Srovės jutimo metodai naudojant skirtingus srovės jutiklius

Srovė yra labai svarbus elektronikos ar elektrotechnikos veiksnys. Elektronikoje srovės pralaidumas gali būti nuo kelių nano amperų iki šimtų amperų. Šis diapazonas gali būti daug platesnis elektros srityje iki kelių tūkstančių amperų, ​​ypač elektros tinkluose. Yra skirtingi metodai, kaip suvokti ir matuoti srovę grandinės ar laidininko viduje. Šiame straipsnyje aptarsime, kaip išmatuoti srovę naudojant įvairius srovės jutimo metodus, jų privalumus, trūkumus ir pritaikymą.

Hallo efekto jutiklio srovės jutimo metodas

„Hall Effect“ atrado amerikiečių fizikas Edwinas Herbertas Hallas ir jis gali būti naudojamas srovei pajausti. Paprastai jis naudojamas magnetiniam laukui aptikti ir gali būti naudingas daugelyje programų, pavyzdžiui, spidometras, durų signalizacija, „pasidaryk pats“ BLDC.

„Hall Effect“ jutiklis sukuria išėjimo įtampą, priklausomai nuo magnetinio lauko. Išėjimo įtampos santykis yra proporcingas magnetiniam laukui. Srovės jutimo proceso metu srovė matuojama matuojant magnetinį lauką. Išėjimo įtampa yra labai maža ir ją reikia sustiprinti iki naudingos vertės, naudojant didelio stiprinimo stiprintuvą su labai mažu triukšmu. „Hall Effect“ jutikliui reikia ne tik stiprintuvo grandinės, bet ir papildomos grandinės, nes tai yra tiesinis keitiklis.

Argumentai už:

1. Galima naudoti didesniu dažniu.
2. Galima tiksliai naudoti tiek kintamąja, tiek nuolatine srove.
3. Nekontaktinis metodas.
4. Galima naudoti grubioje aplinkoje.
5. Tai patikima.

Minusai:

1. Jutiklis dreifuoja ir reikalauja kompensacijos.
2. Naudingam išėjimui reikalinga papildoma grandinė.
3. Brangi nei šunto technika.

„Hall Effect“ jutikliai naudojami spaustukuose, taip pat daugelyje pramonės ir automobilių srovės jutiklių. Daugelis linijinio Hall efekto jutiklio tipų gali nujausti srovę nuo kelių miliamperių iki tūkstančių amperų. Dėl to „Smart Grid Monitoring Application“ naudoja ir kitokio tipo „Hall“ efekto jutiklius laidininko srovei stebėti.

Srauto vartų jutiklio srovės jutimo metodas

Prisotinamasis induktorius yra pagrindinis „ Fluxgate“ jutimo technikos komponentas. Dėl to „Fluxgate“ jutiklis vadinamas soties induktoriaus srovės jutikliu. Induktoriaus šerdis, naudojama srauto jutiklio jutikliui, veikia prisotinimo srityje. Šio induktoriaus prisotinimo lygis yra labai jautrus, o bet koks vidinis ar išorinis srauto tankis keičia induktoriaus prisotinimo lygį. Šerdies pralaidumas yra tiesiogiai proporcingas prisotinimo lygiui, todėl keičiasi ir induktyvumas. Šį induktoriaus vertės pokytį analizuoja srauto vartų jutiklis, kad pajustų srovę. Jei srovė yra didelė, induktyvumas tampa mažesnis, jei srovė yra maža, induktyvumas tampa didelis.

„Hall Effect“ jutiklis veikia panašiai kaip „fluxgate“ jutiklis, tačiau tarp jų yra vienas skirtumas. Skirtumas yra pagrindinėje medžiagoje. „Flux Gate“ jutiklyje naudojamas prisotinamasis induktorius, tačiau „Hall Effect“ jutiklyje naudojamas oro šerdis.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta pagrindinė srauto vartų jutiklio konstrukcija. Yra dvi pagrindinės ir antrinės ritės, apvyniotos aplink prisotinamą induktoriaus šerdį. Srovės srauto pokyčiai gali pakeisti šerdies pralaidumą, dėl kurio keičiasi induktyvumas kitoje ritėje.

Argumentai už:

1. Gali matuoti plačiu dažnių diapazonu.
2. Turi puikų tikslumą.
3. Mažas poslinkis ir dreifai.

Minusai:

1. Didelis antrinės energijos suvartojimas
2. Padidėja pirminio laidininko įtampos ar srovės triukšmo rizikos faktorius.
3. Tinka tik nuolatinei arba žemo dažnio kintamajai srovei.

„Fluxgate“ jutikliai naudojami saulės keitikliuose srovei pajusti. Išskyrus uždarojo ciklo kintamosios ir nuolatinės srovės matavimą, galima lengvai atlikti naudojant „Flux Gate“ jutiklius. „Flux Gate“ srovės jutimo metodas taip pat gali būti naudojamas nuotėkio srovės matavimui, viršsrovės aptikimui ir kt.

Rogowski ritės srovės jutimo metodas

„Rogowski“ ritė pavadinta vokiečių fiziko Walterio Rogowskio vardu. Rogowskio ritė pagaminta naudojant spiralės formos oro šerdies ritę ir apvyniota aplink tikslinį laidininką srovės matavimui.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje Rogowski ritė parodyta su papildomomis schemomis. Papildoma schema yra integratoriaus grandinė. Rogowskio ritė suteikia išėjimo įtampą priklausomai nuo srovės pokyčio laidininke greičio. Norint sukurti išėjimo įtampą, proporcingą srovei, reikalinga papildoma integratoriaus grandinė.

