Rogowski Coil:它是什么?它是如何工作的?(电流传感器)| electric 4betway网页版u - betway网页版,betway必威体育精装版,必威亚洲体育

内容

Rogowski线圈是什么?

Rogowski线圈被定义为一种用于测量的电气设备交流电(交流)。它还可用于测量高速瞬态、脉冲电流或正弦电流。Rogowski线圈是以德国物理学家Walter Rogowski命名的。

一个Rogowski线圈是一个均匀受伤的线圈，有N个转弯数和恒定的横截面面积A。Rogowski线圈没有金属核心。

所述线圈的末端端子通过所述线圈的中心轴返回到另一端。因此，两个端子都在线圈的同一末端。

整个组件包裹着载流导体当前的我们需要衡量。

Rogowski线圈是如何工作的?

Rogowski线圈的工作原理是法拉第定律．它类似于AC电流互感器(CTs)。在电流互感器中电压二次线圈中感应到的电流与通过线圈的电流成正比导体．

Rogowski线圈和交流电流互感器的区别在于核心。在Rogowski线圈中，一个空气芯被使用，在电流互感器中，一个钢芯被使用。

电流通过导体时，就会产生磁场。由于与磁场相交，在Rogowski线圈的两端之间产生了电压。

电压的大小与通过导体的电流成正比。Rogowski线圈是闭合路径。一般情况下，Rogowski线圈的输出连接在积分器电路．因此，线圈电压随后被集成以提供与输入电流信号成比例的输出电压。

Rogowski线圈电流传感器

Rogowski线圈电流传感器是首选，因为没有磁饱和，没有过热，或没有迟滞损耗。因此，Rogowski线圈的磁损耗非常低。它的插入率很低阻抗．

它能够感知流过导体的电流。因此，Rogowski线圈也可以作为电流传感器。

Rogowski线圈是一种缠绕在导体上的空心环形线圈。对于大电流，输出不饱和由于非磁芯。

它可以设计为广泛的电流测量以及保护应用。Rogowski线圈传感器将输入电流转换为输出电压。它可以通过对输出电压进行积分来感知流过导体的电流。

Rogowski线圈有两种类型;严格的和灵活的。

Rogowski线圈的设计

考虑在距离原点x处的导电元件dr。载流导体被放置在线圈的中心。下图显示了典型的Rogowski线圈的排列。

按毕奥萨伐尔定律，距离x处的磁强为;

（1) $dH = frac{I_{Primary}}{2 \pi x} \end{equation*}$

点“dr”处的磁通量密度为

(2） $dB = \mu \times dH \end{equation*}$

其中μ是自由空间的渗透率

由上式可知磁通通过导体的电流的密度为

(3） $dB = \mu \times \frac{I_{Primary}}{2 \pi x} \end{equation*}$

磁通量为

(4） $\begin{equation*} \phi = \int_{a}^{b} dB \times dA \end{equation*}$

其中dA是元素dr的矩形截面面积，它是

$dA = dr \times h$

（5) $\begin{equation*} \phi = \int_{a}^{b} \mu \times \frac{I_{Primary}}{2 \ x} \times dr \times h \end{equation*}$

$\[μ\φ= \ \ * \压裂{I_{主要}}{2π\}\乘以h \ \ int_{一}^ {b} \压裂{1}{x} \]博士$

因此,总通量是

(6） $\begin{equation*} \phi = \mu \times \frac{I_{Primary}}{2 \pi} \times h \times ln \frac{b}{a} \end{equation*}$

$\压裂{d \φ}{dt} = \压裂{\μ\ * h}{2π\}\ * \ ln \压裂{b}{} \ * \压裂{dI_{主要}}{dt}$

按楞次定律，由N匝引起的电压为

（7) $V = N \times \frac{d\phi}{dt} \end{equation*}$

(8） $V = N \times \frac{d\phi}{dt} \end{equation*}$

(9） $\{方程*}开始V = N \ * \压裂{\μ\ * h}{2π\}\ * \ ln \压裂{b}{} \ * \压裂{dI_{主要}}{dt} \{方程*}结束$

所以,互感(M)为Rogowski线圈

(10）

现在，假设正弦电流以振幅I流过导体_米”,频率“f”。

所以，在Rogowski线圈中感应的电压是

（11） $if (V = M) times (frac) {d I_m \sin(2 \f t)}{dt} \end ()$

（12）

当t=0时，电压幅值最大。故峰值电压为;

(13） $var {Peak} = M \乘以2 \ f \乘以I_m \end{equation*}$

均方根值电压;

（14）

因此，感应电压与流过导体的均方根电流和电流频率成正比。

Rogowski线圈积分器

一个理想的硬件积分器应该引入90˚相移。在设计硬件时，存在实际限制。与理想的90˚相比，会产生相位误差。通过选择谨慎的组件，可以减少这个错误。

根据积分器中使用的元件，积分器有两种类型;

被动的积分器
活跃的积分器

被动的积分器

对于大输出范围的Rogowski线圈，串联RC电路起到积分器的作用。的值决定了可接受相位误差的值电阻(R)和电容(C)。

从RC网络的相量图可以推导出R和C与相位误差的关系。如下图所示。

在相量图中，
V_R和V_C表示通过电阻和电容的电压降，
我_T为网络中的净电流，
V₀为输出电压。这个电压与通过电容器的电压(V_C），
V_在为输入电压。它是通过电阻和电容的电压降的矢量和。

电阻上的电压降是同相的，电容上的电压降相对于净电流滞后90˚。

V之间的相位角_在和V₀即积分器输入和输出的相位差，这个角度应该接近90˚。

实际相角与理想相角的偏差为相位差，用ф表示。

如果我们增加电阻上的降(V_R’)，相位会减小。

R和C的值可以由下式估计。

$tan(\phi) = frac{X_c}{R}$

$X_c = \frac{1}{2 \f C}$

$tan(\phi) = frac{1}{2 \f C R}$

$RC = \frac{1}{2 \f \tan(\phi)}$

在那里,
Ф =目标相位误差
X_C=电容阻抗
R =阻力
f =输入频率

在这个方程中，假设R或C的值，然后求剩余元素的值。

活跃的积分器

RC电路充当衰减器，通过电容器的跌落得到衰减。在低电流水平时，输出电压非常低，以微伏(μV)为单位。它在输入处产生了一个不好的信号模拟数字转换器(ADC)。在低电流的RC电路中会出现这个问题。

这个问题可以通过使用有源积分器来解决。有源积分器的电路如下图所示。

在这里，RC元件在放大器的反馈路径中。放大器的增益可以用下面的公式来调节。

$增益= \压裂{VOUT_{马克斯}- VOUT_{分钟}}{VIN_{马克斯}- VIN_{分钟}}$

$增益= - \frac{R_F || X_C}{R_1}$

Rogowski线圈的优点

Rogowski线圈的优点包括:

它能对快速变化的电流做出反应。
线圈的第二端子正返回到第一端子。这就形成了一个开路线圈。所以，没有二次线圈打开的危险。
空气被用作媒介。没有使用磁芯。所以，核心不存在饱和的问题。
在这种线圈中，温度补偿是简单的。
为了保持输出电流不变，交流电流互感器在大电流时需要增加二次匝数。因此，在相同额定值下，Rogowski线圈的尺寸比传统电流互感器要小。
它有两种类型;既灵活又刚性。

Rogowski线圈的缺点

Rogowski线圈的缺点包括:

为了获得电流波形，线圈的输出必须经过积分器电路。需要3V到24Vdc的电源。
它不能测量直流电流．