ロゴウスキーコイルはどのように機能しますか?

ロゴスキー コイルは、交流、パルス電流、高速過渡電流の測定に広く使用されている柔軟な空芯電流トランスデューサーです。強磁性コアを中心に構築された従来の変流器とは異なり、磁性鉄心が含まれていないため、飽和の影響が排除され、非常に大きな電流値の測定が可能になります。その独自の構造と動作原理により、パワー エレクトロニクス、高電圧試験、産業用電力監視に不可欠なものとなっています。

物理的には、 ロゴスキー コイルは 、非磁性の管状フォーマーの周りに均一に巻き付けられた細いワイヤーの連続巻線で構成されています。巻線は、ターゲット電流を運ぶ導体を取り囲む閉ループを形成します。設計上の重要な詳細の 1 つは、外部磁場からの漂遊電磁干渉をキャンセルするために、チューブの中心を通って戻るリターン ワイヤです。コイル出力は、測定された電流を直接表すものではありません。代わりに、囲まれた導体を通過する電流の変化率に比例した電圧を生成します。

実際の理論はファラデーの電磁誘導の法則に従います。交流が中心導体を流れると、導体の周囲に時間変化する磁場が生成されます。この磁束はロゴスキー コイルの巻線を貫通します。ファラデーの法則では、誘導起電力がコイル端子間に現れると述べており、数学的には (V = -M rac{di}{dt}) として定義されます。ここで、M はコイルの相互インダクタンスを表し、di/dt は測定された電流の時間導関数を指します。明らかに、生のコイル電圧は、電流そのものの大きさではなく、電流の変化の速さに依存します。

出力信号は一次電流から派生したものであるため、外部信号調整回路が不可欠です。積分回路はコイル電圧を受け取り、数学的積分を実行します。積分後、出力電圧は元の測定電流に正比例します。リアルタイム測定ではアナログ積分器が一般的ですが、デジタル収集システムではマイクロプロセッサ内にデジタル積分を実装できます。

空芯設計は明確な利点をもたらします。強磁性体がなければ磁気飽和が起こらないため、コイルは歪みなく巨大なサージ電流を捉えることができます。また、優れた直線性と広帯域幅を実現し、低周波数の交流信号から超高速の雷やスイッチング過渡現象までカバーします。一方、フレキシブル コイル バージョンは、回路を切断することなくケーブルに巻き付けることができるため、現場での設置が容易になります。

ただし、ロゴスキー コイルには制限があります。安定した DC 電流は変化しない磁界を生成し、誘導電圧がゼロになるため、純粋な直流電流を正確に測定することはできません。さらに、製造基準が劣悪な場合、コイルは外部電磁ノイズの影響を受けやすくなります。測定精度を維持するには、適切なシールドと正確な巻線の対称性が必要です。