Strāvas uztveršanas paņēmieni, izmantojot dažādus strāvas sensorus

Strāva ir ļoti kritisks faktors elektronikā vai elektrotehnikā. Elektronikā strāvas joslas platums var būt no dažiem nano ampēriem līdz simtiem ampēru. Šis diapazons elektriskajā jomā parasti var būt daudz plašāks līdz vairākiem tūkstošiem ampēru, it īpaši elektrotīklos. Pastāv dažādas metodes strāvas uztveršanai un mērīšanai ķēdē vai vadītājā. Šajā rakstā mēs apspriedīsim, kā izmērīt strāvu, izmantojot dažādas pašreizējās uztveršanas metodes ar to priekšrocībām, trūkumiem un lietojumiem.

Hall efekta sensora strāvas noteikšanas metode

Hall Effect atklāj amerikāņu fiziķis Edvins Herberts Hols, un to var izmantot, lai nojaustu strāvu. To parasti izmanto magnētiskā lauka noteikšanai un tas var būt noderīgs daudzās lietojumprogrammās, piemēram, spidometrs, durvju signalizācija, DIY BLDC.

Hall Effect sensors rada izejas spriegumu atkarībā no magnētiskā lauka. Izejas sprieguma attiecība ir proporcionāla magnētiskajam laukam. Pašreizējā uztveršanas procesā strāvu mēra, mērot magnētisko lauku. Izejas spriegums ir ļoti zems, un tas jāpastiprina līdz lietderīgai vērtībai, izmantojot pastiprinātāju ar lielu pastiprinājumu ar ļoti zemu trokšņa līmeni. Papildus pastiprinātāja ķēdei Hall Effect sensoram nepieciešama papildu shēma, jo tas ir lineārs devējs.

Plusi:

1. Var izmantot augstākā frekvencē.
2. Var precīzi izmantot gan maiņstrāvā, gan līdzstrāvā.
3. Bezkontaktu metode.
4. Var izmantot rupjā vidē.
5. Tas ir uzticams.

Mīnusi:

1. Sensors novirzās un prasa kompensāciju.
2. Papildu shēmai nepieciešama noderīga izeja.
3. Dārga nekā šunta tehnoloģija.

Hall Effect sensori tiek izmantoti skavu skaitītājos, kā arī daudzās rūpniecības un automobiļu strāvas uztveršanas programmās. Daudzi lineārā Hall efekta sensoru veidi spēj uztvert strāvu no vairākiem mili ampēriem līdz tūkstošiem ampēru. Tādēļ Smart Grid Monitoring Application izmanto arī cita veida Hall efekta sensoru, lai uzraudzītu vadītāja strāvu.

Plūsmas vārtu sensora strāvas noteikšanas metode

Piesātinātais induktors ir galvenā Fluxgate sensora tehnikas sastāvdaļa. Sakarā ar to Fluxgate sensoru sauc par piesātināmo induktora strāvas sensoru. Indukcijas kodols, ko izmanto fluxgate sensoram, darbojas piesātinājuma apgabalā. Šī induktora piesātinājuma līmenis ir ļoti jutīgs, un jebkurš iekšējais vai ārējais plūsmas blīvums maina induktora piesātinājuma līmeni. Kodola caurlaidība ir tieši proporcionāla piesātinājuma līmenim, tāpēc mainās arī induktivitāte. Šīs induktora vērtības izmaiņas analizē plūsmas vārtu sensors, lai uztvertu strāvu. Ja strāva ir augsta, induktivitāte kļūst mazāka, ja strāva ir zema, induktivitāte kļūst augsta.

Hall efekta sensors darbojas līdzīgi kā fluxgate sensors, taču starp tiem ir viena atšķirība. Atšķirība ir pamatmateriālā. Flux Gate sensors izmanto piesātinātu induktoru, bet Hall Effect sensors izmanto gaisa serdi.

