Was ist eine Rogowski-Spule?
Was ist eine Rogowski-Spule?
Definition der Rogowski-Spule
Eine Rogowski-Spule ist ein elektrisches Gerät, das Wechselstrom (AC) und hochfrequente Transient- oder Pulsströme misst.
Eigenschaften der Rogowski-Spule
Eine Rogowski-Spule ist eine gleichmäßig gewickelte Spule mit N Windungen und konstantem Querschnittsflächen A. In einer Rogowski-Spule befindet sich kein Metallkern. Das Endterminal der Spule wird durch die zentrale Achse der Spule zu dem anderen Ende zurückgeführt. Daher sind beide Terminals am gleichen Ende der Spule.
Funktionsprinzip
Rogowski-Spulen arbeiten nach dem Faradayschen Induktionsgesetz, ähnlich wie AC-Stromtransformator (CT). Bei CTs ist die in der Sekundärspule induzierte Spannung proportional zum Strom im Leiter. Der Unterschied zwischen Rogowski-Spulen und AC-Stromtransformator liegt im Kern. Bei Rogowski-Spulen wird ein Luftkern verwendet, während bei Stromtransformator Stahlkerne verwendet werden.
Wenn Strom durch den Leiter fließt, entsteht ein Magnetfeld. Aufgrund der Durchdringung des Magnetfeldes wird eine Spannung zwischen den Terminals der Rogowski-Spule induziert.
Die Größe der Spannung ist proportional zum Strom, der durch den Leiter fließt. Rogowski-Spulen sind geschlossen. Im Allgemeinen wird der Ausgang der Rogowski-Spule mit einem Integratorkreis verbunden. Die Spulenspannung wird dann integriert, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die proportional zum Eingangsstromsignal ist.
Integrator für Rogowski-Spulen
Je nach den verwendeten Komponenten gibt es zwei Arten von Integratoren:
Passiver Integrator
Aktiver Integrator
Passiver Integrator
Für einen großen Ausgabebereich von Rogowski-Spulen wirkt der RC-Reihenschaltkreis als Integrator. Der Wert des akzeptablen Phasenfehlers bestimmt den Widerstand (R) und die Kapazität (C).
Die Beziehung zwischen R und C und dem Phasenfehler kann aus dem Phasendiagramm des RC-Netzwerks abgeleitet werden. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Im Phasendiagramm,
VR und VC stellen die Spannungsabfälle über dem Widerstand und Kondensator dar,
IT ist der Nettostrom im Netzwerk,
V0 ist die Ausgangsspannung. Diese Spannung entspricht der Spannung über dem Kondensator (VC),
VIN ist die Eingangsspannung. Sie ist die Vektorsumme der Spannungsabfälle über dem Widerstand und Kondensator.
Der Spannungsabfall über dem Widerstand ist in Phase, und der Spannungsabfall über dem Kondensator verschiebt sich um 90˚ bezogen auf den Nettostrom.
Aktiver Integrator
Der RC-Kreis wirkt als Dämpfer und verringert die Spannung über dem Kondensator. Bei niedrigen Strompegeln kann die Ausgangsspannung sehr gering sein, im Mikrovoltbereich (μV), was ein schwaches Signal für den Analog-Digital-Wandler (ADC) erzeugt.
Dieses Problem kann durch den Einsatz eines aktiven Integrators gelöst werden. Der Schaltkreis eines aktiven Integrators ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Hier befindet sich das RC-Element im Rückführpfad eines Verstärkers. Die Verstärkung des Verstärkers kann mit der folgenden Gleichung eingestellt werden.
Vorteile der Rogowski-Spule
Sie kann auf schnell veränderliche Ströme reagieren.
Es besteht keine Gefahr, dass der Sekundärkreis geöffnet wird.
Luft wird als Medium verwendet, ohne magnetischen Kern. Dies verhindert jedes Risiko einer Kernsättigung.
Die Temperaturkompensation ist in dieser Spule einfach.
Nachteile der Rogowski-Spule
Um das Stromprofil zu erhalten, muss der Ausgang der Spule durch einen Integratorkreis geleitet werden. Es benötigt eine Spannungsversorgung von 3V bis 24V DC.
Sie kann keinen Gleichstrom messen.
