Тренутне технике очитавања помоћу различитих струјних сензора

Струја је веома важан фактор у електроници или електротехници. У електроници струја може имати пропусни опсег од неколико нано-ампера до стотина ампера. Овај опсег може бити много шири у електричном домену, обично до неколико хиљада ампера, посебно у електричним мрежама. Постоје различите методе за детекцију и мерење струје у кругу или проводнику. У овом чланку ћемо размотрити како мерити струју помоћу различитих техника осетљивости струје са њиховим предностима, недостацима и применама.

Метода осетљивости струје сензора Халл-овог ефекта

Холов ефекат открио је амерички физичар Едвин Херберт Халл и њиме се може осетити струја. Обично се користи за откривање магнетног поља и може бити користан у многим апликацијама попут брзиномера, аларма на вратима, ДИИ БЛДЦ.

Халл Еффецт сензор производи излазни напон у зависности од магнетног поља. Однос излазног напона је пропорционалан магнетном пољу. Током процеса осетљивости струје, струја се мери мерењем магнетног поља. Излазни напон је врло низак и треба га појачати до корисне вредности употребом појачала са великим појачањем са врло ниским нивоом шума. Осим круга појачала, сензор Халл Еффецт захтева и додатна кола јер је линеарни претварач.

Прос:

1. Може се користити у вишим фреквенцијама.
2. Може се тачно користити у АЦ и ДЦ.
3. Неконтактна метода.
4. Може се користити у грубим условима.
5. Поуздан је.

Против:

1. Сензор се помера и захтева компензацију.
2. Додатни круг захтева корисне излазе.
3. Скупо од технике базиране на шанту.

Халл Еффецт сензори се користе у стезаљкама, као иу многим индустријским и аутомобилским применама струје. Многе врсте линеарних сензора Халловог ефекта могу осетити струју од неколико мили-ампера до хиљада ампера. Због тога, Смарт Грид Мониторинг Апплицатион такође користи другачији тип сензора Халл ефекта за надгледање струје проводника.

Метода детекције струје сензора проточног вентила

Засићени индуктор је главна компонента Флусгате технике очитавања. Због тога се сензор Флукгате назива сензором засићене индуктивне струје. Језгро индуктора које се користи за сензор флуксита ради у подручју засићења. Ниво засићења овог индуктора је веома осетљив и било која унутрашња или спољна густина флукса мења ниво засићења индуктора. Пропустљивост језгра је директно пропорционална нивоу засићења, па се и индуктивност такође мења. Ову промену вредности пригушнице анализира сензор флукс врата да би се осетио ток. Ако је струја велика, индуктивност постаје мања, ако је струја мала, индуктивност постаје велика.

Халл Еффецт сензор делује слично сензору флуксгате, али постоји једна разлика између њих. Разлика је у материјалу језгра. Флук Гате сензор користи засићени индуктор, али Халл Еффецт сензор користи ваздушно језгро.

На горњој слици приказана је основна конструкција сензора флукс врата. Постоје два калема примарни и секундарни умотани око засићеног језгра индуктора. Промене у струјном току могу променити пропустљивост језгра што резултира променом индуктивности на другом калему.

Прос:

1. Може да мери у широком опсегу фреквенција.
2. Има велику тачност.
3. Мали помак и наноси.

Против:

1. Велика секундарна потрошња енергије
2. Фактор ризика се повећава за напон или струју буке у примарном проводнику.
3. Погодно само за једносмерну или нискофреквентну наизменичну струју.

Флукгате сензори се користе у соларним претварачима за одређивање струје. Осим овог, мерење наизменичне и једносмерне струје у затвореној петљи може се лако извршити помоћу сензора Флук Гате. Метода детекције струје протока протока такође се може користити за мерење струје цурења, откривање прекомерне струје итд

Метода детекције струје завојнице Роговског

Роговски калем је добио име по немачком физичару Валтеру Роговском. Роговски калем је направљен помоћу спиралног калема са ваздушним језгром и омотан око циљаног проводника за мерење струје.

На горњој слици је завојница Роговског приказана са додатним струјним круговима. Додатно коло је интеграторско коло. Роговски завојница даје излазни напон у зависности од брзине промене струје у проводнику. За израду излазног напона који је пропорционалан струји потребан је додатни интеграторски круг.

Прос:

1. Добра је метода за откривање брзе промене струје високе фреквенције.
2. Безбедан рад у смислу руковања секундарним намотајем.
3. Јефтино решење.
4. Флексибилност у руковању захваљујући конструкцији отворене петље.
5. Компензација температуре није сложена.

