Co je cívek Rogowského?

Co je cívka Rogowského?

Definice cívky Rogowského

Cívka Rogowského je elektrické zařízení, které měří střídavý proud (AC) a vysokorychlostní přechodné nebo pulzní proudy.

Charakteristika cívky Rogowského

Cívka Rogowského je rovnoměrně zavinutá cívka s N počtem závitů a konstantním průřezem A. V cívce Rogowského není kovový jádro. Konec cívky je vrácen skrz střední osu cívky na druhý konec. Proto jsou oba terminály na stejném konci cívky.

Princip fungování

Cívky Rogowského fungují na základě Faradayova zákona, podobně jako transformátory střídavého proudu (CT). U CT je napětí vyvolané ve sekundární cívce úměrné proudu v vodiči. Rozdíl mezi cívkami Rogowského a transformátory střídavého proudu spočívá v jádru. U cívek Rogowského se používá vzdušné jádro, zatímco u transformátoru střídavého proudu se používá ocelové jádro.

Když proud prochází vodičem, vytvoří magnetické pole. Díky průniku tohoto magnetického pole dojde ke vyvolání napětí mezi terminály cívky Rogowského.

Velikost napětí je úměrná proudu procházejícímu vodičem. Cívky Rogowského jsou uzavřené smyčky. Obvykle je výstup cívky Rogowského připojen k integračnímu obvodu. Napětí na cívce je pak integrováno, aby poskytlo výstupní napětí, které je úměrné vstupnímu signálu proudu.

Integrační obvod cívky Rogowského

Podle použitých komponent existují dva typy integračních obvodů;

• Pasivní integrátor

• Aktivní integrátor

Pasivní integrátor

Pro velký výstupní rozsah cívek Rogowského působí sériový RC obvod jako integrátor. Hodnota přijatelné fázové chyby určuje hodnotu odporu (R) a kapacity (C).

Vztah mezi R a C a fázovou chybou lze odvodit z fázorového diagramu RC sítě. A je znázorněn na níže uvedeném obrázku.

V fázorovém diagramu,

VR a VC představují napěťový spád přes odpor a kondenzátor,

IT je síťový proud v síti,

V0 je výstupní napětí. Toto napětí je stejné jako napětí přes kondenzátor (VC),

VIN je vstupní napětí. Je to vektorový součet napěťového spádu přes odpor a kondenzátor.

Napěťový spád přes odpor je ve fázi a napěťový spád

přes kondenzátor bude zpožděn o 90˚ vzhledem k síťovému proudu.

Aktivní integrátor

RC obvod působí jako zeslabovač, snižující napětí přes kondenzátor. Při nízkých úrovních proudu může být výstupní napětí velmi nízké, v mikrovoltách (μV), což vytváří slabý signál pro Analog-Digitální Převodník (ADC).

Tento problém lze vyřešit použitím aktivního integrátoru. Schéma aktivního integrátoru je znázorněno na níže uvedeném obrázku.

Zde je RC prvek v zpětné cestě zesilovače. Zisk zesilovače lze upravit pomocí následující rovnice.

Výhody cívky Rogowského

• Může reagovat na rychle se měnící proudy.

• Neexistuje nebezpečí otevření sekundární cívky.

• Jako prostředí se používá vzduch bez magnetického jádra. To zabrání jakékoli riziko nasycení jádra.

• V této cívce je teplotní kompenzace jednoduchá.

Nevýhody cívky Rogowského

• Aby bylo možné získat průběh proudu, musí být výstup cívky vedena přes integrační obvod. Potřebuje zdroj napájení 3V až 24Vdc.

• Nemůže měřit stejnosměrný proud.