Cewka Rogowskiego to elastyczny przetwornik prądu z rdzeniem powietrznym, szeroko stosowany do pomiaru prądu przemiennego, prądu pulsacyjnego i szybkiego prądu przejściowego. W odróżnieniu od tradycyjnych przekładników prądowych zbudowanych na rdzeniach ferromagnetycznych, nie zawiera magnetycznego rdzenia żelaznego, co eliminuje efekt nasycenia i umożliwia pomiar niezwykle dużych wartości prądu. Jego unikalna konstrukcja i zasada działania sprawiają, że jest niezastąpiony w energoelektronice, testowaniu wysokiego napięcia i monitorowaniu mocy przemysłowej.
Fizycznie, A Cewka Rogowskiego składa się z ciągłego uzwojenia cienkiego drutu równomiernie owiniętego wokół niemagnetycznej rurowej formy. Uzwojenie tworzy zamkniętą pętlę otaczającą przewodnik przewodzący prąd docelowy. Jednym z kluczowych szczegółów konstrukcyjnych jest przewód powrotny biegnący z powrotem przez środek rury, aby wyeliminować niepożądane zakłócenia elektromagnetyczne pochodzące z zewnętrznych pól magnetycznych. Wyjście cewki nie jest bezpośrednią reprezentacją mierzonego prądu. Zamiast tego generuje napięcie proporcjonalne do szybkości zmian prądu przepływającego przez zamknięty przewodnik.
Teoria robocza opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya. Gdy prąd przemienny przepływa przez przewodnik centralny, wytwarza zmienne w czasie pole magnetyczne otaczające przewodnik. Ten strumień magnetyczny przenika przez uzwojenia cewki Rogowskiego. Prawo Faradaya stwierdza, że na zaciskach cewki pojawia się indukowana siła elektromotoryczna, zdefiniowana matematycznie jako (V = -M rac{di}{dt}). Tutaj M oznacza indukcyjność wzajemną cewki, a di/dt oznacza pochodną czasu mierzonego prądu. Oczywiście surowe napięcie cewki zależy od szybkości zmian prądu, a nie od wielkości samego prądu.
Ponieważ sygnał wyjściowy jest pochodną prądu pierwotnego, niezbędny jest zewnętrzny obwód kondycjonujący sygnał. Obwód integratora odbiera napięcie cewki i wykonuje całkowanie matematyczne. Po całkowaniu napięcie wyjściowe staje się wprost proporcjonalne do pierwotnie zmierzonego prądu. Integratory analogowe są powszechne w przypadku pomiarów w czasie rzeczywistym, natomiast integrację cyfrową można wdrożyć w mikroprocesorach w cyfrowych systemach akwizycji.
Konstrukcja z rdzeniem powietrznym zapewnia wyraźne korzyści. Bez materiału ferromagnetycznego nasycenie magnetyczne nigdy nie występuje, więc cewka może wychwytywać ogromne prądy udarowe bez zniekształceń. Zapewnia także doskonałą liniowość i szerokie pasmo, obejmujące sygnały przemienne o niskiej częstotliwości, aż do ultraszybkich wyładowań atmosferycznych lub stanów przejściowych przełączania. Tymczasem wersje z elastycznymi cewkami można owinąć wokół kabli bez odłączania obwodów, co umożliwia wygodną instalację na miejscu.
Cewki Rogowskiego mają jednak ograniczenia. Nie mogą dokładnie zmierzyć czystego prądu stałego, ponieważ stały prąd stały wytwarza niezmienne pole magnetyczne, które wytwarza zerowe napięcie indukowane. Ponadto cewka pozostaje wrażliwa na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne, jeśli standardy produkcyjne są nieodpowiednie. Do zachowania dokładności pomiaru wymagane jest odpowiednie ekranowanie i precyzyjna symetria uzwojeń.
Podsumowując, cewka Rogowskiego wykorzystuje indukcję elektromagnetyczną do wykrywania zmieniającego się prądu poprzez wykrywanie zmieniającego się strumienia magnetycznego. W połączeniu z integratorem przetwarza sygnał napięcia różnicowego na użyteczny odczyt prądu. Dzięki szerokiemu pasmu, właściwościom zapobiegającym nasyceniu i elastycznemu montażowi jest to nadal preferowane rozwiązanie do wykrywania prądu w nowoczesnych systemach zasilania.
