UK Office:
US-Büro:
Die nach dem deutschen Physiker Walter Rogowski benannte Rogowski-Spule ist ein elektrisches Strommessgerät, das die Änderungsrate (di/dt) misst. Sie wird typischerweise zur Messung von Wechselstrom (AC) eingesetzt, beispielsweise von schnellen Stromtransienten, gepulsten Strömen oder komplexen, nicht-sinusförmigen Stromverläufen. Zu den Weiterentwicklungen der Rogowski-Spule gehört die Integration eines Transkonduktanzverstärkers, um einen Ausgangsstrom von 0–5 A zu erzielen und damit herkömmliche Stromwandler nachzubilden.
Eine Rogowski-Spule ist in ihrer einfachsten Form eine gleichmäßig gewickelte Spule mit N Windungen pro Meter auf einem nichtmagnetischen Spulenkörper mit konstanter Querschnittsfläche A. Der Wickeldraht wird entlang der Mittelachse des Spulenkörpers zum Ausgangspunkt zurückgeführt, und die beiden Enden werden üblicherweise mit einem Kabel verbunden. Das freie Ende der Spule wird normalerweise in eine Buchse neben dem Kabelanschluss gesteckt, sodass es herausgezogen werden kann. Dadurch lässt sich die Spule um den Leiter legen, der den zu messenden Strom führt.
Ein Wechsel- oder Impulsstrom in einem Leiter erzeugt ein Magnetfeld. Die Wechselwirkung dieses Magnetfelds mit der Rogowski-Spule in der Nähe des Feldes induziert eine Spannung in der Spule, die proportional zur Änderungsrate des gemessenen Stroms ist. Unter der Voraussetzung, dass die Spule eine geschlossene Schleife ohne Unterbrechungen bildet, lässt sich zeigen, dass die in der Spule induzierte Spannung E proportional zur Änderungsrate des eingeschlossenen Stroms I gemäß der Beziehung E = H · dI/dt ist , wobei H , die Spulenempfindlichkeit in Vs/A, proportional zu NA ist.
Um eine Ausgangsspannung Vout proportional zu I zu erhalten , ist es notwendig, die Spulenspannung E zu integrieren ; daher wird ein elektronischer Integrator verwendet, um eine Bandbreite bis unter 1 Hz zu erreichen.
Der Operationsverstärker-Integrator hat in seiner einfachsten Form mit einem Eingangswiderstand R <sub>sh</sub> und einem Rückkopplungskondensator C eine Ausgangsspannung V<sub>out</sub> = (1/CR) ∫ Edt. Die Gesamtverstärkung des Wandlers ergibt sich daher zu V<sub> out</sub> = R<sub>sh</sub>I , wobei R<sub>sh</sub> = H/CR die Empfindlichkeit des Wandlers (V/A) ist.
Die Beziehung Vout proportional zu I gilt über die gesamte Bandbreite des Wandlers. Die Bandbreite ist definiert als der Frequenzbereich von fL bis fH , in dem sinusförmige Ströme mit einer Genauigkeit von 3 dB der spezifizierten Empfindlichkeit Rsh gemessen werden können.
Bei niedrigen Frequenzen steigt die Verstärkung des Integrators und strebt theoretisch gegen unendlich, wenn die Frequenz gegen null geht. Dies würde zu unzulässiger Gleichstromdrift und niederfrequentem Rauschen führen; daher muss die Verstärkung des Integrators bei niedrigen Frequenzen begrenzt werden. Diese Begrenzung wird durch einen Tiefpassfilter parallel zum Integrationskondensator erreicht. Der Tiefpassfilter legt die Bandbreite fL im unteren Frequenzbereich fest ; typischerweise beträgt diese weniger als 1 Hz.
Aufgrund der verteilten Induktivität und Kapazität der Rogowski-Spule existiert eine hohe Frequenzbandbreite fH (üblicherweise 1 MHz oder höher), oberhalb derer die Messung gedämpft wird und eine signifikante Phasenverzögerung auftritt. Die Bandbreite des elektronischen Integrators und die Kabellänge zwischen Integrator und Spule beeinflussen diese Grenze ebenfalls.
Powertek hat über viele Jahre mathematische Modelle der Rogowski-Spule, des Kabels und des Integrators entwickelt, die es uns ermöglichen, zuverlässige und genaue Stromwandler in verschiedenen Größen für einen stetig wachsenden Markt zu entwickeln.
Die Verwendung einer Rogowski-Spule zur Messung von Wechselstrom oder schnellen transienten Strömen bietet Vorteile gegenüber anderen Strommessmethoden: