Rogowski spole

Den Rogowski spole er en toroideformet luft kerne spole , hvilket betyder at den ikke har en ferromagnetisk kerne. Den tjener blandt andet som en komponent i elektriske måleinstrumenter til måling af vekselstrøm .

Grundideen til dens struktur, der bruger spændinger, der fremkaldes af skiftevis strøm i koncentrisk omgivende spoler, kom fra Arthur Prince Chattock i 1887. Navnet har været kendt siden Walter Rogowski (1881–1947) blev offentliggjort som "Rogowski-spole" eller "Rogowski nuværende transformer".

Generel

Opbygning af en Rogowski-spole med en strømførende leder

Rogowski-spolen består af en ledningstråd, der vikles så jævnt som muligt omkring et solidt legeme lavet af et ikke-ledende og ikke- ferromagnetisk materiale (luftkernspole). Ledningstråden til spolen vikles rundt om hele ringen af ​​spolelegemet, så begge forbindelser er ved siden af ​​hinanden. På billedet modsat blev spolen realiseret som en åben cirkelbue for at undgå trådning af linjen, der skal måles. Den anden forbindelse af spolen er magnetisk neutral i den anden ende.

For at måle en strøm i ₁ i en leder placeres Rogowski-spolen omkring den strømførende leder - for eksempel en kabelkerne eller en samleskinne . Den vekslende strøm gennem lederen frembringer et variabelt magnetfelt, som inducerer en spænding u ₂ i Rogowski spole .

Spændingen måles med en høj modstand, så strømmen i Rogowski-spolen er næsten nul. Følgende forhold gælder under denne betingelse:

${\ displaystyle u_ {2} = M \ cdot {\ frac {\ mathrm {d} i_ {1}} {\ mathrm {d} t}} = M \ cdot i_ {1} ^ {\ prime} (t) }$

Den gensidige induktans M for Rogowski-spolen kan beregnes som følger:

${\ displaystyle M = {\ frac {\ mu _ {0} \ cdot N \ cdot A} {l _ {\ mathrm {m}}}}}$ 

hvor μ _{0 er} det magnetiske felt konstant , N er antallet af vindinger, A er tværsnitsarealet område af Rogowski spole og l _{m er} det gennemsnitlige felt linjelængde i ringen.

Da lederen nuværende i _{1 skal} måles, tidsintegralet af spændingen u ₂ må dannes spolen. En mængde proportional med den aktuelle i ₁ er således opnået . Tidsintegralet dannes på en analog måde med en integrator . I tilfælde af sinusformede strømme kan integration udelades - den målte spænding kan kalibreres i aktuelle enheder, da den kun fører med 90 ° fasevinkel.

Fordele og ulemper

En fordel ved Rogowski-spolen i forhold til andre aktuelle målemetoder er på den ene side konstruktionens robusthed. På den anden side kan den strøm, der skal måles, være i et bredt område, selv op til niveauet for den højest mulige strøm (kortslutningsstrøm) uden at beskadige senderen. Der er ingen ikke-lineære påvirkninger af en jernkerne. Der er ingen magnetisk indflydelse på lederen med Rogowski-spoler; Det er dog lavt selv med konventionelle strømtransformatorer med en jernkerne, da de drives i det sekundære kvasi-kortslutning.

Rogowski-spoler kan simpelthen sættes på og fjernes uden at skulle åbne kredsløbet, dvs. uden monteringsarbejde. De er fremstillet i mange forskellige størrelser, så en bred vifte af anvendelser er mulige, lige fra målinger direkte på komponenter på printkort til målinger på samleskinner eller maskindele (lejestrøm).

Rogowski-spoler fremstilles med forskellige følsomheder for strømme fra nogle få ampere op til et par 100  kA . Afhængigt af serien og følsomheden er de velegnede til målinger fra under 1  Hertz (Hz) til det tocifrede MHz-område. Stejle strømforøgelser, såsom dem, der forekommer i konvertere eller andre elektriske strømforsamlinger, kan let registreres. Rogowski-spoler er også velegnede til måling af harmoniske og anden højfrekvent interferens.

Ud over serier med direkte spændingsudgang er der også versioner med omformere til måling af den effektive værdi . Det betyder, at de f.eks. Kan tilsluttes direkte til 0–5 V eller 4–20 mA-indgangene på en programmerbar logisk controller .

I modsætning til strømtransformatorer forårsager høje kortslutningsstrømme, som f.eks. Inden for elektrisk kraftteknik , ikke høje kræfter og tab med Rogowski-spoler. Hystereseeffekter og permanent magnetisering elimineres , som de forekommer med Hall-sonder . I modsætning til nuværende transformatorer udgør Rogowski-spoler ikke en risiko for driftspersonalet og ødelægges ikke, hvis de ikke er tilsluttet.

Du har dog brug for ekstraudstyr såsom en forstærker og forstærkerens strømforsyning til at måle strømmen. Konventionelle strømtransformatorer på den anden side på grund af kernen, der bundter magnetfeltet (inden for rammerne af deres nominelle byrde ), kan levere betydelig effekt, der er tilstrækkelig til at betjene målemekanismer og overstrømsfrigivelsesenheder direkte.

En anden ulempe er placeringsafhængigheden af ​​målenøjagtigheden. For et ideal, d. H. homogen spole, er placeringen af ​​den lukkede leder irrelevant. I ægte Rogowski-spoler er der imidlertid inhomogeniteter (åbning for gevindskæring, varierende afstand mellem viklingerne), hvor magnetfeltet inducerer for meget eller for lidt strøm. Hvis lederen er i midterposition, annullerer fejlene hinanden med en ideel ringform på spolen, men afvigelser fra midten fører til fejl. Hvis lederen er tæt på åbningen under en måling, er den målte strøm lavere end den faktiske værdi. Hvis lederen befinder sig i et tættere viklet område, er den målte strøm større end den faktiske værdi.

I modsætning til nogle alternative målemetoder kan Rogowski-spolen ikke måle jævnstrøm.

I en undersøgelse foretaget af University of Twente på intelligente elmålere ('smarte målere') blev der fundet overdrevne måleresultater for enheder med en Rogowski-spole som måleelement. I undersøgelsen placeres de forkerte målinger i forbindelse med forbrugere med en ikke-sinusformet strømkurve. Sådanne forbrugere er for eksempel mange elektroniske enheder med en strømforsyning med tændt tilstand .

litteratur

• Dieter Kind, Kurt Feser: Højspændingstestteknologi . 5., revideret. og eksp. Udgave. Vieweg + Teubner, 1995, ISBN 3-528-43805-3 . 

Weblinks

Individuelle beviser

1. Rog W. Rogowski, W. Steinhaus: Måling af den magnetiske spænding . I: Arkiver for elektroteknik . bånd 1 , nr. 4 , april 1912, s. 141-150 , doi : 10.1007 / BF01656479 . 
2. ↑ Jens Haun: Målinger af ledningsevne på stærkt koblede kulstof- og zinkplasmaer . 2001 ( PDF - Afhandling, Fakultet for Fysik og Astronomi, Ruhr Universitet Bochum. - Indeholder en afledning af formlen). 
3. ↑ Elektroniske energi meter falske aflæsninger næsten seks gange højere end det faktiske energiforbrug. University of Twente, adgang til 6. marts 2017 .