کویل روگوفسکی چگونه کار می کند؟

سیم پیچ Rogowski یک مبدل جریان منعطف با هسته هوا است که به طور گسترده برای اندازه گیری جریان متناوب، جریان پالسی و جریان گذرا سریع استفاده می شود. برخلاف ترانسفورماتورهای جریان سنتی که در اطراف هسته‌های فرومغناطیسی ساخته می‌شوند، فاقد هسته آهنی مغناطیسی است که اثرات اشباع را حذف می‌کند و امکان اندازه‌گیری مقادیر بسیار زیاد جریان را فراهم می‌کند. ساختار منحصر به فرد و اصل عملکرد آن، آن را در الکترونیک قدرت، تست ولتاژ بالا و نظارت بر توان صنعتی ضروری می کند.

از نظر فیزیکی، الف سیم پیچ روگوفسکی از یک سیم پیچ پیوسته از سیم ریز تشکیل شده است که به طور مساوی در اطراف یک لوله شکل غیر مغناطیسی پیچیده شده است. سیم پیچ یک حلقه بسته تشکیل می دهد که هادی حامل جریان هدف را احاطه می کند. یکی از جزئیات مهم طراحی، سیم برگشتی است که از مرکز لوله عبور می کند تا تداخل الکترومغناطیسی سرگردان ناشی از میدان های مغناطیسی خارجی را لغو کند. خروجی سیم پیچ نمایش مستقیم جریان اندازه گیری شده نیست. در عوض، ولتاژی متناسب با نرخ تغییر جریان عبوری از هادی محصور تولید می کند.

تئوری کار از قانون القای الکترومغناطیسی فارادی پیروی می کند. هنگامی که جریان متناوب از طریق هادی مرکزی جریان می یابد، یک میدان مغناطیسی متغیر با زمان در اطراف هادی ایجاد می کند. این شار مغناطیسی به سیم پیچ های سیم پیچ روگوفسکی نفوذ می کند. قانون فارادی بیان می‌کند که یک نیروی الکتروموتور القایی در سرتاسر پایانه‌های سیم‌پیچ ظاهر می‌شود که از نظر ریاضی به صورت (V = -M rac{di}{dt}) تعریف می‌شود. در اینجا M مخفف اندوکتانس متقابل سیم پیچ است و di/dt به مشتق زمانی جریان اندازه گیری شده اشاره دارد. واضح است که ولتاژ سیم پیچ خام به سرعت تغییر جریان بستگی دارد، نه به بزرگی خود جریان.

از آنجایی که سیگنال خروجی مشتق جریان اولیه است، مدار شرطی سازی سیگنال خارجی ضروری است. یک مدار یکپارچه کننده ولتاژ سیم پیچ را دریافت می کند و یکپارچه سازی ریاضی را انجام می دهد. پس از ادغام، ولتاژ خروجی به طور مستقیم با جریان اندازه‌گیری شده اولیه متناسب می‌شود. یکپارچه‌سازهای آنالوگ برای اندازه‌گیری‌های بلادرنگ رایج هستند، در حالی که یکپارچه‌سازی دیجیتال را می‌توان در ریزپردازنده‌ها برای سیستم‌های اکتساب دیجیتال پیاده‌سازی کرد.

طراحی هسته هوا مزایای مشخصی را به همراه دارد. بدون مواد فرومغناطیسی، اشباع مغناطیسی هرگز رخ نمی دهد، بنابراین سیم پیچ می تواند جریان های موج عظیم را بدون اعوجاج جذب کند. همچنین خطی عالی و پهنای باند وسیع را ارائه می‌کند و سیگنال‌های متناوب فرکانس پایین را تا رعد و برق فوق‌سریع یا سوئیچینگ‌های گذرا پوشش می‌دهد. در همین حال، نسخه‌های کویل انعطاف‌پذیر را می‌توان بدون قطع کردن مدارها به دور کابل‌ها پیچیده و نصب راحت در محل را ممکن می‌سازد.

با این حال، کویل های Rogowski دارای محدودیت هایی هستند. آنها نمی توانند جریان مستقیم خالص را با دقت اندازه گیری کنند، زیرا یک جریان DC ثابت یک میدان مغناطیسی بدون تغییر ایجاد می کند که ولتاژ القایی صفر تولید می کند. علاوه بر این، سیم پیچ به نویز الکترومغناطیسی خارجی در صورت ضعیف بودن استانداردهای تولید، حساس باقی می ماند. محافظ مناسب و تقارن سیم پیچ دقیق برای حفظ دقت اندازه گیری مورد نیاز است.