106019072B (zh) 2016-05-13 2016-05-13 罗氏线圈集中参数的测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106019072B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113093084B (zh) * 2021-03-26 2022-11-15 天津市职业大学 一种罗氏线圈内阻及其通断性的在线检测***及检测方法
CN114563607A (zh) * 2022-01-25 2022-05-31 武汉大学 Pcb罗氏线圈电流传感器基于集总参数的带宽快速计算方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7638999B2 (en) * 2006-04-07 2009-12-29 Cooper Technologies Company Protective relay device, system and methods for Rogowski coil sensors
CN104931913B (zh) * 2015-06-03 2018-01-26 国网四川省电力公司电力科学研究院 检测罗氏线圈电子式电流互感器附加动态分量的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106019072A (zh) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Research on a composite voltage and current measurement device for HVDC networks
CN103207379B (zh) 电流互感器直流偏磁误差特性测量方法及装置
CN203465407U (zh) 基于示波器和信号发生器的软磁材料磁导率测量实验装置
CN106019072B (zh) 罗氏线圈集中参数的测量方法
CN104851580B (zh) 基于磁位计补偿的带间隙铁芯式罗氏线圈互感器
Bai et al. Research on an improved resonant cavity for overhauser geomagnetic sensor
Zhou et al. A non-contact micro-ampere DC current digital sensor based on the open-loop structure
Salvador et al. Characterization and modeling of high-value inductors in ELF band using a vector network analyzer
Mester et al. Development and drift-analysis of a modular electromagnetic induction system for shallow ground conductivity measurements
CN104865547B (zh) 积分型脉冲磁场测量***信号注入标定方法
CN110967660A (zh) 一种用于检测电流互感器的方法及***
Ripka et al. Multiwire core fluxgate
Grandi et al. Magnetic-field transducer based on closed-loop operation of magnetic sensors
Ma et al. Investigate and Improve the Distorted Waveforms for Core Loss Measurement with Arbitrary Excitations
Yang et al. SPICE circuit model of voltage excitation fluxgate sensor
CN206020612U (zh) 一种功率放大器并联调试装置
CN203705624U (zh) 一种搜索线圈式和磁通门式组合的多功能磁力仪
Riveros et al. Design, implementation and experimental characterisation of a high sensitivity GMI gradiometer with an interference compensation system
RU122777U1 (ru) Устройство для измерения электропроводности жидкости
Yimga et al. Performances of current monitor for a long pulse width sensing
Sullivan Survey of core loss test methods
CN103499795A (zh) 一种搜索线圈式和磁通门式组合的多功能磁力仪及其用途
Zhao et al. Comparative study of the sensing performance of orthogonal fluxgate sensors with different amorphous sensing elements
DongXue et al. Improvement of high-value capacitance measurement
CN105021867A (zh) 一种测量电网电压的***及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant