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Die Rogowski-Spule, benannt nach dem deutschen Physiker Walter Rogowski, ist ein Stromsensor zur Messung von Stromänderungen (di/dt). Sie wird typischerweise zur Messung von Wechselstrom (AC) eingesetzt, beispielsweise von schnellen Stromtransienten, gepulsten Strömen oder komplexen nicht-sinusförmigen Stromwellenformen. Zu den neuen Entwicklungen gehört die Integration von Transkonduktanzverstärkern mit 0-5A-Ausgang
In seiner einfachsten Form ein Rogowski-Spule ist eine gleichmäßig gewickelte Spule aus N Umdrehungen pro Meter auf einem nicht magnetischen Former mit konstanter Querschnittsfläche A. Der Wickeldraht wird entlang der Mittelachse des Formers zum Ausgangspunkt zurückgeführt und die beiden Enden werden normalerweise mit einem Kabel verbunden. Das freie Ende der Spule wird normalerweise so in eine Buchse neben dem Kabelanschluss eingesteckt, dass es ausgesteckt werden kann, sodass die Spule um den Leiter geschlungen werden kann, der den zu messenden Strom führt.
Ein Wechsel- oder Impulsstrom in einem Leiter erzeugt ein Magnetfeld und die Wechselwirkung dieses Magnetfelds mit der Rogowski-Spule in der Nähe des Felds führt zu einer induzierten Spannung in der Spule, die proportional zur Änderungsrate des gemessenen Stroms ist. Vorausgesetzt, die Spule bildet eine geschlossene Schleife ohne Diskontinuitäten, kann gezeigt werden, dass die Spannung E Die in der Spule induzierte Spannung ist proportional zur Änderungsrate des umschlossenen Stroms I gemäß der Beziehung E = H.dI/dt, Wobei H, die Spulenempfindlichkeit in (Vs/A), ist proportional zu NA.
Um eine Ausgangsspannung zu erhalten VOUT proportional zu I Es ist notwendig, die Spulenspannung zu integrieren E; daher wird ein elektronischer Integrator verwendet, um eine Bandbreite bis unter 1 Hz bereitzustellen.
Der Operationsverstärker-Integrator in seiner einfachsten Form mit einem Eingangswiderstand Rsh und Rückkopplungskondensator C hat einen AusgangVout = (1/CR)∫ Edt. Die Gesamtverstärkung des Wandlers ist daher gegeben durch Vout = RshI, Wobei Rsh = H/CR ist die Wandlerempfindlichkeit (V/A).
Die Beziehung Vout proportional zu I ist über die gesamte Wandlerbandbreite gültig. Die Bandbreite ist definiert als der Frequenzbereich von fL zu fH bei denen sinusförmige Ströme mit einer Genauigkeit von 3 dB von der angegebenen Empfindlichkeit gemessen werden können Rsh.
Bei niedrigen Frequenzen nimmt die Integratorverstärkung zu und wird theoretisch unendlich, wenn sich die Frequenz Null nähert. Dies würde zu inakzeptablem Gleichstromdrift und Niederfrequenzrauschen führen; daher muss die Integratorverstärkung bei niedrigen Frequenzen begrenzt werden. Diese Begrenzung wird erreicht, indem parallel zum Integrationskondensator ein Tiefpassfilter geschaltet wird. Der Tiefpassfilter legt die Niederfrequenzbandbreite fest fL, normalerweise ist dies weniger als 1 Hz.
Darüber hinaus gibt es aufgrund der verteilten Induktivität und Kapazität der Rogowski-Spule eine hohe Frequenzbandbreite fH (im Allgemeinen 1 MHz oder mehr), oberhalb derer die Messung gedämpft wird und eine erhebliche Phasenverzögerung auftritt. Die Bandbreite des elektronischen Integrators und die Länge des Kabels, das den Integrator mit der Spule verbindet, 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, genaue Stromwandler in verschiedenen Größen für einen ständig wachsenden Markt zu entwickeln.
Die Verwendung einer Rogowski-Spule zur Messung von Wechselströmen oder schnellen Übergangsströmen bietet gegenüber anderen Methoden der Strommessung viele Vorteile: