La bobina Rogowski es un dispositivo eléctrico
utilizado para medir corriente alterna (CA), así como transitorios de alta
velocidad y corrientes pulsadas o corrientes sinusoidales de alta frecuencia,
recibe su nombre del físico alemán Walter Rogowski.
En su forma más simple, una bobina de Rogowski es
una bobina devanada de forma uniforme de N
vueltas por metro en un núcleo no magnético de área transversal constante Am2. El hilo del bobinado regresa
al punto de partida a lo largo del eje central del primero y los dos extremos
se conectan normalmente a un cable. El extremo libre de la bobina normalmente
se inserta en un zócalo adyacente a la conexión del cable de manera que permite
desenchufarlo, lo que permite que la bobina se enrolle alrededor del conductor
que transporta la corriente a medir.
¿Cómo
funciona?
Una corriente alterna o pulsada en un conductor
desarrolla un campo magnético y la interacción de este campo magnético y la
bobina de Rogowski local al campo da lugar a un voltaje inducido dentro de la
bobina que es proporcional a la tasa de cambio de la corriente que se mide.
Siempre que la bobina constituya un circuito cerrado sin discontinuidades, se
puede demostrar que el voltaje E
inducido en la bobina es proporcional a la tasa de cambio de la corriente
encerrada I de acuerdo con la
relación E = μ0NA di/dt = H
di/dt, donde H es la sensibilidad de la bobina en (Vs / A) proporcional a NA .
Principio de funcionamiento del
transformador de corriente tipo Rogowski
Para obtener un voltaje de salida VOUT proporcional a I es necesario integrar el voltaje de la
bobina E; por lo tanto, se utiliza un
integrador electrónico para proporcionar un ancho de banda que se extiende por
debajo de 1 Hz.
El integrador del amplificador operacional, en su
forma más simple, consta de una resistencia de entrada R0 y un condensador de retroalimentación C1 con una salida Vout = (1 / C1R0)
∫ Edt = Rsh · I. Por
lo tanto, la ganancia general del transductor viene dada por Vout = Rsh· I,
donde Rsh = H/ C1R0;
siendo H (V/A) la sensibilidad
del transductor.
La relación Vout
proporcional a I es válida en todo el
ancho de banda del transductor. El ancho de banda se define como el rango de
frecuencias de fL a fH para el cual las
corrientes sinusoidales se pueden medir dentro de 3 dB de la sensibilidad
especificada Rsh.
A bajas frecuencias, la ganancia del integrador
aumenta y, en teoría, se volverá infinita a medida que la frecuencia se acerque
a cero. Esto daría como resultado una deriva de CC inaceptable y ruido de baja frecuencia; por lo tanto, la
ganancia del integrador debe limitarse a bajas frecuencias. Esta limitación se
logra colocando un filtro de paso bajo en paralelo con el condensador
integrador. El filtro de paso bajo establece el ancho de banda de baja
frecuencia fL, típicamente
esto es inferior a 1 Hz.
Respuesta de frecuencia de la bobina
Rogowski con el integrador
Además, debido a la inductancia distribuida y la
capacitancia de la bobina Rogowski, hay un ancho de banda de alta frecuencia fH (generalmente 1 MHz o
mayor) por encima del cual la medición se atenúa y se produce un retraso de
fase significativo. El ancho de banda del integrador electrónico y la longitud
del cable que conecta el integrador a la bobina también influyen en este
límite.
Sonda flexible de
corriente LFR (PEM Power Electronic Measurements)
El uso de una bobina Rogowski para medir CA o corrientes transitorias rápidas
tiene muchas ventajas sobre otros métodos de medición de corriente:
- Fácil de ajustar, el sensor de bobina Rogowski con clip es delgado, liviano, flexible y robusto.
- El tamaño de la bobina no depende de la magnitud de la corriente a medir.
- Bobinas lo suficientemente pequeñas como para caber entre las patas de un semiconductor TO-220;
- Bobinas de 20 m para colocar alrededor de una turbina eólica.
- No intrusivo (presenta el equivalente de solo unos pocos pH al circuito bajo prueba)
- Dispositivos de ancho de banda amplio con respuesta de frecuencia predecible, ideal para medir la calidad de la energía o monitorear formas de onda complejas.
- Intrínsecamente seguro: no hay peligro de un circuito abierto secundario.
- Aislamiento galvánico
- Excelente linealidad (las bobinas de Rogowski no tienen materiales magnéticos saturables)
- Capaz de soportar grandes corrientes de sobrecarga sin daños
- Inmune a las corrientes de CC: como resultado, puede medir pequeñas corrientes de CA en presencia de una gran componente de CC.
FUENTE:
Power Electronic
Measurements (PEM)
POSTS RELACIONADOS:
Los diversos tipos de
captadores de corriente
El efecto Hall y sus
aplicaciones
No hay comentarios:
Publicar un comentario