Cuộn dây Rogowski là một bộ chuyển đổi dòng điện lõi không khí linh hoạt được sử dụng rộng rãi để đo dòng điện xoay chiều, dòng điện xung và dòng điện chuyển tiếp nhanh. Không giống như các máy biến dòng truyền thống được chế tạo xung quanh lõi sắt từ, nó không chứa lõi sắt từ, giúp loại bỏ hiệu ứng bão hòa và cho phép đo các giá trị dòng điện cực lớn. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động độc đáo của nó làm cho nó không thể thiếu trong điện tử công suất, thử nghiệm điện áp cao và giám sát nguồn điện công nghiệp.
Về mặt vật lý, một Cuộn dây Rogowski bao gồm một cuộn dây mảnh liên tục được quấn đều xung quanh một ống hình ống không có từ tính. Cuộn dây tạo thành một vòng khép kín bao quanh dây dẫn mang dòng điện mục tiêu. Một chi tiết thiết kế quan trọng là dây hồi tiếp chạy ngược qua tâm ống để triệt tiêu nhiễu điện từ tán xạ từ từ trường bên ngoài. Đầu ra của cuộn dây không phải là biểu diễn trực tiếp của dòng điện đo được. Thay vào đó, nó tạo ra một điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện đi qua dây dẫn kèm theo.
Lý thuyết làm việc tuân theo Định luật cảm ứng điện từ của Faraday. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua dây dẫn trung tâm, nó tạo ra một từ trường thay đổi theo thời gian bao quanh dây dẫn. Từ thông này xuyên qua cuộn dây của cuộn dây Rogowski. Định luật Faraday phát biểu rằng một suất điện động cảm ứng xuất hiện trên các cực của cuộn dây, được định nghĩa về mặt toán học là (V = -M rac{di}{dt}). Ở đây, M là hệ số tự cảm lẫn nhau của cuộn dây và di/dt là đạo hàm theo thời gian của dòng điện đo được. Rõ ràng, điện áp cuộn dây thô phụ thuộc vào tốc độ thay đổi của dòng điện chứ không phải là cường độ của dòng điện.
Vì tín hiệu đầu ra là đạo hàm của dòng điện sơ cấp nên mạch điều hòa tín hiệu bên ngoài là rất cần thiết. Mạch tích hợp nhận điện áp cuộn dây và thực hiện tích phân toán học. Sau khi tích hợp, điện áp đầu ra sẽ tỷ lệ thuận với dòng điện đo được ban đầu. Bộ tích hợp tương tự phổ biến cho các phép đo thời gian thực, trong khi tích hợp kỹ thuật số có thể được triển khai trong bộ vi xử lý cho các hệ thống thu thập kỹ thuật số.
Thiết kế lõi không khí mang lại những ưu điểm khác biệt. Nếu không có vật liệu sắt từ, bão hòa từ sẽ không bao giờ xảy ra, do đó cuộn dây có thể thu được dòng điện tăng đột biến mà không bị biến dạng. Nó cũng mang lại độ tuyến tính tuyệt vời và băng thông rộng, bao phủ các tín hiệu xen kẽ tần số thấp cho đến tín hiệu sét cực nhanh hoặc chuyển mạch chuyển mạch. Trong khi đó, phiên bản cuộn dây linh hoạt có thể được quấn quanh dây cáp mà không cần ngắt kết nối mạch, cho phép lắp đặt tại chỗ thuận tiện.
Tuy nhiên, cuộn dây Rogowski có những hạn chế. Họ không thể đo chính xác dòng điện một chiều thuần túy, vì dòng điện một chiều ổn định tạo ra từ trường không đổi tạo ra điện áp cảm ứng bằng không. Ngoài ra, cuộn dây vẫn nhạy cảm với nhiễu điện từ bên ngoài nếu tiêu chuẩn sản xuất kém. Cần có sự che chắn thích hợp và đối xứng cuộn dây chính xác để duy trì độ chính xác của phép đo.
Tóm lại, cuộn dây Rogowski dựa vào cảm ứng điện từ để cảm nhận dòng điện thay đổi bằng cách phát hiện từ thông thay đổi. Kết hợp với bộ tích hợp, nó chuyển đổi tín hiệu điện áp vi sai thành số đọc hiện tại có thể sử dụng được. Nhờ băng thông rộng, đặc tính chống bão hòa và khả năng lắp ráp linh hoạt, nó tiếp tục là giải pháp cảm biến dòng điện được ưa chuộng cho các hệ thống điện hiện đại.
