Hva er en Rogowski-spenning?

Hva er en Rogowski-spiral?

Definisjon av Rogowski-spiral

En Rogowski-spiral er definert som et elektrisk enhet som måler vekselstrøm (AC) og høyhastighetsforløps- eller pulsjerte strømmer.

Egenskaper ved Rogowski-spiral

En Rogowski-spiral er en jevnt vindet spire med N antall vindinger og konstant tverrsnittsareal A. Det er ingen metallkjerne i en Rogowski-spiral. Slutten av spiren returneres gjennom sentralaksen til den andre enden. Derfor er begge terminaler på samme ende av spiren.

Arbeidsprinsipp

Rogowski-spiraler fungerer basert på Faradays lov, liknende AC-strømtransformatorer (CTs). I CTs er spenningsinduksjonen i sekundærspiren proporsjonal med strømmen i ledningen. Forskjellen mellom Rogowski-spiraler og AC-strømtransformatorer ligger i kernen. I Rogowski-spiraler brukes en luftkjerne, mens en stålkjerne brukes i strømtransformatorer.

Når strøm passerer gjennom ledningen, vil det skape et magnetfelt. På grunn av snittet med magnetfeltet, induceres et spenning mellom terminalene på Rogowski-spiralen.

Størrelsen på spenningen er proporsjonal med strømmen som passerer gjennom ledningen. Rogowski-spiraler er lukket baner. Generelt er utgangen fra Rogowski-spiraler koblet til en integrator-krets. Så spirens spenning blir integrert for å gi en utgående spenning som er proporsjonal med inngående strømsignal.

Integrator for Rogowski-spiral

Avhengig av komponenter brukt i integratoren, finnes det to typer integratorer;

• Passiv integrator

• Aktiv integrator

Passiv integrator

For et stort utdataområde for Rogowski-spiraler, virker serie RC-kretsen som en integrator. Verdien av akseptabel fasfeil bestemmer verdien av motstand (R) og kapasitans (C).

Forholdet mellom R og C og fasfeil kan utledes fra fasordiagrammet for RC-nettverket. Og det vises nedenfor.

I fasordiagrammet,

VR og VC representerer spenningsfall over motstanden og kapasitoren,

IT er nettstrømmen i nettverket,

V0 er utgående spenning. Denne spenningen er den samme som spenningen over kapasitoren (VC),

VIN er inngående spenning. Det er en vektorsum av spenningsfall over motstanden og kapasitoren.

Spenningsfall over motstanden er i fase, og spenningsfall over kapasitoren vil forsinkes med 90˚ i forhold til nettstrømmen.

Aktiv integrator

RC-kretsen virker som en dempere, reduserer spenningen over kapasitoren. Ved lave strømnivåer kan utgående spenning være svært lav, i mikrovolt (μV), som skaper et svakt signal for Analog til Digital Konverter (ADC).

Dette problemet kan løses ved å bruke en aktiv integrator. Kretsen for en aktiv integrator vises nedenfor.

Her er RC-elementet i en tilbakemeldingsbane til en forsterker. Forstyrkningen av forsterkeren kan justeres ved hjelp av følgende ligning.

Fordeler med Rogowski-spiral

• Den kan reagere på raskt foranderlig strøm.

• Det er ingen fare for at sekundærspire åpnes.

• Luft brukes som medium, uten magnetkjerne. Dette unngår risiko for kjernemetning.

• Temperaturkompensasjon er enkel i denne spire.

Ulemper med Rogowski-spiral

• For å få strømforma, må utgangen fra spire passere gjennom en integrator-krets. Det trengs en strømforsyning på 3V til 24Vdc.

• Den kan ikke måle DC-strøm.