相對于早些時期的電磁電流互感器,普通羅氏線圈固然有許多優越性能,普通羅氏線圈本身的自身敏感性問題,即容易受到外界環境比如電磁干擾,熱膨脹,震動引起的位置變化,都造成了它的輸出電感參數產生失真,靈敏性和精確度都大打折扣。因此,如何設計好線圈本身,即線圈的結構參數,會直接關乎測量性能。
電流互感器的發展至今,有源電流互感器是電流互感器的發展方向,如何在普通羅氏線圈制作基礎上提高測量性能,設計要求如下。
高精度的羅氏線圈的設計原則:
(1)線圈寬度、密度恒定,單位長度上繞線匝數相同,為了有更大的互感,總繞線匝數要較多。
(2)非磁性骨架材料的溫度膨脹系數要很小,使其在實際的環境測量中由于溫度變化的引起的誤差降到最低,甚至為0,線圈各處的截面積恒定相等。
(3)線圈本身平面要均勻平整,做到始終和骨架中心軸線垂直。因此,在設計高精度羅氏線圈時,應重點考慮以下幾點:
(1)骨架精加工,截面積大小均勻恒等,線匝均勻緊密在非磁性骨架上繞制,且彼此不重合覆蓋,線匝本身要做到厚度,寬度均勻一致。每匝小線圈與整個環形線【3l】。
圈軸線垂直,即在磁通方向上與線圈的對稱軸線垂直。從制作工藝上做到單位線匝線圈與載流導體對其產生的磁通鏈為0,極大消除線圈本身的磁場干擾引起的測量誤差。
(2)設計時,互感系數M是衡量被測載流導體的靈敏度和精確度的重要參數,互感越大,系統的測量越靈敏和精確。所以我們要根據實際測量盡可能增大互感,使線圈在測量小頻率電流時,減小外界干擾電平對測量結果的影響。
(3)為便于加工和產業化生產和儀器的運輸和攜帶,骨架截面做成矩形會帶來很多方便,對于線圈半徑要小,同時骨架高度或厚度都不能太大。
(4)羅氏線圈作為測量電力設備工具,必須具備設備的屬性特征,即要具有萬方數據長期穩定性。當外界環境溫度變化時,繞線線匝的熱脹冷縮以及骨架材料自身的熱膨脹系數都會導致線圈幾何參數的改變,那么必然引起線圈互感M的變化p2|。因此,非磁性骨架要選擇熱膨脹系數盡可能小的材料,同時繞線線匝也要選受溫度變化形變微弱的材料【331。從而更加適用實際環境測量,保持測量結果的精準度。
(5)保證被繞線圈是偶數,從電磁理論知識知,此時載流導體對線圈的磁通鏈總是大小相等,方向相反,消除線圈本身感應磁場對測量的干擾。
(6)為了增大羅氏線圈的互感,要增大繞線匝數,所以繞線寬度要小要細,可是繞線也不能太細,太細使結構變得脆弱,受外界的震動而容易折斷,同時為了做到生產的實效性,兼具考慮繞線材料的性價比和結構參數。