Tehnici de detectare a curentului utilizând diferiți senzori de curent

Curentul este un factor foarte critic în electronică sau inginerie electrică. În electronică, curentul poate avea o lățime de bandă de la câțiva nano-amperi la sute de amperi. Această gamă poate fi mult mai largă în domeniul electric, de obicei la câteva mii de amperi, în special în rețelele electrice. Există diferite metode de detectare și măsurare a curentului în interiorul unui circuit sau al unui conductor. În acest articol, vom discuta despre modul de măsurare a curentului utilizând diverse tehnici de detectare a curentului, cu avantajele, dezavantajele și aplicațiile lor.

Metoda de detectare a curentului senzorului de efect Hall

Efectul Hall este descoperit de fizicianul american Edwin Herbert Hall și poate fi folosit pentru a simți curentul. Este utilizat în general pentru a detecta câmpul magnetic și poate fi util în multe aplicații precum vitezometrul, alarma ușii, DIY BLDC.

Senzorul de efect Hall produce o tensiune de ieșire în funcție de câmpul magnetic. Raportul tensiunii de ieșire este proporțional cu câmpul magnetic. În timpul procesului de detectare a curentului, curentul este măsurat prin măsurarea câmpului magnetic. Tensiunea de ieșire este foarte scăzută și trebuie amplificată la o valoare utilă prin utilizarea unui amplificator cu câștig ridicat cu zgomot foarte redus. În afară de circuitul amplificatorului, senzorul de efect Hall necesită circuite suplimentare, deoarece este un traductor liniar.

Pro:

1. Poate fi folosit la frecvențe mai mari.
2. Poate fi utilizat atât în ​​curent alternativ, cât și în curent continuu.
3. Metodă bazată pe necontact.
4. Poate fi utilizat într-un mediu dur.
5. Este de încredere.

Contra:

1. Senzorul se deplasează și necesită compensare.
2. Circuitul suplimentar necesită o ieșire utilă.
3. Costisitor decât tehnica bazată pe șunt.

Senzorii de efect Hall sunt utilizați în clemometre, precum și în multe aplicații de detectare a curentului industriale și auto. Multe tipuri de senzori de efect Hall liniari pot detecta curentul de la mai multe mili-amperi la mii de amperi. Datorită acestui fapt, aplicația de monitorizare a rețelei inteligente utilizează, de asemenea, un alt tip de senzor de efect Hall pentru a monitoriza curentul conductorului.

Metoda de detectare a curentului senzorului de poartă de flux

Un inductor saturabil este componenta principală pentru tehnica de detectare Fluxgate. Datorită acestui fapt, senzorul Fluxgate este numit senzor de curent inductor saturabil. Miezul inductor care este utilizat pentru senzorul fluxgate funcționează în regiunea de saturație. Nivelul de saturație al acestui inductor este foarte sensibil și orice densitate de flux internă sau externă modifică nivelul de saturație al inductorului. Permeabilitatea miezului este direct proporțională cu nivelul de saturație, prin urmare se schimbă și inductanța. Această modificare a valorii inductorului este analizată de senzorul porții de flux pentru a detecta curentul. Dacă curentul este ridicat, inductanța devine mai mică, dacă curentul este scăzut, inductanța devine ridicată.

Senzorul de efect Hall funcționează similar cu senzorul fluxgate, dar există o diferență între ele. Diferența constă în materialul de bază. Senzorul Flux Gate folosește un inductor saturabil, dar senzorul Hall Effect folosește miez de aer.

În imaginea de mai sus, este prezentată construcția de bază a unui senzor de poartă de flux. Există două bobine primare și secundare înfășurate în jurul unui miez inductor saturabil. Schimbările debitului curent pot modifica permeabilitatea miezului, rezultând schimbarea inductanței peste cealaltă bobină.

Pro:

1. Poate măsura într-o gamă largă de frecvențe.
2. Are o precizie mare.
3. Decalaj redus și derivări.

Contra:

1. Consum ridicat de energie secundară
2. Un factor de risc crește pentru zgomotul de tensiune sau curent în conductorul primar.
3. Potrivit doar pentru curent continuu sau de joasă frecvență.

Senzorii Fluxgate sunt utilizați în invertoarele solare pentru a detecta curentul. În afară de aceasta, măsurarea curentului de curent alternativ și continuu cu buclă închisă se poate face cu ușurință prin utilizarea senzorilor Flux Gate. Metoda de detectare a curentului Flux Gate poate fi utilizată și în măsurarea curentului de scurgere, detectarea supracurentului etc.

Metoda de detectare a curentului bobinei Rogowski

Bobina Rogowski poartă numele fizicianului german Walter Rogowski. Bobina Rogowski este realizată folosind o bobină cu miez de aer în formă elicoidală și înfășurată în jurul conductorului vizat pentru măsurarea curentului.

În imaginea de mai sus, bobina Rogowski este prezentată cu circuite suplimentare. Circuitul suplimentar este un circuit integrator. Bobina Rogowski asigură tensiunea de ieșire în funcție de rata de schimbare a curentului în conductor. Pentru realizarea unei tensiuni de ieșire proporționale cu curentul este necesar un circuit integrator suplimentar.

Pro:

1. Este o metodă bună de detectare a schimbărilor rapide de curent de înaltă frecvență.
2. Funcționare sigură în ceea ce privește manipularea înfășurării secundare.
3. Soluție low-cost.
4. Flexibilitate în manipulare datorită construcției cu buclă deschisă.
5. Compensarea temperaturii nu este complexă.