Argumentai už:

1. Tai yra geras greito aukšto dažnio srovės pokyčio nustatymo metodas.
2. Saugus antrinės apvijos valdymas.
3. Nebrangus sprendimas.
4. Lankstumas tvarkant dėl ​​atviros kilpos konstrukcijos.
5. Temperatūros kompensavimas nėra sudėtingas.

Minusai:

1. Tinka tik AC
2. Turi mažą jautrumą nei srovės transformatorius.

„Rogowski“ ritė yra plačiai pritaikoma. Pavyzdžiui, srovės matavimas dideliuose galios moduliuose, ypač per MOSFET arba didelės galios tranzistorius arba per IGBT. Rogowski ritė suteikia lanksčią matavimo galimybę. Kadangi Rogowskio ritės atsakas yra labai greitas per trumpalaikes ar aukšto dažnio sinusines bangas, tai yra geras pasirinkimas matuoti aukšto dažnio srovės pereinamuosius laidus elektros linijose. Skirstant energiją arba išmaniajame tinkle, Rogowski ritė suteikia puikų lankstumą atliekant dabartinius matavimus.

Srovės transformatoriaus srovės jutimo metodas

Srovės transformatorius arba CT naudojamas srovei suvokti pagal antrinę įtampą, proporcingą antrinės ritės srovei. Būtent pramoninis transformatorius paverčia didelę įtampos ar srovės vertę į daug mažesnę antrinės ritės vertę. Matavimas atliekamas pagal antrinę išvestį.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta konstrukcija. Tai idealus KT transformatorius, kurio pirminis ir antrinis santykis yra 1: N. N priklauso nuo transformatoriaus specifikacijų. Sužinokite daugiau apie transformatorius čia.

Argumentai už:

1. Didelis srovės apdorojimo pajėgumas, daugiau nei kiti šiame straipsnyje parodyti metodai.
2. Nereikalaujama papildomų schemų.

Minusai:

1. Reikia priežiūros.
2. Histerezė atsiranda dėl įmagnetinimo.
3. Didelė pirminė srovė prisotina ferito šerdies medžiagas.

KT transformatoriais pagrįstos srovės jutimo technika dažniausiai naudojama elektros tinkle dėl labai didelio srovės matavimo pajėgumo. Keli kintamosios srovės matuokliai taip pat naudoja srovės transformatorių.

Šunto rezistoriaus srovės jutimo metodas

Tai yra labiausiai naudojamas metodas, taikant dabartines jutimo technikas. Ši technika pagrįsta omo dėsniu.

Srovės jutimui naudojamas nuoseklus mažos vertės rezistorius. Kai srovė teka per mažos vertės rezistorių, jis sukuria įtampos skirtumą visame rezistoriuje.

Paimkime pavyzdį.

Tarkime, 1A srovė teka per 1 omų rezistorių. Pagal omo dėsnį Įtampa yra lygi srovės x varžai. Todėl, kai 1 A srovė tekės per 1 omo rezistorių, ji rezistoriuje sukurs 1 V įtampą. Rezistoriaus galia yra kritinis veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti. Tačiau rinkoje taip pat yra labai mažos vertės rezistorių, kurių varža yra mili-omų diapazone. Tokiu atveju rezistoriaus įtampos skirtumas taip pat yra labai mažas. Norint padidinti įtampos amplitudę, reikalingas didelio stiprumo stiprintuvas, galiausiai, srovė matuojama naudojant atvirkštinį skaičiavimo pagrindą.

Alternatyvus būdas naudoti tokio tipo srovės jutimo metodą yra naudoti PCB pėdsakus kaip šunto rezistorius. Kadangi PCB vario pėdsakai pasižymi labai mažu atsparumu, pėdsaką galima naudoti srovei matuoti. Tačiau taikant tokį alternatyvų požiūrį kelios priklausomybės taip pat kelia didžiulį rūpestį norint gauti tikslų rezultatą. Pagrindinis žaidimą keičiantis veiksnys yra temperatūros dreifas. Priklausomai nuo temperatūros, atsparumas pėdsakams pasikeičia, todėl gaunamas klaidos rezultatas. Reikia kompensuoti šią klaidą programoje.

Argumentai už:

1. Labai ekonomiškas sprendimas
2. Gali dirbti kintama ir nuolatine srove.
3. Papildoma įranga nereikalinga.

Minusai:

1. Netinka didesnei srovei dėl šilumos išsisklaidymo.
2. Šunto matavimas suteikia nereikalingą sistemos efektyvumo sumažėjimą dėl energijos švaistymo per rezistorių.
3. Terminis dreifas suteikia klaidos rezultatą naudojant aukštą temperatūrą.

„Shunt“ rezistoriaus taikymas apima skaitmeninį stiprintuvą. Tai yra tikslus ir pigesnis metodas, išskyrus „Hall Effect“ jutiklį. Šunto rezistorius taip pat gali suteikti mažą pasipriešinimo kelią ir leisti elektros srovei pereiti vieną tašką į kitą grandinės tašką.

Kaip pasirinkti tinkamą srovės jutimo metodą?

Pasirinkti tinkamą dabartinio jutimo metodą nėra sunku. Norint pasirinkti tinkamą metodą, reikia atsižvelgti į keletą veiksnių, tokių kaip:

1. Kiek tikslumo reikia?
2. DC arba AC matavimas ar abu?
3. Kiek energijos reikia suvartoti?
4. Koks yra dabartinis matuojamas diapazonas ir pralaidumas?
5. Sąnaudų skaičiavimas.

Taip pat reikia atsižvelgti į priimtiną jautrumą ir trukdžių atmetimą. Kadangi kiekvieno veiksnio negalima patenkinti, kai kurie kompromisai atliekami siekiant pažeisti vieną funkciją su kita, atsižvelgiant į taikymo reikalavimo prioritetą.