Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Устройство для измерения переменного тока
Device for measuring alternating current
Катушка Роговского, названная в честь Уолтера Роговского, – это электрическое устройство для измерения переменного тока (AC) или высокоскоростных импульсов тока. Она может состоять из спиральной катушки провода, где проводник с одного конца возвращается через центр катушки к другому концу, так что оба вывода находятся на одном конце катушки. Такой подход иногда называют встречно-намотанной катушкой Роговского. Другие конструкции используют полную тороидальную геометрию, которая имеет преимущество в том, что центральное возбуждение не вызывает стоячие волны в катушке. Вся конструкция затем оборачивается вокруг прямого проводника, ток которого необходимо измерить. В ней отсутствует металлический (железный) сердечник. Плотность обмотки, диаметр катушки и жесткость обмотки критически важны для обеспечения устойчивости к внешним полям и низкой чувствительности к положению измеряемого проводника. Поскольку напряжение, индуцируемое в катушке, пропорционально скорости изменения (производной) тока в проводнике, выход катушки Роговского обычно подключается к электрической (или электронной) интегральной схеме для получения выходного сигнала, пропорционального току. Для этой цели часто используются однокристальные процессоры сигналов со встроенными аналого-цифровыми преобразователями. Благодаря отсутствию железного сердечника, склонного к насыщению, катушка Роговского обладает высокой линейностью даже при воздействии больших токов, таких как те, что используются в передаче электроэнергии, сварке или импульсных силовых установках.
A Rogowski coil, named after Walter Rogowski, is an electrical device for measuring alternating current (AC) or high speed current pulses. It sometimes consists of a helical coil of wire with the lead from one end returning through the centre of the coil to the other end so that both terminals are at the same end of the coil. This approach is sometimes referred to as a counter wound Rogowski. Other approaches use a full toroid geometry that has the advantage of a central excitation not exciting standing waves in the coil. The whole assembly is then wrapped around the straight conductor whose current is to be measured. There is no metal (iron) core. The winding density, the diameter of the coil and the rigidity of the winding are critical for preserving immunity to external fields and low sensitivity to the positioning of the measured conductor. Since the voltage that is induced in the coil is proportional to the rate of change (derivative) of current in the straight conductor, the output of the Rogowski coil is usually connected to an electrical (or electronic) integrator circuit to provide an output signal that is proportional to the current. Single chip signal processors with built in analog to digital converters are often used for this purpose. Because it has no iron core to saturate, it is highly linear even when subjected to large currents, such as those used in electric power transmission, welding, or pulsed power applications.
Недостатки
Этот тип катушки также имеет некоторые недостатки по сравнению с другими типами трансформаторов тока. Выходной сигнал катушки должен быть обработан интегральной схемой для получения формы волны тока. Интегральная схема требует питания, обычно от 3 до 24 В постоянного тока, и многие коммерческие датчики получают его от батарей. Традиционные трансформаторы тока с разомкнутым сердечником не требуют интегральных схем. Интегратор вносит потери, поэтому катушка Роговски не реагирует на постоянный ток; как и обычный трансформатор тока (см. катушки с эффектом Неэля для измерения постоянного тока). Однако они способны измерять очень медленно изменяющиеся токи с частотными компонентами до 1 Гц и ниже.
This type of coil also has some disadvantages over other types of current transformers. The output of the coil must be passed through an integrator circuit to obtain the current waveform. The integrator circuit requires power, typically 3 to 24Vdc, and many commercial sensors obtain this from batteries. Traditional split core current transformers do not require integrator circuits. The integrator is lossy, so the Rogowski coil does not have a response down to DC; neither does a conventional current transformer (see Néel effect coils for DC). However, they can measure very slow changing currents with frequency components down to 1 Hz and less.
Приложения
Катушки Роговского используются для контроля тока в системах прецизионной сварки, дуговых печах или электромагнитных ускорителях. Они также применяются при испытаниях на короткое замыкание электрических генераторов и в качестве датчиков в системах защиты электроэнергетических установок. Еще одна область применения – измерение содержания гармонических составляющих тока благодаря их высокой линейности.
Rogowski coils are used for current monitoring in precision welding systems, arc melting furnaces, or electromagnetic launchers. They are also used in short circuit testing of electric generators and as sensors in protection systems of electrical plants. Another field of usage is the measurement of harmonic current content, due to their high linearity.
Подобные устройства
Устройство, аналогичное катушке Роговского, было описано Артуром Принсом Чаттоком из Бристольского университета в 1887 году. Чатток использовал его для измерения магнитных полей, а не токов. Окончательное описание было дано Уолтером Роговским и В. Штейнхаусом в 1912 году. В последнее время были разработаны недорогие датчики тока, основанные на принципе катушки Роговского. Эти датчики используют принципы катушки Роговского, измеряя скорость изменения тока с помощью трансформатора без магнитного сердечника. Отличие от традиционной катушки Роговского заключается в том, что датчик может быть изготовлен с использованием плоской катушки вместо тороидальной. Для подавления влияния проводников вне области измерения датчика, эти планарные датчики тока Роговского используют концентрическую геометрию катушки вместо тороидальной, чтобы ограничить чувствительность к внешним полям. Главное преимущество планарного датчика тока Роговского заключается в том, что необходимая для точности прецизионная намотка катушки может быть достигнута с помощью недорогого производства печатных плат.
A device similar to the Rogowski coil was described by Arthur Prince Chattock of Bristol University in 1887. Chattock used it to measure magnetic fields rather than currents. The definitive description was given by Walter Rogowski and W. Steinhaus in 1912. More recently, low cost current sensors based on the principle of a Rogowski coil have been developed. These sensors share the principles of a Rogowski coil, measuring the rate of change of current using a transformer with no magnetic core. The difference from the traditional Rogowski coil is that the sensor can be manufactured using a planar coil rather than a toroidal coil. In order to reject the influence of conductors outside the sensor's measurement region, these planar Rogowski current sensors use a concentric coil geometry instead of a toroidal geometry to limit the response to external fields. The main advantage of the planar Rogowski current sensor is that the coil winding precision that is a requirement for accuracy can be achieved using low cost printed circuit board manufacturing.