Was ist eine Rogowski-Spulenstromsonde?

Was ist eine Rogowski-Spulenstromsonde?

Wenn Sie mit mehr als ein paar zehn Ampere Wechselstrom arbeiten und flexible Strommessungen durchführen möchten, sollten Sie die Rogowski-Stromsonde in Betracht ziehen.

Eine Rogowski-Spule ist ein elektrischer Wandler, der zur Messung von Wechselstromströmen wie Hochgeschwindigkeitstransienten, gepulsten Strömen eines Leistungsgeräts oder sinusförmigen Netzströmen bei 50 oder 60 Hz verwendet wird. Die Rogowski-Spule verfügt über eine flexible Clip-Around-Sensorspule, die zur Messung leicht um den stromführenden Leiter gewickelt werden kann und bis zu ein paar tausend Ampere sehr großer Ströme messen kann, ohne die Wandlergröße zu erhöhen.

Wie funktioniert die Rogowski-Spule?

Die Funktionstheorie hinter der Rogowski-Spule basiert auf dem Faradayschen Gesetz, das besagt, dass die gesamte elektromotorische Kraft, die in einem geschlossenen Kreislauf induziert wird, proportional zur zeitlichen Änderungsrate des gesamten magnetischen Flusses ist, der den Kreislauf verbindet.

Die Rogowski-Spule ähnelt einem Wechselstromwandler insofern, als in eine Sekundärspule eine Spannung induziert wird, die proportional zum Stromfluss durch einen isolierten Leiter ist. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Rogowski-Spule im Gegensatz zum Stromwandler einen Luftkern hat, der auf einem hochpermeablen Stahlkern beruht, um magnetisch mit einer Sekundärwicklung zu koppeln. Das Luftkerndesign hat eine niedrigere Einfügeimpedanz, was eine schnellere Signalantwort und eine sehr lineare Signalspannung ermöglicht.

Eine Luftspule wird ringförmig um den stromführenden Leiter gelegt und das durch den Wechselstrom erzeugte Magnetfeld induziert eine Spannung in der Spule. Die Rogowski-Spule erzeugt eine Spannung, die proportional zur Änderungsrate (Ableitung) des von der Spulenschleife eingeschlossenen Stroms ist. Die Spulenspannung wird dann integriert, damit die Sonde eine Ausgangsspannung bereitstellt, die proportional zum Eingangsstromsignal ist.

Vorteile

Stromsonden mit Rogowski-Spule bieten viele Vorteile gegenüber verschiedenen Arten von Stromwandlern oder Messtechniken.

• Messung großer Ströme ohne Kernsättigung – Rogowski-Spulen können große Ströme (ein sehr breiter Bereich von einigen mA bis zu mehr als einigen hundert kA) messen, ohne den Kern zu sättigen, da die Sonde einen nichtmagnetischen „Luft“ -Kern verwendet. Der obere Bereich des messbaren Stroms wird entweder durch die maximale Eingangsspannung eines Messgeräts oder durch die Spannungsdurchbruchgrenzen der Spule oder der Integratorschaltungselemente begrenzt. Im Gegensatz zu anderen Stromwandlern, die mit zunehmendem messbaren Strombereich sperriger und schwerer werden, bleibt die Rogowski-Spule unabhängig von der gemessenen Stromamplitude dieselbe kleine Spule. Dies macht die Rogowski-Spule zum effektivsten Messwerkzeug für mehrere hundert oder sogar Tausende von Ampere großer Wechselstrommessungen.

