Rogowski线圈最简单的形式是在恒定横截面积A的非磁性骨架上每米N圈均匀缠绕的线圈。绕组线沿着前者的中心轴返回到起始点并且两端通常连接到电缆。线圈的自由端通常采用插拔的方式插入与电缆连接相邻的三通插头中,从而使线圈能够环绕承载待测量电流的导体。
图一:罗氏线圈系统原理图
Rogowski线圈它是如何工作的?
导体中的交流或脉冲电流产生磁场,并且该磁场与Rogowski线圈的相互作用在线圈内产生感应电压,该感应电压与被测电流的变化率成比例。如果线圈构成没有不连续的闭环,则可以表明线圈中感应的电压E与环绕电流I的变化率成比例,根据关系E = H.dI / dt,其中H,(Vs / A)中的线圈灵敏度与NA成比例。
图二:罗氏线圈线圈部分
图三:线圈端头对接示意图
为了获得与电流 I 成比例的输出电压Vout,必须对线圈产生的电压 E 进行积分,最简单形式的运算放大器积分器具有输入电阻 Rsh 和反馈电容器 C,其输出 Vout =(1 / CR)∫ Edt。因此,总的增益由 Vout = RshI 给出,其中Rsh = H / CR 是转换灵敏度(V / A)。
图四:罗氏积分器产品原图
与电流 I 成比例的关系 Vout 在整个带宽中是线性的。带宽定义为从 fL 到 fH 的频率范围。在低频时,积分器增益增加,理论上随着频率接近零而变为无穷大。这将导致不可接受的直流漂移和低频噪声;因此,积分器增益必须限制在低频。通过将低通滤波器与积分电容并联来实现该限制。低通滤波器设置低频带宽fL,通常小于1Hz。
图五:罗氏线圈频率响应仿真图
此外,由于Rogowski线圈的分布电感和电容,存在高频带宽fH(通常为10MHz或更高),高于该频率带宽,测量被衰减并且发生显着的相位延迟。积分器的带宽和连接积分器与线圈的电缆长度也会影响这个限制。
使用Rogowski线圈测量交流或快速瞬态电流与其他电流测量方法相比具有许多优势:
l Rogowski线圈传感器易于改装,轻薄,灵活且坚固;
l 线圈长度尺寸和待测量电流大小无关;
l 线圈可以安装在半导体的腿脚之间;
l 长达20米的线圈甚至可以用于风力涡轮机;
l 非常宽的工作带宽和出色的线性度,非常适合电能质量检测或监测复杂波形;
l 使用安全 - 无开路二次危险;
l 多重电隔离使其非常安全;
l 非磁性材料的骨架使其没有磁饱和;
l 能够承受巨大的过载电流而不会被损坏;
l 免受直流偏置电流的影响 -它可以在大直流分量的情况下测量小的交流电流。