纳秒级单极性长持续时间脉冲电流的测量研究

论文摘要

雷电电磁脉冲作为天然的强电磁脉冲干扰,对航空航天、电子通讯以及电力传输等领域的安全运行具有很大的威胁。预防雷电电磁脉冲干扰的保护装置能否正确动作,依赖于对雷电流的准确测量。因此,如何实现对雷电流的准确测量具有重要的研究意义。本文基于单极性长持续时间脉冲电流的频谱分析,研究了自积分式Rogowski线圈的基本理论和频率特性。针对单极性脉冲电流频率跨度大这一特点,研究如何拓宽Rogowski线圈频率区间。根据Rogowski线圈的传递函数,对采用不同材料和不同电磁参数的磁芯时以及采用不同积分电阻时Rogowski线圈的幅频特性进行了仿真研究。在此基础上,针对Rogowski线圈的测量特性进行了实验研究,得出不同参数对Rogowski线圈测量结果的影响规律。在对雷电流H分量频谱分析的基础上,对Rogowski线圈进行优化设计,使其满足纳秒级脉冲电流测量的频带要求和电流幅值要求,并利用纳秒级方波电流源对Rogowski线圈的响应时间进行标定。搭建了雷电流H分量实验平台,对Rogowski线圈测量特性进行实验验证,并将测量结果与标准同轴管式分流器进行比对。研究结果显示,对于同种材料的磁芯,随着磁芯磁导率的增大,所制作的Rogowski线圈工作频带整体向低频方向平移。故磁导率较高的锰锌铁氧体适合用于低频分量较多的信号的测量,而磁导率较低的镍锌铁氧体适合用于高频分量较多的信号的测量;减小积分电阻,可以使线圈的工作频带变宽;在实际允许的条件下增大磁芯横截面积,可降低线圈下限截止频率。本文研制的用于测量雷电流H分量的Rogowski线圈响应时间不大于1ns,正常测量频率区间为102至107,灵敏度为101.2A/V。在电流幅值不大于4kA时,所测得的雷电流H分量的测量结果与标准同轴分流器相比,峰值、波前时间和波尾时间的偏差均不大于2%,各电流等级下的标准差均不大于1%。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题的研究意义及应用背景
•   1.2 脉冲电流的测量方法
•   1.3 Rogowski线圈的国内外研究现状
•     1.3.1 Rogowski线圈国内研究现状
•     1.3.2 Rogowski线圈国外研究现状
•     1.3.3 存在的问题
•   1.4 本文主要研究工作
• 2 Rogowski线圈的基本理论及幅频特性仿真
•   2.1 Rogowski线圈的基本理论
•     2.1.1 Rogowski线圈的工作原理
•     2.1.2 Rogowski线圈的积分方式
•     2.1.3 Rogowski线圈的频率特性
•   2.2 不同参数Rogowski线圈幅频特性仿真
•   2.3 本章小结
• 3 脉冲电流参数对Rogowski线圈测量的影响
•   3.1 脉冲电流的频谱分析
•     3.1.1 脉冲电流的双指数函数的计算
•     3.1.2 单极性脉冲电流的频谱分析
•   3.2 不同参数Rogowski线圈实验分析
•     3.2.1 各参数对Rogowski线圈频率特性的影响
•     3.2.2 待测电流幅值对线圈测量特性的影响
•     3.2.3 磁芯材料对测量特性的影响
•   3.3 Rogowski线圈绕制方式的影响
•   3.4 本章小结
• 4 实验平台的搭建及Rogowski线圈的优化设计和实验
•   4.1 雷电流H分量的频谱分析
•   4.2 高效率0.245/4μs冲击回路的设计
•   4.3 Rogowski线圈的优化和实验
•     4.3.1 Rogowski线圈的优化设计
•     4.3.2 实验结果
•   4.4 本章小结
• 5 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文及成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王影影

导师: 孙伟

关键词: 单极性,线圈,磁导率,频带宽度,雷电流

来源: 西安建筑科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,电力工业

单位: 西安建筑科技大学

基金: 国家自然科学基金(编号:51577151)

分类号: P429;TM835.2

DOI: 10.27393/d.cnki.gxazu.2019.000606

总页数: 66

文件大小: 5691K

下载量: 17