Rogowski bobini ile akım ölçümü

[mehmet080888]

Merhaba değerli forum üyeleri
Akademik çalışmam kapsamında yüksek değerdeki akımları (0-600A aralığında, 220 AC, yaklaşık 20 farklı iletkene ait)en düşük maliyet ile %1'e yakın bir doğruluk oranında ölçmem gerekiyor. Araştırmalar yaptığımda  klasik akım trafolu ölçüm sistemlerine göre ROGOWSKI bobinli sistemlerim özellikle maliyet noktasında çalışmam için uygun olduğu kanısına vardım.(Kıymetli üstatların fikirlerine de her zaman açığım.)
Ancak bu bobinin anladığım kadarıyla kullanması ve kalibre edilmesi baya zor gibi görünüyor.

Rogowski bobinlerinin veri dosyalarını incelediğimde 50mv/kA gibi değerler görüyorum.1000 amperde 50 mV gibi çok küçük bir gerilim oluşturuyor.
Benim ölçmeye çalıştığım iletkenler genellikle  150-200 A çivarımda bir değerde. Bu durumda 0.05mv gerilimi OPAMPLA yükseltip ADC yapıp mikro denetleyici ile             
amper değerini 1% hata oranını aşmadan ölçmeyi düşünüyorum.
Tam bu noktada OPAMP seçimi maliyet hassasiyet konularını dikkate alarak neler kullanacağıma karar veremedim.

Yüksek maliyetlere kaçmadan çalışma hassasiyeti olarak  hangi opampları tecih edebilirim veya bu 0.05mv gerilim düzeylerini en basit olarak nasıl akım değerlerini hesaplayabilirim ?
Önerileriniz benim için çok değerli.
Şimdiden teşekkür ediyorum...

[Erol YILMAZ]

Merhaba,

Rogowski coil in düşük gerilim çıkışı verdiğini duymuştum ama bu değer baya düşükmüş...
50.000 uV -> 1000A den
50 uV/A gibi bir değer çıkıyor...

Opamp çıkışını direkt ölçü aleti ile görmek istediğini varsayarsak,
Düşük ofsetli ve gürültülü bir opamp gerekliliği belli,
İlk aklıma gelen opamp AD8551/2 oldu.

Rogowski coil çıkışını katlamak için intrumentation amplifier'a ihtiyaç olabilir.
Bu durumda 3 opamplı bir yapı kurabilirsin.

İlgili uygulama notlarını da gözden geçirmek lazım..

Ek : https://www.ti.com/lit/ug/tiduby4a/tiduby4a.pdf
Active Integrator ile sinyali topluyorlar. Bu güzel bir başlangıç noktası...

[mehmet080888]

Merhaba Erol BEY,
Yorumunuz için teşekkür ederim.
 AD8551/2 opampları baya pahalı gibi görünüyor. Bunun yerine söylediğiniz gibi düşük bir offset ekleyip(offset için hassas referans nasıl verebilirim bu konuda bende net değil  ) çok hassas /pahalı olmayan bir opamlı devre kursam hata oranını %1-2 seviyelerinde tutarak ölçebilir miyim acaba.
Yönlendirmeleriniz benim için çok değerli.

[M.Salim GÜLLÜCE]

Rogowski Coil kullanan Fluke marka aletler 60A, 600A, 6000A gibi 3 ayrı kademede ölçüm yapabilme imkanı sunuyor.
50mV olduğu kanaatinde değilim.
Zira çok farklı bir mantıkla çalışıyorlar. Aslında bilinen nüveli akım trafolarına kıyasla ürettikleri bir gerilim war ve aynı şekilde bir şönt direnci de war.
Elimdekinin içini açtığımda fotoğraflayıp eklerim.
Çok büyük paralara satıldığı halde bobin tarafının tasarımı çok kötü olduğundan bobin açık devreye giriyor.

Gerçi anlattıklarım konunun dışına çıktı lakin bobini osilaskopa bağlayıp izlemeye kalktığımızda voltajdan ziyade pozitif yada negatif pik sinyaller görüyoruz elektronik devre olmadan.
İntegral alan devre ile ancak normal akım sinyalleri izlenebiliyor.
Flex Bobini sarabilirsen devre konusunda da yardımcı olmaya çalışırız.
Resimde gördüğün devrenin bobininde en az 6000 tur 10mm çapında tek kat sargı war.
Sargı tur sayısı üretilen gerilimde belirleyici olandır.

[M.Salim GÜLLÜCE]

Devre ve bobinini açıp bobini kopuk Arızalı olan probu açıp tamir ettim.
Bu bahaneylede açık göresiniz diye resimlerini çekip sizinle paylaştım.
Bobin omajı59 ohm ve bobin boyu 92 cm

OPamp OP162G 15Mhz Rail-to-Rail Opamp
OP162_262_462.pdf

Gerilim tersleyici 7660=LMC7660 Switched Capacitor Voltage Converter -5V inverter
lmc7660.pdf

3 Volttan 5 Volta 1675=MAX1675 StupUp DC DC Converter.
max1674-max1676.pdf

[mehmet080888]

M.Salim GÜLLÜCE BEY
Paylaştığınız kıymetli bilgileri iyice sindirmeye çalışacağım. Sanırım Erol bey ve sizin yönlendirmeleriniz ile konu çözüme kavuşacak gibi görünüyor.
Verdiğiniz bilgilere göre devremi tasarlayıp sonuçları ve devre yapısını burada paylaşacağım Çünkü forumu biraz incelediğimde rogowski bobinlerle ilgili fazla bilgi yok gibi başka arkadaşlara da belki faydamız olur.
İlgi ve alakanız için için çok teşekkür ederim.

