罗柯夫斯基线圈华意电子有限公司 总工程师 杨传旺测量交流电流,采样方法有很多种,如互感器,分流器,霍尔互感器等等罗柯夫斯基线圈是其中的一种, 简称罗氏线圈 也有称空心互感器, 多年前称为磁位计罗氏线圈测电流方法如图所示:把导线均匀绕在一个非磁性环状骨架上当一次电流流过时在绕组N上产生感应电势,其感应电势幅值和电流I成正比相位相差 900 有关罗氏线圈原理,很多书中和文章中已介绍,在此不重复本文仅以罗氏线圈的特点介绍罗氏线圈是一个互感线圈, 其信号为电磁场传播, 由于线圈骨架为绝缘材料(或空心)的非磁性物质,所传导信号即产生电势较弱几乎不能输出功率所以R一般都很大如 100 千欧,1M欧等等,而输出电势在 mv 级通常认为适合于 400A以上大电流测量,其参数为 400A/ 100mv,1000A/100mv现在通过多层,多匝制造也可制成 100A/ 100mv,5A/100mv 等等通常电流采样是选用电流互感器, 互感器是铁芯线圈组成, 大电流时电流互感器体积较大,二次导线匝数较多, 二次5A互感器采用¢ 1.56 漆包线一根或¢ 1.12 漆包线二根绕制用线量很大,而罗氏线圈一次一匝穿心,而线圈只需电势,电流几乎为0值,通常所用漆包线为¢ 0.07 ~¢ 0.1 即可,用线量非常少。
电流互感器的硅钢片铁芯选用都是优质品, 还要加工热处理, 成本很高铁芯的特性直接影响互感器的精确度, 铁芯的激磁和损耗使互感器产生误差, 即比值差和相位差,铁芯特性曲线的非线性使电流互感器的误差特性亦为非线性的, 给整机电子部分补偿造成麻烦, 而罗氏线圈选用截面小的塑料, 瓷或其它非金属非磁性物质成本很低其 μ 值接近真空值是恒定的,其电流、电压转换值是不变的,即误差不随电流变化而变化,而相位移相 90 度也不随电流变化而改变有文章给出罗氏线圈的实测值,也有非线性点,这可能和测量设备有关,理论上其为线性,所以可以通过电子电路调整到需要的值电流互感器有铁芯存在, 工作时有磁通存在, 过电流时会出现铁芯饱和 铁芯饱和后误差急增,固保护型互感器有 10%倍数规定限制过电流工作罗氏线圈无磁性材料存在,不存在铁芯饱和,只要能流过多大电流其二次电势仍线性工作电流互感器绕组有电流流过, 由于导线内阻要发热, 设计要考虑温度和散热,而罗氏线圈绕组几乎无电流,不发热,故没有必要进行温升试验理论上讲罗氏线圈抗外磁场效果非常好, 这要求工艺结构严谨合理, 只要处理得当,抗干扰是成功的从以上看,罗氏线圈用于电流采样,结构简单,材料省,体积小,造价低,线性好,稳定性好。
电流互感器的误差来源是铁芯, 导线电阻及负荷, 在负荷一定的情况下, 正常工作温度使铁芯变化和导线电阻变化影响不大, 但有影响故技术标准上给出环境温度,而罗氏线圈在其它因素限定后线性的参数, 影响其参数变化的即是温度温度变化热胀冷缩使骨架和线圈几何尺寸受影响, 其电感L参数受影响 这就产生数据化,这就说罗氏线圈有其准确度, 罗氏线圈一般能在 0.5 级- 0.1 级,超过 0.1 级需特殊处理电流互感器体积大,但能传递能量,可以直接推动仪表、继电器,而罗氏线圈得到仅仅为一电势, 即一个反应电流大小的信息值, 只能通过电子电路, 去完成仪表指示和控制保护工作 故罗氏理论建立后近 100 年的现代电子技术的发展才能大量推广应用的环境电流互感器,一次激磁产生磁通¢移相 90 度而磁通¢再感应出二次电势移相 90 度,其共移相 180 度使用时再反接成移相 180 度才使二次和一次同相位,而罗氏线圈是互感线圈是 90 度移相 如仅需电流幅值参数可直接选用如需相位,则需增加积分电路再移相 90 度或直接采用 90 度数字移相罗氏线圈的负荷要求阻值(一般 100K以上),容易在传输时受到外界的干扰,故希望采样引线要短,电子线路共模特性好,而且应加适当防护。
由于罗氏线圈是一个互感线圈, 所以不能传递直流信息 因为只有变化的磁场才能使线圈产生感应电势而恒定磁场不能使线圈感应电势, 而任何大的恒定磁场也不会在罗氏线圈中出现饱和和特性推移,应该说抗直流是非常好的,如将 5 A/ 100mv罗氏线圈用在电度表中,抗直流可能很优秀如果采样需要直流成分建议采用霍尔互感器罗氏线圈其频率特性非常好, 有很宽的频率, 很容易满足电流测量的频率特性,这一点是其它种类互感器难以相比的, 能很好把一次电流的波形复制到二次由于罗氏线圈的多种优点,在电子技术发达的今天,其技术被学术界关注,技术日益完善 罗氏线圈必然将会大量取代传统的互感器, 成为交流电流测量采样的主流。