Co to jest cewka Rogowskiego?

Co to jest cewka Rogowskiego?

Definicja cewki Rogowskiego

Cewka Rogowskiego to urządzenie elektryczne służące do pomiaru prądu przemiennego (AC) oraz szybkich przejściowych lub impulsowych prądów.

Charakterystyka cewki Rogowskiego

Cewka Rogowskiego to równomiernie nawinięta cewka z N obrotami i stałą przekrojem A. W cewce Rogowskiego nie ma metalowego rdzenia. Koniec cewki jest prowadzony przez oś centralną cewki do drugiego końca. Dlatego oba końce znajdują się na tym samym końcu cewki.

Zasada działania

Cewki Rogowskiego działają na podstawie prawa Faradaya, podobnie jak transformatory prądowe (CTs). W CTs napięcie indukowane w drugiej cewce jest proporcjonalne do prądu w przewodniku. Różnica między cewkami Rogowskiego a transformatorami prądowymi polega na rdzeniu. W cewkach Rogowskiego używa się rdzenia powietrznego, a w transformatorze prądowym rdzeń stalowy.

Gdy prąd przepływa przez przewodnik, tworzy pole magnetyczne. W wyniku przecięcia pola magnetycznego, napięcie jest indukowane między końcami cewki Rogowskiego.

Wielkość napięcia jest proporcjonalna do prądu przepływającego przez przewodnik. Cewki Rogowskiego są zamknięte. Zazwyczaj wyjście cewek Rogowskiego jest połączone z obwodem integracyjnym. Następnie napięcie cewki jest zintegrowane, aby dostarczyć napięcie wyjściowe proporcjonalne do sygnału wejściowego prądu.

Integrator cewki Rogowskiego

W zależności od użytych komponentów, istnieją dwa rodzaje integratorów;

• Pasywny Integrator

• Aktywny Integrator

Pasywny Integrator

Dla dużego zakresu wyjściowego cewek Rogowskiego, szereg RC działa jako integrator. Wartość dopuszczalnego błędu fazowego decyduje o wartości oporu (R) i pojemności (C).

Związek między R i C a błędem fazowym można wyprowadzić z diagramu fazowego sieci RC. Jest on przedstawiony na poniższym rysunku.

Na diagramie fazowym,

VR i VC reprezentują spadek napięcia na oporniku i kondensatorze,

IT to całkowity prąd w sieci,

V0 to napięcie wyjściowe. To napięcie jest takie samo jak napięcie na kondensatorze (VC),

VIN to napięcie wejściowe. Jest to suma wektorowa spadków napięcia na oporniku i kondensatorze.

Spadek napięcia na oporniku jest w fazie, a spadek napięcia na kondensatorze będzie opóźniony o 90˚ względem całkowitego prądu.

Aktywny Integrator

Obwód RC działa jako atenuator, redukując napięcie na kondensatorze. Przy niskich poziomach prądu, napięcie wyjściowe może być bardzo niskie, w mikrowoltach (μV), tworząc słaby sygnał dla konwertera analogowo-cyfrowego (ADC).

Ten problem można rozwiązać za pomocą aktywnego integratora. Układ aktywnego integratora jest przedstawiony na poniższym rysunku.

Tutaj, element RC znajduje się w ścieżce sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Wzmocnienie wzmacniacza można dostosować, używając poniższego równania.

Zalety cewki Rogowskiego

• Może reagować na szybko zmieniające się prądy.

• Nie ma ryzyka otwarcia drugiej cewki.

• Jako medium służy powietrze, bez rdzenia magnetycznego. Zapobiega to ryzyku nasycenia rdzenia.

• Kompensacja temperatury w tej cewce jest prosta.

Wady cewki Rogowskiego

• Aby uzyskać przebieg prądu, wyjście cewki musi być przeprowadzone przez obwód integracyjny. Wymaga on zasilania 3V do 24Vdc.

• Nie może mierzyć prądu stałego.