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Q值-选择合适罗氏线圈的重要参数

2021-02-26 15:30:50

1. Q值-选择合适罗氏线圈的重要参数

    Q值是表征转移电荷量能力的参数,在罗氏线圈中也可解释为线圈达到磁饱和前能够装载的电荷量能力。Q值的单位是库仑(C)也可是安秒积(A•s),在计算中我们通常使用安秒积(A•s)这个单位,更直观便于运算。 Q值-选择合适罗氏线圈的重要参数!

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2.罗氏线圈的Q值选用。

         每只罗氏线圈会给出一个Q值,

(1)例如:优测型号RS-55-400KA,Q=6.5(A•s),那么该线圈可以测试:

        10/350μs的13kA,

        200ms方波归零时间200ms测到65A,

        5/320μs归零时间0.9ms,约15kA,

        10/1000μs归零时间3ms,约4kA,以此计算类推。

(2)例如:优测型号RS-25-50KA,Q=60(A•s),那么该线圈可以测试:

         10/350μs的120kA,

         200ms方波归零时间200ms测到600A,

         5/320μs归零时间0.9ms,约130kA,

         10/1000μs归零时间3ms,约40kA,以此计算类推。

3.超出罗氏线圈Q值的波形表现。

   如果被测波形超出了罗氏线圈自身转移电荷量Q的能力,将会出现磁芯饱和的现象。如下图

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                                                                   图:波形超过线圈自身的Q值能力出现拐点归零

      该波形在680μs左右出现拐点并快速归零,证明此时线圈达到磁饱和。如果线圈磁饱和,会出现磁芯磁化现象,那么随后即使在Q值能力内的测试也会有可能持续出现次饱和的现象,如下图,这是在磁饱后,降低峰值,原本在能力内的波形也持续地饱和。

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                                                                        图:降低峰值到Q能力内,波形依然显示饱和。

       所以,我们给出一个解决方案:只要进行一次小幅值反向冲击电流,即可将磁化的磁芯消磁,测量恢复正常。

4.对于未知波形的测量判断是否畸变

     在雷电学领域,现在更多的是对自然界雷电接闪并引流进行测量,许多情况下选择罗氏线圈并没有对其转移电荷量能力进行要求,只是一味地看测量峰值是不是满足,这是最极端的错误。

     首先,对雷电流的采样峰值是非常简单的技术了,使用分流器、偏振器、磁互感等都可以准确测量,但是研究自然雷电,更重要的是对波形的研究,也就是对雷电电荷能量的研究。笔者看到过一些研究采集到的自然界雷电流波形,作为罗氏线圈的研究者看来,这些波形都是畸变之后的,也就是说之前选用罗氏线圈出现了错误。常见的皮尔逊罗氏线圈,采购时需要自己对着参数表格选型号,很多大孔径的线圈,看着峰值200-400kA,实则转移电荷量能力只有几库仑,造成这个问题的原因有两个,一是大孔径在技术上很难实现很高的转移电荷量能力,二是,皮尔逊的型号太多,更适合专波专用,如果要盲测(未知波形)就推荐一条线路串入2-3只不同能力的线圈。

      那么如何判断波形是不是真实的雷电波,是不是有畸变呢?按以下两步:

      一步放大波形,进行Q值计算,如果得出采集到的电流波Q值约等于所用线圈的转移电荷量能力Q那么我们可以判断该波形存疑,进行第二步排查。

      这里说一下在没有计算机软件的情况下,异形波Q的计算方法。

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       我们可以按中学几何分割的方法进行异形平面面积分割计算,如图,我们可以将其分割成A、B、C三部分分别计算后相加。如何不规则的波形都可以分割成许多规则的几何形状进行面积计算,也就是简单的积分。

       第二步看是否在波尾有拐点并快速归零,如上一节展示的波形。因为在电流波尾阶段,是一个放电过程,放电通道阻抗没有大的变化时,是不可能突变的。

       如果以上两步都达到了肯定的答案,那么该波形判定为畸变,不可采纳,需要更换罗氏线圈。

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