Против:

1. Погодно само за АЦ
2. Има ниску осетљивост од струјног трансформатора.

Роговски калем има широк спектар примене. На пример, мерење струје у великим модулима снаге, посебно преко МОСФЕТ-ова или транзистора велике снаге или преко ИГБТ-а. Роговски калем пружа флексибилну опцију мерења. Како је одзив завојнице Роговског врло брз у прелазним појавама или високофреквентним синусоидним таласима, добар је избор за мерење високофреквентних пролазних струја у водовима. У дистрибуцији електричне енергије или у паметној мрежи, Роговски калем пружа изврсну флексибилност за тренутна мерења.

Метода детекције струје струјног трансформатора

Струјни трансформатор или ЦТ се користе за одређивање струје секундарним напоном који је пропорционалан струји у секундарној завојници. Индустријски трансформатор претвара велику вредност напона или струје у знатно мању вредност у свом секундарном калему. Мерење се врши преко секундарног излаза.

На горњој слици је приказана конструкција. То је идеалан ЦТ трансформатор са примарним и секундарним односом 1: Н. Н зависи од спецификација трансформатора. Овде сазнајте више о трансформаторима.

Прос:

1. Велики капацитет руковања струјом, већи од осталих метода приказаних у овом чланку.
2. Не захтевају додатна кола.

Против:

1. Захтева одржавање.
2. До хистерезе долази због магнетизације.
3. Висока примарна струја засићује материјале језгра ферита.

Техника осетљивости струје заснована на ЦТ трансформатору се углавном користи у електроенергетској мрежи због веома великог капацитета мерења струје. Мало стезаљки такође користи струјни трансформатор за мерење наизменичне струје.

Метода осетљивости струје отпорника на шант

Ово је метода која се најчешће користи у тренутним сензорским техникама. Ова техника се заснива на Омсовом закону.

Отпор мале вредности у серији се користи за детекцију струје. Када струја протиче кроз отпор мале вредности, он ствара разлику напона на отпорнику.

Узмимо пример.

Претпоставимо да 1А струје тече кроз 1-омски отпорник. Према омском закону, напон је еквивалентан струјном к отпору. Стога, када 1А струје прође кроз 1-омски отпорник, он ће произвести 1В преко отпорника. Снага отпорника је критични фактор који треба узети у обзир. Међутим, на тржишту су такође доступни отпорници врло мале вредности, где је отпор у опсегу мили-ома. У таквом случају разлика напона на отпорнику је такође врло мала. Појачало са великим појачањем је потребно да би се повећала амплитуда напона и на крају, струја се мери коришћењем обрнуте основе прорачуна.

Алтернативни приступ за ову врсту тренутне технике очитавања је употреба трага ПЦБ-а као ранжирног отпорника. Будући да бакарни траг ПЦБ пружа врло мали отпор, траг се може користити за мерење струје. Међутим, у таквом алтернативном приступу, неколико зависности такође је велика брига за постизање тачних резултата. Главни фактор који мења игру је кретање температуре. У зависности од температуре, отпор у траговима се мења, што резултира грешком. Треба надокнадити ову грешку у апликацији.

Прос:

1. Веома исплативо решење
2. Може радити у АЦ и ДЦ.
3. Додатна опрема није потребна.

Против:

1. Није погодно за рад веће струје због одвођења топлоте.
2. Мерење шанта обезбеђује непотребно смањење ефикасности система због расипања енергије преко отпорника.
3. Термички нанос даје резултат грешке у примени на високим температурама.

Примена Схунт отпорника укључује дигитални мерач појачала. Ово је тачна и јефтинија метода која није Халлов ефекат. Магнетни отпорник такође може пружити путању са малим отпором и омогућава електричној струји да прође једну тачку у другу тачку у кругу.

Како одабрати правилан метод очитавања струје?

Одабир одговарајуће методе за тренутно очитавање није тешка ствар. За одабир праве методе треба узети у обзир неколико фактора, попут:

1. Колика је тачност потребна?
2. Мерење једносмерне или наизменичне струје или обоје?
3. Колика је потрошња енергије?
4. Који је тренутни опсег и пропусни опсег који треба мерити?
5. Трошкови.

Осим њих, такође треба узети у обзир прихватљиву осетљивост и одбијање сметњи. Како сваки фактор не може бити задовољен, неки компромиси су направљени да компромитују једну особину са другом, у зависности од приоритета захтева за пријаву.