[Epsilon]

Sanırım bu çalışma işinize yarar:
Linki

[M.Salim GÜLLÜCE]

Coil 64 Bobin hesaplama programına göre yapılan hesaplamada..
LCR metre ile Bu ürün için ölçülen değere göre 1200µH Bobin sarım özellikleri

[mehmet080888]

Teşekkürler Salim BEY,
Araştırmalarım sonucunda bu bobini kendim sarmaya karar verdim.
Ancak kafamda oturmayan bazı hususlar var.

1-Bobin tel kalınlığının etkisi,
2-Tur sayısının etkisi,
3-Bobin sargı çapının etkisi,
4-Bobin uzunluğunun etkisi,
5-Bobin endüktansının etkis,
6-Direncinin etkisi

Bu 6 durumun sonuca etkisini de bilmek istiyorum. İncelediğim forum bilgilerine, makalelere göre sadece 1. ve 2. soruya kısmen cevap bulabildim.

1-Tel kalınlığı azaldıkça ölçüm hassasiyetinin artacağı ancak bobinde tel kırılmaları nedeniyle ömrünün kısa olabileceği,
2-Tur sayısı arttıkça çıkış geriliminin yükseleceği ancak çalışma frekans aralığının azalacağı,
Sonuçlarına ulaştım.

Yukarıdaki 6 madde için görüşlerinizi merakla beklemekteyim.

[analog06]

Rogowski bobinininde ıgne ucu kadar bır plastık yırtıgı var sanırım benımkıde o nedenle calısmıyor, takip

[Epsilon]

@mehmet080888
Rogowsky bobini ile akım ölçme konusunu biraz araştırdım ama çok fazla karmaşık ,öyle Faraday ,Litz kanunları ile pek ilgili değil ,en azından akım trafosu hesaplamaları ile kıyaslanamaz.
Daha birde  amplifikatör kısmıda var.

*Akım trafosu ile akım ölçmek için gereken hesaplamaları excelde geçenlerde hesaplamıştım ,kitapta çıkan değerlerle sağlamasını da yapmıştım.
Ama bu oldukça karmaşık
Ekleme:
*Konu henüz kesinleşmemiş  ,konusu değiştirilebilir  akademik çalışma olabilir  diye ,dikkate almanız için yazdım.

[mehmet080888]

@Epsilon Teşekkür ederim bende işin içine girdikçe ne kadar karışık bir konu olduğunu anladım.

[M.Salim GÜLLÜCE]

Teşekkürler Salim BEY,
Araştırmalarım sonucunda bu bobini kendim sarmaya karar verdim.
Ancak kafamda oturmayan bazı hususlar var.

1-Bobin tel kalınlığının etkisi,
2-Tur sayısının etkisi,
3-Bobin sargı çapının etkisi,
4-Bobin uzunluğunun etkisi,
5-Bobin endüktansının etkis,
6-Direncinin etkisi

Bu 6 durumun sonuca etkisini de bilmek istiyorum. İncelediğim forum bilgilerine, makalelere göre sadece 1. ve 2. soruya kısmen cevap bulabildim.

1-Tel kalınlığı azaldıkça ölçüm hassasiyetinin artacağı ancak bobinde tel kırılmaları nedeniyle ömrünün kısa olabileceği,
2-Tur sayısı arttıkça çıkış geriliminin yükseleceği ancak çalışma frekans aralığının azalacağı,
Sonuçlarına ulaştım.

Yukarıdaki 6 madde için görüşlerinizi merakla beklemekteyim.

1. Tel kalınlığı daima çıkış gücünü etkileyen unsurdur akım açısından. Gerilim üzerinde tel kalınlığı etken faktör değildir.
2.Tur sayısı ise sinyal genliğini yani votajını belirleyen faktör. Tıpkı trafolardaki mantık.
3.Bobin sargı çapı da gene daha fazla manyetik akı çap alanını keseceği hesabı ile akım üzerinde etken faktördür. Lakin bununla beraber gerilimide etkiler.
4.Bobin uzunluğu rogowski halkası çapını genişleteceğinden daha zayıf manyetik akı alanına doğru götürür. Ters orantılıdır.
5.Bobin endüktansının neredeyse bir fonksiyonu yoktur. Eğer bobine paralel yada seri kapasitif, indüktif olan elemanlar bağlamıyorsanız.
6.Bobinin direnç etkisi ise bobin üzerinden çektiğiniz akımı ilgilendirir. Sens Amplifikatör/İntegral devresinin empedansını ilgilendirir. Genelde Rogowski bobini coax kablo ile Elektronik devreye uzanır. Kablo empedansıda etkileyen faktör olarak çıkar. Kablo empedansı ile uyumlu bir elektronik devre olmak zorundadır.

Matematiksel yada formülsel hesaplara hiç değinmiyorum.
Birçok kaynaktan ilgili dökümanları bulmak mümkündür.
Ben sadece mantığını izah etmeye çalıştım.

Rogowski Bobininin en önemli özelliği hava çekirdekli ve açılır kapanır olmasıdır. Yani yumuşak esnek bir materyal üzerine sarılıp üzeride esnek bir malzemeyle kapatılmak zorunda. Yoksa çevresl etkiler ve eğilip bükülmeler nedeniyle çabucak hasar görecektir.