Ένα πηνίο Rogowski είναι ένας εύκαμπτος μετατροπέας ρεύματος με πυρήνα αέρα που χρησιμοποιείται ευρέως για τη μέτρηση εναλλασσόμενου ρεύματος, παλμικού ρεύματος και γρήγορου μεταβατικού ρεύματος. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς μετασχηματιστές ρεύματος που κατασκευάζονται γύρω από σιδηρομαγνητικούς πυρήνες, δεν περιέχει μαγνητικό πυρήνα σιδήρου, γεγονός που εξαλείφει τα φαινόμενα κορεσμού και επιτρέπει τη μέτρηση εξαιρετικά μεγάλων τιμών ρεύματος. Η μοναδική δομή και η αρχή λειτουργίας του το καθιστούν απαραίτητο σε ηλεκτρονικά ισχύος, δοκιμές υψηλής τάσης και παρακολούθηση βιομηχανικής ισχύος.
Σωματικά, α Το πηνίο Rogowski αποτελείται από μια συνεχή περιέλιξη λεπτού σύρματος ομοιόμορφα τυλιγμένο γύρω από έναν μη μαγνητικό σωληνοειδές διαμορφωτή. Η περιέλιξη σχηματίζει έναν κλειστό βρόχο που περιβάλλει τον αγωγό που μεταφέρει το ρεύμα στόχο. Μια κρίσιμη λεπτομέρεια σχεδιασμού είναι το σύρμα επιστροφής που διέρχεται από το κέντρο του σωλήνα για να ακυρώσει τις αδέσποτες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές από εξωτερικά μαγνητικά πεδία. Η έξοδος του πηνίου δεν είναι μια άμεση αναπαράσταση του μετρούμενου ρεύματος. Αντίθετα, παράγει μια τάση ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής του ρεύματος που διέρχεται από τον κλειστό αγωγό.
Η θεωρία εργασίας ακολουθεί τον νόμο του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Όταν το εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει μέσω του κεντρικού αγωγού, παράγει ένα χρονικά μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει τον αγωγό. Αυτή η μαγνητική ροή διαπερνά τις περιελίξεις του πηνίου Rogowski. Ο νόμος του Faraday δηλώνει ότι μια επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη εμφανίζεται στους ακροδέκτες του πηνίου, που ορίζεται μαθηματικά ως (V = -M rac{di}{dt}). Εδώ, το M σημαίνει την αμοιβαία επαγωγή του πηνίου και το di/dt αναφέρεται στη χρονική παράγωγο του μετρούμενου ρεύματος. Σαφώς, η ακατέργαστη τάση του πηνίου εξαρτάται από το πόσο γρήγορα αλλάζει το ρεύμα, παρά από το ίδιο το μέγεθος του ρεύματος.
Δεδομένου ότι το σήμα εξόδου είναι η παράγωγος του πρωτεύοντος ρεύματος, το κύκλωμα ρύθμισης του εξωτερικού σήματος είναι απαραίτητο. Ένα κύκλωμα ολοκληρωτή λαμβάνει την τάση του πηνίου και εκτελεί μαθηματική ολοκλήρωση. Μετά την ενσωμάτωση, η τάση εξόδου γίνεται ευθέως ανάλογη με το αρχικό μετρούμενο ρεύμα. Οι αναλογικοί ολοκληρωτές είναι συνηθισμένοι για μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο, ενώ η ψηφιακή ολοκλήρωση μπορεί να υλοποιηθεί σε μικροεπεξεργαστές για συστήματα ψηφιακής απόκτησης.
Η σχεδίαση με πυρήνα αέρα φέρνει ξεχωριστά πλεονεκτήματα. Χωρίς σιδηρομαγνητικό υλικό, ο μαγνητικός κορεσμός δεν συμβαίνει ποτέ, έτσι το πηνίο μπορεί να συλλάβει τεράστια ρεύματα υπέρτασης χωρίς παραμόρφωση. Παρέχει επίσης εξαιρετική γραμμικότητα και ευρύ εύρος ζώνης, καλύπτοντας εναλλασσόμενα σήματα χαμηλής συχνότητας έως εξαιρετικά γρήγορους κεραυνούς ή μεταβατικά σημεία μεταγωγής. Εν τω μεταξύ, οι εκδόσεις ευέλικτου πηνίου μπορούν να τυλιχτούν γύρω από τα καλώδια χωρίς να αποσυνδέονται τα κυκλώματα, επιτρέποντας εύκολη εγκατάσταση στο χώρο του ξενοδοχείου.
Ωστόσο, τα πηνία Rogowski έχουν περιορισμούς. Δεν μπορούν να μετρήσουν με ακρίβεια το καθαρό συνεχές ρεύμα, επειδή ένα σταθερό συνεχές ρεύμα δημιουργεί ένα αμετάβλητο μαγνητικό πεδίο που παράγει μηδενική επαγόμενη τάση. Επιπλέον, το πηνίο παραμένει ευαίσθητο στον εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο εάν τα πρότυπα κατασκευής είναι ανεπαρκή. Απαιτείται σωστή θωράκιση και ακριβής συμμετρία περιέλιξης για τη διατήρηση της ακρίβειας της μέτρησης.
Συνοπτικά, το πηνίο Rogowski βασίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή για να ανιχνεύσει το μεταβαλλόμενο ρεύμα ανιχνεύοντας μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή. Σε συνδυασμό με έναν ολοκληρωτή, μετατρέπει το σήμα διαφορικής τάσης σε ένδειξη χρησιμοποιήσιμου ρεύματος. Χάρη στο μεγάλο εύρος ζώνης, την ιδιότητα κατά του κορεσμού και την ευέλικτη συναρμολόγηση, εξακολουθεί να είναι η προτιμώμενη λύση ανίχνευσης ρεύματος για σύγχρονα συστήματα ισχύος.