Iepriekš redzamajā attēlā ir parādīta plūsmas vārtu sensora pamatkonstrukcija. Ap piesātināmo induktora serdi ir ietītas divas primārās un sekundārās spoles. Pašreizējās plūsmas izmaiņas var mainīt kodola caurlaidību, kā rezultātā mainās induktivitāte pār otru spoli.

Plusi:

1. Var mērīt plašā frekvenču diapazonā.
2. Ir liela precizitāte.
3. Zems nobīde un novirzes.

Mīnusi:

1. Liels sekundārais enerģijas patēriņš
2. Riska faktors palielinās spriegumam vai strāvas troksnim primārajā vadītājā.
3. Piemērots tikai līdzstrāvai vai zemfrekvences maiņstrāvai.

Fluxgate sensori tiek izmantoti saules pārveidotājos, lai uztvertu strāvu. Izņemot šo, slēgta kontūra maiņstrāvas un līdzstrāvas mērījumus var viegli veikt, izmantojot Flux Gate sensorus. Plūsmas vārtu strāvas uztveršanas metodi var izmantot arī noplūdes strāvas mērīšanai, pārsprieguma noteikšanai utt.

Rogowski spoles strāvas noteikšanas metode

Rogovska spole nosaukta vācu fiziķa Valtera Rogovska vārdā. Rogowski spole tiek izgatavota, izmantojot spirālveida formas gaisa kodola spoli, un strāvas mērīšanai aptinta ap mērķēto vadītāju.

Iepriekš redzamajā attēlā Rogowski spole ir parādīta ar papildu shēmām. Papildu shēma ir integratora shēma. Rogowski spole nodrošina izejas spriegumu atkarībā no strāvas maiņas ātruma vadītājā. Lai izveidotu izejas spriegumu, kas ir proporcionāls strāvai, nepieciešama papildu integratora shēma.

Plusi:

1. Tā ir laba metode ātras augstfrekvences strāvas maiņas noteikšanai.
2. Droša darbība attiecībā uz sekundārā tinuma apstrādi.
3. Zemu izmaksu risinājums.
4. Elastība apstrādē, pateicoties atvērtās cilpas konstrukcijai.
5. Temperatūras kompensācija nav sarežģīta.

Mīnusi:

1. Piemērots tikai maiņstrāvai
2. Tam ir zema jutība nekā strāvas transformatoram.

Rogowski spolei ir plašs pielietojuma klāsts. Piemēram, strāvas mērīšana lielos jaudas moduļos, īpaši MOSFET vai lieljaudas tranzistoros vai visā IGBT. Rogowski spole nodrošina elastīgu mērīšanas iespēju. Tā kā Rogovska spoles reakcija ir ļoti ātra, pārejot uz īslaicīgiem vai augstas frekvences sinusoidāliem viļņiem, tā ir laba izvēle, lai mērītu augstfrekvences strāvas pārejas elektrolīnijās. Strāvas sadalījumā vai viedajā tīklā Rogowski spole nodrošina lielisku elastību strāvas mērījumiem.

Strāvas transformatora strāvas noteikšanas metode

Strāvas transformatoru vai CT izmanto, lai uztvertu strāvu pēc sekundārā sprieguma, kas ir proporcionāls sekundārās spoles strāvai. Tas ir rūpniecības transformators, kas pārveido lielu sprieguma vai strāvas vērtību daudz mazākā vērtībā tās sekundārajā spolē. Mērījumu veic sekundārajā izvadā.

Iepriekš attēlā ir parādīta konstrukcija. Tas ir ideāls datortomogrāfs ar primāro un sekundāro attiecību kā 1: N. N ir atkarīgs no transformatora specifikācijām. Uzziniet vairāk par transformatoriem šeit.

Plusi:

1. Liela pašreizējā apstrādes jauda, ​​vairāk nekā citas šajā rakstā norādītās metodes.
2. Neprasa papildu shēmas.

Mīnusi:

1. Nepieciešama apkope.
2. Histerēze rodas magnetizācijas dēļ.
3. Augsta primārā strāva piesātina ferīta serdes materiālus.

