罗氏线圈应用环境解决方案—— 浪涌发生器的配套使用

1. 环境介绍

目前有很多实验室、研究院、电气企业都需要一种电源类设备，这种电源类设备有别于交流直流电源，这是一种脉冲电涌、雷击或者静电EMC类的冲击发生器，统称为浪涌发生器。浪涌发生器以脉冲电压或脉冲电流的形式输出，这种脉冲类的电流就需要使用罗氏线圈来测量。

2. 测量电流原理

浪涌发生器一般使用脉冲试验电容充电储能，再通过放电开关（以放电球隙为主）对回路开启放电，回路中的电感、电阻对电流波形的波头波尾进行调节，调节成所需要的波形。雷电电流波形一般以10/350μs、8/20μs、10/700μs、10/1000μs最为常见。

图1 浪涌发生器回路

Fig. 1 The circuit of impluse current generators

图中，C为脉冲试验电容；L为回路总电感，包括间隙电感、接线电感、调波电感、负载电感；R是回路总电阻，包括接线电阻、间隙电阻及调波电阻等；K是放电开关。

浪涌发生器的电路可以简化为一条单一回路，罗氏线圈的安装位置按原理上是处处相等。出于安全性考虑一般建议：

（1）安装位置尽量不靠近电容器C的高压端；

（2）尽量安装于电容器电压端与回路接地点之间。如图所示，对保护罗氏线圈和示波器最为有效。

图2 罗氏线圈回路安装位置

Fig. 2 Installation position of Rogowski coil

3. 测试波形介绍

罗氏线圈以其高速的上升沿响应能力，积分电路的信号小缩能力，对高速大电路测试有着优越的能力。

10/350μs、8/20μs、10/700μs、10/1000μs冲击电流波的定义为T1/T2，T1为波头时间，T2为半峰值时间，如图所示。

图3 冲击电流波定义

Fig.3 Definition of impulse current wave

不同的冲击电流波形，有不同的参数特性，所以选择罗氏线圈应本着以下原则：

（1）首先确定测试波形。对于8/20μs波形要根据预期电流的量程范围选择不同量程的罗氏线圈。对于10/350μs波形就要首先考虑电流波形的转移电荷量Q值，使Q值小于等于被选罗氏线圈的安秒积能力。

（2）确定罗氏线圈的灵敏度。对于测量小微电流推荐选择0.01V/A或0.1V/A（俗称100倍和10倍）；对于测量大电流推荐选择0.001V/A（俗称1000倍）。

（3）确定罗氏线圈的穿孔直径和体积。根据测试设备回路连接线的规格，选择合适的穿孔直径，注意应留有绝缘材料的空间，再根据设备空间选择罗氏线圈的体积大小。

4. 应用案例

常见的浪涌发生器主要分为：箱体机、柜机、巨型机架结构等，如下图所示。

图4 常见的浪涌发生器形式

Fig.4 Common surge generator forms

罗氏线圈可以安装在设备内，也可以在试品接入的位置临时接入，甚至使用开环罗氏线圈可以对其他设备进行快速的临时接入测试。

（a）箱体内小型线圈 Small coil in the box       （b）巨型机架安装Installation in large rack

（c）柜机内安装Installation in cabinet

（d）测试中线路接入Test in circuit

图5 罗氏线圈的安装

Fig. 5 Installation of Rogowski coil

图6 开环罗氏线圈的安装

Fig. 6 Installation of open loop Rogowski coil

5. 校准波形

CH1：Pearson1423线圈；CH2：RS-25-50KA