Läs krönikan på webben
Om strömtänger för AC och DC kan sägas vara väl utredda och kända av alla så är det kanske inte så vanligt att rogowskispolar är riktigt lika välkända. Väl utredda kan man utan vidare säga att de är men ändå är principen för hur de faktiskt fungerar och vilka begränsningar de har inte alls välkända. Det har gjort att totalt felaktiga mätningar med rogowskispolar har lett till likaledes totalt felaktiga och ineffektiva ”lösningar” på det förmodade problemet.
Först: Vad skiljer en rogowskispole från strömtänger?
1. Den innehåller inget järn som kan mättas och ge felaktiga resultat vid höga inkopplingsströmmar. Frånvaron av järn gör också att de inte stör strömfördelningen när man mäter på parallellkopplade och grova ledare.
2. Den kan mäta ström upp till mycket högre frekvenser än man klarar med AC eller DC strömtänger. Inte HF, men ändå upp mot MHz. Och det räcker i många sammanhang. Ett problem vid höga frekvenser är att rogowskispolarna ofta har resonanser som förvränger resultatet och gör mätningarna opålitliga. De kommersiellt tillgängliga rogowskispolarna har därför filter som reducerar bandbredden till cirka 20 kHz eller lägre.
3. Den kan inte mäta likström. För att klara det måste den tillhörande integratorn (som gör om inducerad du/dt till en spänning som representerar strömmen) ha noll drift. I praktiken kan man numera bygga integratorer med acceptabel drift under minuter eller timmar. Men förr eller senare har de lik förb. stuckit iväg så man inte vet vad man mäter.
4. Ändå förekommer rogowskispolar i en del anläggningar med likströmmar på hundratals kiloampere, exempelvis i elektrolys. Där är man hjälpt av att strömmen periodiskt alltid går ner till noll ampere och genom att använda denna referensnivå kan rogowskispolen användas för sann och noggrann likströmsmätning.
5. Att rogowskispolen inte är känslig för likström kan utnyttjas vid rippelmätning. Det spelar ingen roll hur hög likströmmen är – man kan ändå mäta ripplet med god noggrannhet.
Principen fungerar bra, både i stort format och i litet. För strömmätning i fjärrvärmerör lindade jag en spole på en trädgårdsslang med ett förlängt kvastskaft som stöd (och gaffatejp som yttre skydd) så att man kunde mäta på ett 800 mm rör. Det blev många varv och hög utsignal. Så hög att man kunde använda en passiv integrator (RC med 1 sekunds tidkonstant). Fördel: Enkelt och stabilt och utan extern matning.
Kommersiella rogowskispolar
Här finns det mycket att välja mellan. Från Chauvin-Arnoux och LEM-flex med bandbredder mellan 3 och 20 kHz till små spolar där lindningen etsats på samma kretskort som integratorn sitter på och till LEM UK som gör snabba rogowskispolar med batteridriven integrator. Batterierna har lång livslängd och det är bara när man glömmer stänga av matningen som man behöver byta batterier efter några dygn.
Den höga bandbredden har ett pris, det är svårt att undvika ringning och overshoot. För att jämföra gjorde vi ett prov på ABB där olika spolars förmåga att mäta utström från PWM frekvensomriktare jämfördes. Ringningen hos PEM var besvärande och de långsamma 3 – 20 kHz visade ingenting. Uppföljande mätningar med olika givare gav intressanta resultat:
Den ”snabba” strömtången har ca 100 kHz bandbredd och är uppe i nivå efter ca 6 µs. En spole med 20 kHz BW tar då cirka 30 µs och en med 3 kHz kommer att ta en evighet på sig.
PEM ser väl bra ut? Snabbt upp till rätt nivå. Men kolla hur det ser ut när man snabbar upp svepet till 50 ns: ”Småkrafset” i början är en rejäl overshoot med ringning som nästan når upp till fyra gånger sanna värdet. Så om man jagar kapacitivt och induktivt kopplade störningar från PWM så lär det inte vara något problem att hitta sådana. Problemet är att utvärdera dem när mätsystemet visar nästan 300% fel.
Fischer HF-trafo gör det mesta rätt. Men den har väldigt hög undre gränsfrekvens och dessutom har den järn (ferrit) i sig och det kan störa systemet. Ytterligare en osäkerhet som inte gör saken enklare.
Längst upp visas spänningen över en koaxialshunt där parasitinduktansen är mycket låg. Signalen borde vara en skarp fyrkant men den är påverkad av både Fischer och den ”snabba” strömtången.
Lätt är det inte. Men om man känner till fällorna så kan det hjälpa. Att leta störningar från frekvensomriktare med mätdon som i stort sett inte täcker mer än audiofrekvenser är inte bara mycket frustrerande utan gör också att man missar det man letar efter.
I verkligheten är det bättre att ha grejer som faktiskt reagerar på det man letar efter. Även om de överreagerar. Och där är PEM UK fortfarande det bästa jag har i arsenalen. Men visst finns det alternativ. En flux gate och en hallgivare till exempel. Problemet ligger mera i kalibreringen och att de inte klarar grova kablar. Vi ska ändå titta på några sådana…
Den nya kvanttermometern, i förgrunden, är förmodligen världens snabbaste och mest känsliga termometer för att mäta temperaturen vid den kalla änden av en vågledare på millikelvinskalan, enligt Chalmersforskarna. Foto: Claudia Castillo Moreno/Chalmers
Sändaramatörer visar spetsteknik
Gunnar Englund1940 – 2021Om strömtänger för AC och DC kan sägas vara väl utredda och kända av alla så är det kanske inte så vanligt att rogowskispolar är riktigt lika välkända. Väl utredda kan man utan vidare säga att de är men ändå är principen för hur de faktiskt fungerar och vilka begränsningar de har inte alls välkända. Det har gjort att totalt felaktiga mätningar med rogowskispolar har lett till likaledes totalt felaktiga och ineffektiva ”lösningar” på det förmodade problemet.Gunnar Englund gick bort 14 juni 2021. Läs mer om det här. Men hans krönikor lever och kommer förhoppningsvis att uppdateras med några till.
