Rogowski线圈:它是什么?它是如何工作的?

2020年10月11日2020年4月22日通过mabetx官网

内容

什么是rogowski线圈

Rogowski线圈是什么?

罗格夫斯基线圈的定义是一种用于测量的电气设备交流电（ac）。它还用于测量高速瞬时脉冲电流或正弦电流。rogowski线圈名称以德国物理学沃尔特罗沃德基命名。

Rogowski线圈是具有n个匝数和恒定的横截面区域A的均匀伤口线圈。Rogowski线圈中没有金属芯。

线圈的端部端子通过线圈的中心轴线返回到另一端。因此，两个端子位于线圈的相同端。

整个装配围绕着载流导体，其当前我们需要衡量。

Rogowski线圈如何工作？

罗高斯基线圈的工作原理是法拉第定律。它类似于交流电电流互感器(CTs)。在电流互感器中电压在次级线圈中感应与电流成比例导体。

罗格夫斯基线圈和交流电流互感器的区别在于核心。在Rogowski线圈中，使用空芯，而在电流互感器中，使用钢芯。

当电流通过导体时，它将产生磁场。由于与磁场的交叉点，在Rogowski线圈的端子之间引入电压。

电压的大小与通过导体的电流成正比。罗高斯基线圈是近径的。一般来说，Rogowski线圈的输出与积分器电路。因此，线圈电压被集成，以提供与输入电流信号成比例的输出电压。

Rogowski线圈电流传感器

Rogowski线圈电流传感器是首选，因为没有磁饱和，没有过热，或没有滞后损耗。因此，罗高斯基线圈的磁损耗非常低。它的插入量很低阻抗。

它能够感测流过导体的电流。因此，Rogowski线圈也可以用作电流传感器。

Rogowski线圈是缠绕在导体上的空气环形绕组。对于大电流，输出由于非磁芯而不会饱和。

它可以设计用于各种电流测量以及保护应用。Rogowski线圈传感器将输入电流转换为输出电压。并且它可以通过集成输出电压来感测流动导体的电流。

有两种类型的Rogowski线圈;刚性和灵活。

Rogowski线圈的设计

考虑距离原点“x”处的导电元素“dr”。载流导体被放置在线圈的中心。下图显示了一个典型的Rogowski线圈的排列。

rogowski线圈

按毕奥萨伐尔定律，距离X处的磁性强度由;

（1） ${i {Primary}}{2 \pi x} \end{equation*}$

点'DR'的磁通密度是

（2） $\ begin {arearation *} db = \ mu \ times dh \ neg {等式*}$

其中μ是自由空间的渗透性

由上述方程可知磁通量由于流过导体的电流所引起的密度是

（3） $begin{equation*} dB = \mu \times \frac{I_{Primary}}{2 \ x} end{equation*}$

磁通量为

（4） $\ begin {arearation *} \ phi = \ int_ {a} ^ {b} db \ times da \ end {equation *}$

其中da是元素'dr'的矩形横截面区域，也可用作

$\ [da = dr \ times h \]$

(5) $begin{equation*} \phi = int_{a}^{b} mu \times \frac{I_{Primary}}{2 \pi x} \times dr \times h \end{equation*}$

$\[μ\φ= \ \ * \压裂{I_{主要}}{2π\}\乘以h \ \ int_{一}^ {b} \压裂{1}{x} \]博士$

因此,总通量是

(6) $begin{equation*} \phi = mu \乘以frac{I_{Primary}}{2 \pi} \乘以h \乘以ln \frac{b}{a} \end{equation*}$

$\ [\ frac {d \ phi} {dt} = \ frac {\ mu \ time h} {2 \ pi} \ times \ ln \ frac {b} {a} \ times \ frac {di_ {mimary}} {dt} \]$

按伦敦法尔， N匝感应电压为

(7) $\begin{equation*} V = N \times \frac{d\phi}{dt} \end{equation*}$

(8) $\begin{equation*} V = N \times \frac{d\phi}{dt} \end{equation*}$

(9) $begin{equation*} V = N times \frac{\mu \ * h}{2 \pi} \ \ln \frac{b}{a} \times \frac{dI_{Primary}}{dt} \end{equation*}$

