Wat is een Rogowski Coil?

Wat is een Rogowski Spoel?

Definitie van Rogowski Spoel

Een Rogowski spoel wordt gedefinieerd als een elektrisch apparaat dat wisselstroom (AC) en hoge snelheids transiënte of gepulste stromen meet.

Kenmerken van Rogowski Spoel

Een Rogowski spoel is een gelijkmatig gewonden spoel met N aantal windingen en constante doorsnede A. Er zit geen metalen kern in een Rogowski spoel. Het eindterminal van de spoel wordt via de centrale as van de spoel teruggevoerd naar het andere eind. Daarom bevinden zich beide terminals aan dezelfde kant van de spoel.

Werkingsprincipe

Rogowski spoelen werken op basis van Faradays wet, vergelijkbaar met AC stroomtransformatoren (CTs). Bij CT's is de in de secundaire spoel geïnduceerde spanning evenredig met de stroom in de geleider. Het verschil tussen Rogowski spoelen en AC stroomtransformatoren zit hem in de kern. Bij Rogowski spoelen wordt een luchtkern gebruikt, terwijl bij de stroomtransformator een staalkern wordt gebruikt.

Wanneer er stroom door de geleider loopt, creëert dit een magnetisch veld. Door de interactie met dit magnetische veld wordt er een spanning geïnduceerd tussen de terminals van de Rogowski spoel.

De grootte van de spanning is evenredig met de stroom die door de geleider loopt. Rogowski spoelen zijn gesloten paden. Over het algemeen wordt de uitgang van Rogowski spoelen verbonden met een integratorcircuit. De spanningsuitgang van de spoel wordt dan geïntegreerd om een uitgangsspanning te leveren die evenredig is met het ingangsstroomsignaal.

Integrator voor Rogowski Spoel

Afhankelijk van de componenten die in de integrator worden gebruikt, zijn er twee soorten integrators:

• Passieve Integrator

• Actieve Integrator

Passieve Integrator

Voor een grote uitgangsbereik van Rogowski spoelen fungeert de serie RC-schakeling als een integrator. De waarde van de acceptabele fasefout bepaalt de waarden van Weerstand (R) en Capaciteit (C).

Het verband tussen R en C en de fasefout kan worden afgeleid uit het fasor-diagram van het RC-netwerk. Dit is zoals weergegeven in de onderstaande figuur.

In het fasor-diagram,

VR en VC stellen de spanning over de weerstand en de condensator voor,

IT is de netstroom in het netwerk,

V0 is de uitgangsspanning. Deze spanning is hetzelfde als de spanning over de condensator (VC),

VIN is de ingangsspanning. Het is de vector som van de spanning over de weerstand en de condensator.

De spanning over de weerstand is in-fase en de spanning

over de condensator zal 90˚ achterlopen ten opzichte van de netstroom.

Actieve Integrator

De RC-schakeling werkt als een demper, waardoor de spanning over de condensator wordt verlaagd. Bij lage stroomniveaus kan de uitgangsspanning zeer laag zijn, in microvolt (μV), wat een zwak signaal oplevert voor de Analog-to-Digital Converter (ADC).

Dit probleem kan worden opgelost door een actieve integrator te gebruiken. Het circuit van een actieve integrator is zoals weergegeven in de onderstaande figuur.

Hier bevindt zich het RC-element in de feedbackpad van een Versterker. De gain van de versterker kan worden aangepast met behulp van de volgende vergelijking.

Voordelen van Rogowski Spoel

• Het kan reageren op snel veranderende stromen.

• Er is geen gevaar van opening van de secundaire spoel.

• Lucht wordt gebruikt als medium, zonder magnetische kern. Dit voorkomt elk risico op kernverzadiging.

• Temperatuurcompensatie is eenvoudig in deze spoel.

Nadelen van Rogowski Spoel

• Om het stroompatroon te verkrijgen, moet de uitgang van de spoel door een integratorcircuit worden geleid. Het heeft een voedingsspanning nodig van 3V tot 24Vdc.

• Het kan geen DC-stroom meten.