Contra:

1. Potrivit numai pentru curent alternativ
2. Are o sensibilitate scăzută decât transformatorul de curent.

Bobina Rogowski are o gamă largă de aplicații. De exemplu, măsurarea curentului în module de putere mari, în special pe MOSFET-uri sau tranzistoare de mare putere sau pe IGBT. Bobina Rogowski oferă opțiune de măsurare flexibilă. Deoarece răspunsul bobinei Rogowski este foarte rapid peste tranzitorii sau unde sinusoidale de înaltă frecvență, este o alegere bună pentru a măsura tranzitorii de curent de înaltă frecvență în liniile electrice. În distribuția energiei electrice sau în rețeaua inteligentă, bobina Rogowski oferă o flexibilitate excelentă pentru măsurători de curent.

Metoda de detectare a curentului transformatorului de curent

Transformatorul de curent sau CT este utilizat pentru a detecta curentul prin tensiunea secundară, care este proporțională cu curentul din bobina secundară. Este transformatorul industrial care transformă valoarea mare a tensiunii sau curentului într-o valoare mult mai mică în bobina sa secundară. Măsurarea se face pe ieșirea secundară.

În imaginea de mai sus, este afișată construcția. Este un transformator CT ideal cu un raport primar și secundar de 1: N. N depinde de specificațiile transformatorului. Aflați mai multe despre transformatoare aici.

Pro:

1. Capacitate mare de manipulare a curentului, mai mult decât celelalte metode prezentate în acest articol.
2. Nu necesita circuite suplimentare.

Contra:

1. Necesită întreținere.
2. Histerezisul apare datorită magnetizării.
3. Curentul primar ridicat saturează materialele din miezul feritei.

Utilizarea principală a tehnicii de detectare a curentului bazată pe transformatorul CT este în rețeaua electrică datorită capacității de măsurare a curentului foarte mare. Puțini contori cu cleme folosesc, de asemenea, un transformator de curent pentru măsurarea curentului alternativ.

Metoda de detectare a curentului rezistenței de șunt

Aceasta este cea mai utilizată metodă în tehnicile actuale de detectare. Această tehnică se bazează pe legea lui Ohms.

Un rezistor cu valoare redusă în serie este utilizat pentru a detecta curentul. Când curentul curge printr-un rezistor de valoare mică, produce o diferență de tensiune pe rezistor.

Să luăm un exemplu.

Să presupunem că 1A de curent curge printr-un rezistor de 1 ohm. Conform legii lui ohm, tensiunea este echivalentă cu rezistența curentului x. Prin urmare, când 1A de curent curge printr-un rezistor de 1 ohm, acesta va produce 1V pe rezistor. Puterea rezistenței este un factor critic care trebuie luat în considerare. Cu toate acestea, există rezistențe cu valoare foarte mică, disponibile și pe piață, unde rezistența este în domeniul mili-ohmi. Într-un astfel de caz, diferența de tensiune pe rezistor este, de asemenea, foarte mică. Un amplificator cu câștig mare este necesar pentru a crește amplitudinea tensiunii și, în cele din urmă, curentul este măsurat folosind baza de calcul invers.

O abordare alternativă pentru acest tip de tehnică de detectare a curentului este utilizarea urmei PCB ca rezistență de șunt. Deoarece urma de cupru a unui PCB oferă o rezistență foarte mică, se poate folosi urma pentru a măsura curentul. Cu toate acestea, într-o astfel de abordare alternativă, mai multe dependențe sunt, de asemenea, o preocupare imensă pentru a obține un rezultat precis. Principalul factor de schimbare a jocului este derivarea temperaturii. În funcție de temperatură, rezistența la urmă se modifică, rezultând un rezultat de eroare. Trebuie să compensați această eroare în aplicație.

Pro:

1. Soluție foarte rentabilă
2. Poate funcționa în curent alternativ și continuu.
3. Nu sunt necesare echipamente suplimentare.

Contra:

1. Nu este potrivit pentru funcționarea cu curent mai mare din cauza disipării căldurii.
2. Măsurarea șuntului asigură o scădere inutilă a eficienței sistemului datorită irosirii de energie de pe rezistor.
3. Deriva termică oferă rezultate de eroare într-o aplicare la temperaturi ridicate.

Aplicația rezistenței Shunt include amp amp digital. Aceasta este o metodă precisă și mai ieftină, alta decât senzorul de efect Hall. Rezistorul de șunt poate oferi, de asemenea, o cale de rezistență scăzută și permite unui curent electric să treacă un punct către celălalt punct dintr-un circuit.

Cum să selectați metoda corectă de detectare a curentului?

Selectarea metodei adecvate pentru detectarea curentă nu este un lucru dificil. Există câțiva factori care trebuie luați în considerare pentru alegerea metodei corecte, cum ar fi:

1. Câtă precizie este necesară?
2. Măsurare DC sau AC sau ambele?
3. Cât consum de energie este necesar?
4. Care este intervalul curent și lățimea de bandă care trebuie măsurate?
5. Costuri.

În afară de acestea, trebuie luate în considerare și sensibilitatea acceptabilă și respingerea interferențelor. Deoarece fiecare factor nu poate fi satisfăcut, unele compromisuri fac compromiterea unei caracteristici cu cealaltă, în funcție de prioritatea cerințelor cererii.