DT transformatoru bāzes strāvas uztveršanas tehnika galvenokārt tiek izmantota elektrotīklā ļoti augstas strāvas mērīšanas jaudas dēļ. Dažos skavas skaitītājos maiņstrāvas mērīšanai izmanto arī strāvas transformatoru.

Šunta rezistoru strāvas noteikšanas metode

Šī ir visizplatītākā metode pašreizējās sensācijas tehnikās. Šī tehnika ir balstīta uz Ohma likumu.

Strāvas uztveršanai izmanto virkni mazvērtīgu rezistoru. Kad strāva plūst caur mazvērtīgu rezistoru, tas rada sprieguma starpību visā rezistorā.

Ņemsim piemēru.

Pieņemsim, ka 1A strāva plūst caur 1 omu rezistoru. Saskaņā ar omu likumu Spriegums ir ekvivalents strāvas x pretestībai. Tāpēc, ja 1A strāvas plūsmas caur 1 ohm rezistors, tas ražos 1V pāri rezistors. Rezistora jauda ir kritisks faktors, kas jāņem vērā. Tomēr tirgū ir pieejami arī ļoti mazas vērtības rezistori, kur pretestība ir mili omu diapazonā. Šādā gadījumā arī rezistora sprieguma starpība ir ļoti maza. Sprieguma amplitūdas palielināšanai ir nepieciešams pastiprinātājs ar lielu pastiprinājumu, un visbeidzot strāvu mēra, izmantojot reverso aprēķinu pamatu.

Alternatīva pieeja šāda veida strāvas uztveršanas paņēmieniem ir izmantot PCB pēdas kā šunta rezistoru. Tā kā PCB vara pēdas piedāvā ļoti mazu pretestību, pēdas var izmantot strāvas mērīšanai. Tomēr, izmantojot šādu alternatīvu pieeju, vairākas atkarības ir arī lielas bažas, lai iegūtu precīzu rezultātu. Galvenais spēles mainīgais faktors ir temperatūras dreifēšana. Atkarībā no temperatūras izsekošanas pretestība tiek mainīta, kā rezultātā rodas kļūdas. Jākompensē šī kļūda lietojumprogrammā.

Plusi:

1. Ļoti rentabls risinājums
2. Var strādāt maiņstrāvā un līdzstrāvā.
3. Papildaprīkojums nav nepieciešams.

Mīnusi:

1. Nav piemērots lielākas strāvas darbībai siltuma izkliedes dēļ.
2. Šunta mērīšana nodrošina nevajadzīgu sistēmas efektivitātes samazināšanos enerģijas izšķiešanas dēļ visā rezistorā.
3. Termiskā novirze nodrošina kļūdas rezultātu, lietojot augstu temperatūru.

Šunta rezistora pielietojums ietver digitālo amp mērītāju. Šī ir precīza un lētāka metode, izņemot Hall efekta sensoru. Šunta rezistors var arī nodrošināt zemu pretestības ceļu un ļauj elektriskajai strāvai iet vienu punktu uz otru ķēdes punktā.

Kā izvēlēties pareizu strāvas noteikšanas metodi?

Pareizas noteikšanas metodes izvēle nav grūta lieta. Lai izvēlētos pareizo metodi, jāņem vērā daži faktori, piemēram:

1. Cik liela precizitāte ir nepieciešama?
2. Līdzstrāvas vai maiņstrāvas mērījumi vai abi?
3. Cik nepieciešams enerģijas patēriņš?
4. Kāds ir pašreizējais diapazons un joslas platums, kas jāmēra?
5. Izmaksu aprēķināšana.

Izņemot tos, jāņem vērā arī pieņemama jutība un traucējumu noraidīšana. Tā kā visus faktorus nevar apmierināt, daži kompromisi tiek veikti, lai kompromitētu vienu funkciju ar otru atkarībā no lietojuma prasības prioritātes.