• Sehr flexibel zu bedienen – Die leichte Clip-Around-Sensorspule ist flexibel und einfach um einen stromführenden Leiter zu wickeln. Es kann leicht in schwer zugängliche Komponenten in der Schaltung eingesetzt werden. Die meisten Rogowski-Spulen sind dünn genug, um zwischen die Schenkel eines T0-220- oder TO-247-Leistungshalbleiterpakets zu passen, ohne dass eine zusätzliche Drahtschleife zum Anschließen der Stromsonde erforderlich ist. Dies gibt auch einen Vorteil bei der Erzielung einer hohen Signalintegritätsmessung.
• Breite Bandbreite bis >30 MHz — Dadurch kann die Rogowski-Spule das sich sehr schnell ändernde Stromsignal messen – z.B. mehrere tausend A/usec. Die Charakteristik mit hoher Bandbreite ermöglicht die Analyse von Oberschwingungen hoher Ordnung in Systemen, die mit hohen Schaltfrequenzen arbeiten, oder die genaue Überwachung von Schaltwellenformen mit schnellen Anstiegs- oder Abfallzeiten.
• Nicht-intrusive oder verlustfreie messung — Die Rogowski spule zieht extrem wenig strom von der DUT wegen der niedrigen einfügen impedanz. Die Impedanz, die durch die Sonde in den Prüfling injiziert wird, beträgt nur wenige Pico-Henries, was eine schnellere Signalantwort und eine sehr lineare Signalspannung ermöglicht.
• Niedrige Kosten Im Vergleich zu einer Hall-Effekt-Sensor- / Transformator-Stromsonde ist die Rogowski-Spule typischerweise zu einem niedrigeren Preis erhältlich.

Einschränkungen

• Nur Wechselstrom — Rogowski kann keinen Gleichstrom verarbeiten. Es ist nur AC.
• Empfindlichkeit – Die Rogowski-Spule hat aufgrund des Fehlens eines hochpermeablen Magnetkerns eine geringere Empfindlichkeit als ein Stromwandler.

Anwendungen

Rogowski spule strom sonden haben eine große anzahl von anwendungen in breiten power branchen und power messung anwendungen. Im Folgenden sind einige Beispiele für Rogowski-Spule Anwendungen:

• Flexible strom messung von power geräte wie MOSFET oder IGBT gerät so klein wie TO-220 oder TO-247 paket oder um die terminals von große power module
• Zu messen power verluste in power halbleiter
• Zu monitor ströme in kleine induktivitäten, kondensatoren, snubber schaltungen, etc.
• Zur Messung von kleinem Wechselstrom an einem Leiter mit hohem Gleichstrom oder in Gegenwart eines hohen Gleichstrommagnetfeldes.
• Zur Messung von hochfrequenten sinusförmigen, gepulsten oder transienten Strömen von der Netzfrequenz bis zu HF-Anwendungen
• Zur Messung von Strömen in Motorantrieben und insbesondere zur Messung der Stromqualität in VSD-, USV- oder SMPS-Schaltungen
• Zur Bewertung der Schaltleistung von Leistungshalbleiterschaltern (Doppelpulstester).
• Stromverteilungsleitungsüberwachung oder Versorgungsmastsondenüberwachung
• Smart Grid-Anwendungen
• Plasmastrommessung

Fazit

Es gibt eine Reihe verschiedener Methoden zur Messung des elektrischen Stroms, bei denen jede Methode Vorteile und Einschränkungen aufweist.

Die Rogowski-Spule ähnelt einem Wechselstromwandler insofern, als in eine Sekundärspule eine Spannung induziert wird, die proportional zum Stromfluss durch einen isolierten Leiter ist. Rogowski-Spulen können jedoch aufgrund ihres nichtmagnetischen „Luft“ -Kerns große Ströme (sehr großer Bereich von einigen mA bis zu mehr als einigen kA) ohne Sättigung messen. Das Luftkerndesign hat auch eine niedrigere Einfügeimpedanz, um eine schnellere Signalantwort und eine sehr lineare Signalspannung zu ermöglichen, und ist im Vergleich zu seinem Hall-Effekt-Sensor / Stromwandler-Gegenstück sehr kostengünstig. Dies macht die Rogowski spule die effektivste messung werkzeug zu machen mehrere hunderte oder tausende von ampere von großen AC strom messung.