所以,互感（m）对于rogowski线圈是

(10) $begin{equation*} M = N * frac{mu * h}{2 * pi} * ln * frac{b}{a} * end{equation*}$

现在，假设正弦电流以振幅流过导体_m”,频率“f”。

因此，在rogowski线圈中引起的电压由

(11) $begin{equation*} V = M \times {d I_m \sin(2 \f t)}{dt} \end{equation*}$

(12) $\ begin {arearation *} v = m \ times 2 \ pi f \ time i_m \ times \ cos（2 \ pi f t）\ neg {arequation *}$

在时间t = 0，电压的大小最大。因此，给出峰值电压为;

(13) $\ begin {arearation *} v_ {峰值} = m \ times 2 \ pi f \ time i_m \ neg {arearation *}$

RMS值电压;

(14) $begin{equation*} V_{RMS} = M \ * 4.44 f \ * I_{RMS}\end{equation*}$

因此，感应电压与流过导体的均方根电流和电流的频率成正比。

Rogowski线圈积分器

理想的硬件集成商将引入90°相移。设计硬件时，存在实际限制。与理想结果90˚相比，相位误差导致相位误差。通过选择仔细组件，可以减少此错误。

根据集成商中使用的组件，有两种类型的积分器;

被动的积分器
积极积分者

被动的积分器

对于Rogowski线圈的大输出范围，系列RC电路充当积分器。可接受相位误差的值决定了值电阻（r）和电容(C)。

由RC网络的相量图可以推导出R、C与相位误差之间的关系。如下图所示。

被动的积分器电路 — 被动的积分器

在相量图中，
V._R.和V_C代表电阻器和电容器上的电压降，
一世_T.是网络中的净电流，
V._0.为输出电压。这个电压是相同的电压通过电容(V_C),
V._在输入电压是输入电压。它是电阻器和电容器上的电压降的矢量和。

电阻器上的电压降相对于净电流相对于净电流将滞后于电容器上的电压降。

V之间的相位角_在和V_0.是积分器输入和输出之间的相位差，这个角应该接近90˚。

实际的相角之间的偏差和理想相角是相位误差由ф表示。

如果我们在电阻上增加掉落（v_R.’)时，相位会减少。

R和C的值可以由下式估计。

$\tan(\phi) = \frac{X_c}{R}$

$X_c = \frac{1}{2 \pi f C}$

$\tan(\phi) = \frac{1}{2 \pi f C R}$

$RC = \frac{1}{2 \pi f \tan(\phi)}$

哪里，
Ф=目标相位误差
X_C=电容阻抗
r =抵抗
f =输入频率

在这个方程中，假设R或C的值，然后求出剩余元素的值。

积极积分者

RC电路作为一个衰减器和下降通过电容得到衰减。在低电流水平时，输出电压非常低，且以微伏(μV)为单位。它在输入时产生一个弱信号模拟数字转换器（ADC）。对于低电流的RC电路，发生此问题。

使用活动集成器可以解决此问题。有源积分器的电路如下图所示。

有源积分电路 — 积极积分者

这里，RC元素处于放大器的反馈路径。可以使用以下等式来调整放大器的增益。

$\ [增益= \ frac {vout_ {max} - vout_ {min}} {vin_ {max} - vin_ {min}} \]$

$增益= - \frac{R_F || X_C}{R_1}$

Rogowski线圈的优点

Rogowski线圈的优点包括：

它能对快速变化的水流做出反应。
线圈的第二端子返回到第一终端。它使一个开路线圈。因此，没有开口次级线圈的危险。
空气用作介质。没有使用磁芯。因此，核心饱和的难题没有问题。
在这种线圈中，温度补偿很简单。
为了保持输出电流常数，交流电流互感器（CT）需要增加大电流的次要转弯的数量。因此，对于等额定值，与传统的电流互感器相比，Rogowski线圈的尺寸小。
它有两种类型;既柔韧又坚固。

Rogowski线圈的缺点

Rogowski线圈的缺点包括：

为了获得电流波形，线圈的输出必须通过积分器电路。需要3V到24Vdc的电源。
它无法衡量直流电流。

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