羅氏線圈(Rogowski Coil),全稱羅哥夫斯基線圈、或羅柯夫斯基線圈,由于羅氏線圈不含鐵芯,也稱空心線圈。
羅氏線圈是一個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號(hào)是電流對(duì)時(shí)間的微分。通過(guò)一個(gè)對(duì)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行積分的電路,就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時(shí)測(cè)量、響應(yīng)速度快、不會(huì)飽和的特點(diǎn),適用交流尤其是高頻大電流測(cè)量。
羅氏線圈(Rogowski Coil),全稱羅哥夫斯基線圈、或羅柯夫斯基線圈,由于羅氏線圈不含鐵芯,也稱空心線圈。
羅氏線圈是一個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈。輸出信號(hào)是電流對(duì)時(shí)間的微分。通過(guò)一個(gè)對(duì)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行積分的電路,就可以真實(shí)還原輸入電流。該線圈具有電流可實(shí)時(shí)測(cè)量、響應(yīng)速度快、不會(huì)飽和的特點(diǎn),適用交流尤其是高頻大電流測(cè)量。
羅氏線圈是一種空心環(huán)形的線圈,包括線圈和骨架兩個(gè)部分,骨架有柔性和硬性兩種,柔性骨架的羅氏線圈也稱柔性探頭。羅氏線圈可以直接套在被測(cè)量的導(dǎo)體上來(lái)測(cè)量交流電流。其設(shè)計(jì)基本原理如圖:
羅氏線圈測(cè)量電流的理論依據(jù)是法拉第電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律,當(dāng)被測(cè)電流沿軸線通過(guò)羅氏線圈中心時(shí),在環(huán)形繞組所包圍的體積內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)變化的磁場(chǎng),強(qiáng)度為H,由安培環(huán)路定律得:
∮H·dl=I(t)
由B=μH,e(t)=dΦ/dt,Ф=N∫B·dS,e(t)=M·di/dt,得:
其截面為矩形時(shí),互感系數(shù)M和自感系數(shù)L分別為:
M=μ0Nhln(b/a)/2π
L=μ0N^2hln(b/a)/2π
上式中,H為線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度,B為線圈內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度,μ0為真空磁導(dǎo)率,N為線圈匝數(shù),e(t)為線圈兩端的感應(yīng)電壓,a, b分別為線圈橫截面的內(nèi)外徑,h為截面高度。
由此可見(jiàn),線圈一定時(shí),M為定值,線圈的輸出電壓與di/dt成正比。也就是說(shuō),羅氏線圈的輸出電壓與被測(cè)電流的微分成正比,只要將其輸出經(jīng)過(guò)的積分器,即可得到與一次電流成正比的輸出電壓。
根據(jù)電磁感應(yīng)定律及安培環(huán)路定理,羅氏線圈輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與一次電流變化率成正比。也就是其輸出電壓與電流的微分成正比,因此,采用微分的逆運(yùn)算——積分可以將輸出還原為與輸入一次電流成正比的電壓信號(hào),通過(guò)測(cè)量該信號(hào),可以更加直接的反映一次電流。
除了固定且已知頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦波之外,測(cè)量時(shí),羅哥夫斯基線圈需要與積分器配套使用。由于羅哥夫斯基線圈通常用于測(cè)量高頻電流或大電流,測(cè)量環(huán)境具有較大的電磁干擾,應(yīng)特別注意干擾對(duì)測(cè)量的影響。
為了減小干擾的影響,優(yōu)先選用數(shù)字量輸出的積分器。數(shù)字量輸出積分器在積分器內(nèi)部即完成了線圈輸出電壓信號(hào)的積分及AD采樣,并將AD采樣結(jié)果以光纖為介質(zhì)上傳至二次儀表或上位機(jī)??梢杂行П苊鈧鬏斶^(guò)程中的損耗及干擾。使用時(shí)注意積分器與羅哥夫斯基線圈的模擬量連線盡可能短,并盡量采用屏蔽線。
湖南銀河電氣有限公司研制的DT系列數(shù)字變送器內(nèi)置積分器,可與羅氏線圈及WP4000變頻功率分析儀配套測(cè)量各種頻率的交流電流信號(hào)。DT數(shù)字變送器也可直接用于量程范圍內(nèi)的各類變頻電量的測(cè)量,對(duì)于高電壓、大電流的變頻電量,可采用更大量程的SP系列變頻功率傳感器配合WP4000變頻功率分析儀進(jìn)行直接測(cè)量。