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La bobine de Rogowski, nommée d'après le physicien allemand Walter Rogowski, est un dispositif de détection de courant électrique mesurant la variation de courant (di/dt). Elle est généralement utilisée pour mesurer le courant alternatif (CA), notamment les transitoires de courant à haute vitesse, les courants pulsés ou les formes d'onde de courant non sinusoïdales complexes. Les développements récents de la bobine de Rogowski incluent l'intégration d'un amplificateur de transconductance pour obtenir un courant de sortie de 0 à 5 A, imitant ainsi les transformateurs de courant conventionnels.
Dans sa forme la plus simple, une bobine de Rogowski est une bobine comportant N spires par mètre, enroulée régulièrement sur un support non magnétique de section constante A. Le fil d'enroulement revient à son point de départ le long de l'axe central du support, et ses deux extrémités sont généralement reliées à un câble. L'extrémité libre de la bobine est normalement insérée dans une prise située près du câble, de manière à pouvoir la débrancher et ainsi enrouler la bobine autour du conducteur parcouru par le courant à mesurer.
Un courant alternatif ou pulsé circulant dans un conducteur génère un champ magnétique. L'interaction de ce champ magnétique avec la bobine de Rogowski, à proximité de ce champ, induit une tension dans la bobine, proportionnelle à la vitesse de variation du courant mesuré. Si la bobine constitue une boucle fermée sans discontinuité, on peut démontrer que la tension E induite est proportionnelle à la vitesse de variation du courant I qui la traverse, selon la relation E = H.dI/dt , où H , la sensibilité de la bobine (en V·s/A), est proportionnelle à NA.
Pour obtenir une tension de sortie Vout proportionnelle à I , il est nécessaire d'intégrer la tension de la bobine E ; par conséquent, un intégrateur électronique est utilisé pour fournir une bande passante s'étendant jusqu'à moins de 1 Hz.
L'intégrateur à amplificateur opérationnel, dans sa forme la plus simple, avec une résistance d'entrée Rsh et un condensateur de rétroaction C, a une sortie Vout=(1/CR)∫ Edt. Le gain global du transducteur est donc donné par, Vout=RshI , où Rsh= H/CR est la sensibilité du transducteur (V/A).
La relation Vout proportionnel à I est valable sur toute la bande passante du transducteur. La bande passante est définie comme la plage de fréquences de fL à fH pour laquelle les courants sinusoïdaux peuvent être mesurés à 3 dB près de la sensibilité spécifiée Rsh.
Aux basses fréquences, le gain de l'intégrateur augmente et tend théoriquement vers l'infini lorsque la fréquence tend vers zéro. Ceci engendrerait une dérive continue inacceptable et du bruit basse fréquence ; il est donc nécessaire de limiter le gain de l'intégrateur aux basses fréquences. Cette limitation est obtenue en plaçant un filtre passe-bas en parallèle avec le condensateur d'intégration. Le filtre passe-bas définit la bande passante basse fréquence fL , généralement inférieure à 1 Hz.
En raison de l'inductance et de la capacité réparties de la bobine de Rogowski, il existe une bande passante haute fréquence fH (généralement 1 MHz ou plus) au-delà de laquelle la mesure est atténuée et un déphasage important apparaît. La bande passante de l'intégrateur électronique et la longueur du câble reliant l'intégrateur à la bobine influent également sur cette limite.
Depuis de nombreuses années, Powertek développe des modèles mathématiques de la bobine de Rogowski, du câble et de l'intégrateur, ce qui nous permet de développer des transducteurs de courant fiables et précis de différentes tailles pour un marché en constante expansion.
L'utilisation d'une bobine de Rogowski pour mesurer les courants alternatifs ou les courants transitoires rapides présente des avantages par rapport à d'autres méthodes de détection de courant :