2015年现代电工技术-专题2-脉冲功率技术(包括测量).ppt

脉冲功率系统的结构及关键技术 自积分状态下的频率特性— 系统的灵敏度： 由系统传递函数式得，系统的灵敏度为： 在其它参数固定时,灵敏度与Ra成正比,可通过选择不同的Ra得到不同的灵敏度.但由于上限频率与 Ra成反比,Ra的选择也受到上限频率的限制，其值可以根据具体的需要折衷选择,以同时满足灵敏度和上限频率的要求. 脉冲功率系统的结构及关键技术 自积分状态下的频率特性— C0通常很小，忽略其得： 时, 回路本身构成一个RL积分电路. 于是有 当测量回路满足 此时的电路方程近似可以写成 求解uo的另一种方法 脉冲功率系统的结构及关键技术 微分状态下的频率特性— ● 使用 RC 积分器时的频率特性 罗氏线圈工作在微分状态下，取样电阻的值较大，使测量回路接近于一纯电阻网络，这时为了能够还原被测电流，必须另外加一积分环节，当使用普通 RC 积分器时，等效电路如下图所示，L、r、C0分别是空心线圈的自感、内阻和杂散电容。 R 10Ra 使用RC积分器时的等效电路 脉冲功率系统的结构及关键技术 整个电路的传递函数为 下限频率： 上限频率： 罗氏线圈工作在微分状态下,测量回路下限频率决定于积分电 路的时间常数RC,上限频率决定于测量回路的固有谐振频率. ● 使用 RC 积分器时的频率特性 脉冲功率系统的结构及关键技术 Rogowski 线圈采用 RC 积分器下的幅频特性 工作频带为 ● 使用 RC 积分器时的频率特性 脉冲功率系统的结构及关键技术 系统的灵敏度： 由系统传递函数式得，系统的灵敏度为： ● 使用 RC积分器时的频率特性 当要求灵敏度较大时,RC 应取较小的值,因下限频率与RC成反比，这样会使下限频率变大,这样灵敏度与频带要求难以兼顾.为了解决这个问题,可以采用带反馈电阻的运放积分器. RC积分的不足： 系统的灵敏度与采样电阻Ra无关（Rar） 脉冲功率系统的结构及关键技术 ● 使用带反馈电阻的运放积分器时的频率特性 使用带反馈电阻的运放积分器时的等效电路 输入电阻大,对前面电路影响小. 脉冲功率系统的结构及关键技术 Rogowski 线圈采用运放积分器下的幅频特性 ● 使用带反馈电阻的运放积分器时的频率特性 脉冲功率系统的结构及关键技术 系统的灵敏度： 由系统传递函数式得，系统的灵敏度为： ● 使用带反馈电阻的运放积分器时的频率特性 通过增大R2 可以降低下限频率，减小R1 增大灵敏度。灵敏度与 R1成反比，而与 R2的大小无关。这样就解决了普通 RC 积分器的灵敏度和下限频率对 RC 的取值要求相反的矛盾. 脉冲功率系统的结构及关键技术 利用罗氏线圈测量脉冲大电流时，首先尽可能地使罗氏线圈工作在自积分状态，只有当这种状态得不到满足时，才考虑另外一种方式。 一般而言，前一种方式前一种方式适用于测量快速变化、持续时间短的脉冲大电流，而后一种方式适用于测量变化缓慢、持续时间较长的脉冲大电流。 注意 提出了一种新型自积分和外积分相复合的罗氏线圈传感器。在保证测量灵敏度和下限频率的前提下的上限频率拓展到fc。线圈输出由终端电阻Rt阻尼,感生电压E经线圈自身L/Rt高频自积分环节、无源R0C0中频积分网络、有源R1C1低频积分器处理后,再经过RhCh高通滤波环节滤除运放引入的低频噪声后,获得输出信号Uo,Rh通常可由示波器等波形显示或存储设备的输入阻抗代替。高通滤波器的引入使运放的低频衰减网络可用一个大电阻Rl代替,便于参数设计,否则就要用阻容网络来实现低频衰减,参数设计相对复杂。 脉冲功率系统的结构及关键技术 RSD固态脉冲电源中的罗氏线圈电流检测技术[J]. 强激光与粒子束,2009,21(11 ):1755-1760. 脉冲功率系统的结构及关键技术 由上式可见：线圈的感应输出只与被测电流中的谐波分量有关，而与直流分量无关；也就是说，对于直流输电系统中的比例较小的谐波分量，可以通过 罗氏线圈感应出和原方电流成微分关系的电压信号,这个信号不受直流分量的影响，这是罗氏线圈测量直流谐波电流的突出优点，它能解决传统互感器工作点与直流分量的大小有关的难题。 罗氏线圈的感应电势为： 在直流输电 系统中： 脉冲功率技术应用 脉冲功率技术是由于国防科研需要而开始发展起来的一门新兴科学技术，作为当代高新技术研究的重要技术基础之一，脉冲功率技术的发展和应用于其他学科的发展有着密切的联系，随着研究的不断深入，储能技术、功率开关技术、脉冲大电流的测量技术等方面必将取得更大的发展，而且这些成果将不断地转化到生产应用领域。总之，脉冲功率技术在科学研究、国防工业以及工业、民用等领域中有着越来越广泛的重要应用。 脉冲功率系统的结构及关键技术 RLC 基本关系 电阻： 电容： 电感： 其中: -电压, -电流,