Nuværende sensorteknikker ved hjælp af forskellige nuværende sensorer

Strøm er en meget kritisk faktor inden for elektronik eller elektroteknik. I elektronik kan strøm have en båndbredde fra få nano-ampere til hundreder af ampere. Dette interval kan være meget bredere i det elektriske domæne, typisk til flere tusinde ampere, især i strømnettet. Der er forskellige metoder til at registrere og måle strøm inde i et kredsløb eller en leder. I denne artikel vil vi diskutere, hvordan man måler strøm ved hjælp af forskellige aktuelle sensingsteknikker med deres fordele, ulemper og applikationer.

Hall-effekt sensor Strømsenseringsmetode

Hall Effect er opdaget af den amerikanske fysiker Edwin Herbert Hall og kan bruges til at fornemme strømmen. Det bruges generelt til at detektere magnetfelt og kan være nyttigt i mange applikationer som hastighedsmåler, døralarm, DIY BLDC.

Hall Effect-sensor producerer en udgangsspænding afhængigt af magnetfeltet. Forholdet mellem udgangsspændingen er proportional med magnetfeltet. Under den aktuelle senseringsproces måles strømmen ved at måle magnetfeltet. Udgangsspændingen er meget lav og skal forstærkes til en nyttig værdi ved hjælp af en forstærker med høj forstærkning med meget lav støj. Bortset fra forstærkerkredsløb kræver Hall Effect-sensor yderligere kredsløb, da det er en lineær transducer.

Fordele:

1. Kan bruges i højere frekvens.
2. Kan bruges i både vekselstrøm og jævnstrøm.
3. Ikke-kontaktbaseret metode.
4. Kan bruges i grove omgivelser.
5. Det er pålideligt.

Ulemper:

1. Sensoren driver og kræver kompensation.
2. Yderligere kredsløb kræver nyttig output.
3. Dyrere end shuntbaseret teknik.

Hall Effect-sensorer bruges i klemmemålere såvel som i mange industrielle og bilindustrielle strømfølerapplikationer. Mange typer lineær Hall-effektsensor kan registrere strøm fra flere milie-ampere til tusinder af ampere. På grund af dette bruger Smart Grid Monitoring Application også en anden type Hall-effektsensor til at overvåge lederstrømmen.

Flux Gate Sensor Current Sensing Method

En mættelig induktor er hovedkomponenten til Fluxgate-sensorteknikken. På grund af dette kaldes Fluxgate-sensor som mættelig induktorstrømssensor. Induktorkernen, der bruges til fluxgate-sensoren, fungerer i mætningsområdet. Mætningsniveauet for denne induktor er meget følsomt, og enhver intern eller ekstern fluxdensitet ændrer induktorens mætningsniveau. Kernens permeabilitet er direkte proportional med mætningsniveauet, derfor ændres induktansen også. Denne ændring i induktorværdi analyseres af fluxportføleren for at registrere strømmen. Hvis strømmen er høj, bliver induktansen lavere, hvis strømmen er lav, bliver induktansen høj.

Hall Effect-sensoren fungerer på samme måde som fluxgate-sensoren, men der er en forskel mellem dem. Forskellen ligger i kernematerialet. Flux Gate-sensor bruger en mættelig induktor, men Hall Effect-sensoren bruger luftkerne.

På ovenstående billede vises den grundlæggende konstruktion af en flux gate sensor. Der er to primære og sekundære spoler viklet omkring en mættelig induktorkerne. Ændringerne i strømmen kan ændre kernens permeabilitet, hvilket resulterer i ændring af induktans over den anden spole.

Fordele:

1. Kan måle i en lang række frekvenser.
2. Har stor nøjagtighed.
3. Lav forskydning og drift.

Ulemper:

1. Højt sekundært strømforbrug
2. En risikofaktor øges for spændings- eller strømstøj i primærlederen.
3. Kun egnet til jævnstrøm eller lavfrekvent vekselstrøm.

Fluxgate-sensorer bruges i solcelleomformere til at registrere strømmen. Bortset fra dette kan måling af lukket sløjfe og jævnstrøm let udføres ved hjælp af Flux Gate-sensorer. Flux Gate nuværende sensing metode kan også bruges i måling af lækstrøm, detektering af overstrøm osv.

Rogowski Coil Current Sensing Method

Rogowski-spole er opkaldt efter den tyske fysiker Walter Rogowski. Rogowski-spolen er lavet ved hjælp af en spiralformet luftkernspole og viklet rundt om den målrettede leder til strømmåling.

I ovenstående billede vises Rogowski-spolen med yderligere kredsløb. Ekstra kredsløb er et integratorkredsløb. Rogowski-spolen leverer udgangsspænding afhængigt af strømændringens hastighed i lederen. Et ekstra integratorkredsløb er påkrævet for at fremstille en udgangsspænding, der er proportional med strømmen.

Fordele:

1. Det er en god metode til at detektere hurtig højfrekvent strømændring.
2. Sikker drift med hensyn til håndtering af sekundærvikling.
3. Lavpris løsning.
4. Fleksibilitet i håndtering på grund af åben sløjfe konstruktion.
5. Temperaturkompensation er ikke kompleks.

Ulemper:

1. Kun egnet til AC
2. Har lav følsomhed end den nuværende transformer.

Rogowski-spolen har en bred vifte af applikationer. For eksempel måling af strøm i store effektmoduler, især på tværs af MOSFET'er eller højeffekttransistorer eller på tværs af IGBT. Rogowski-spolen giver fleksibel målemulighed. Da Rogowski-spolresponsen er meget hurtig over transienter eller højfrekvente sinusformede bølger, er det et godt valg at måle højfrekvente strømtransienter i kraftledningerne. I strømfordeling eller i smart grid giver Rogowski-spolen fremragende fleksibilitet til strømmålinger.

Current Transformer Current Sensing Method

Strømtransformator eller CT bruges til at registrere strømmen ved sekundær spænding, som er proportional med strømmen i sekundærspolen. Det er en industriel transformer, der konverterer den store værdi af spænding eller strøm til en meget mindre værdi i sin sekundære spole. Målingen tages på tværs af det sekundære output.

I ovenstående billede er konstruktionen vist. Det er en ideel CT-transformer med et primært og sekundært forhold som 1: N. N afhænger af transformatorens specifikationer. Lær mere om transformere her.

Fordele:

1. Stor strømhåndteringskapacitet mere end de andre metoder, der er vist i denne artikel.
2. Kræver ikke yderligere kredsløb.

Ulemper:

1. Kræver vedligeholdelse.
2. Hysterese opstår på grund af magnetisering.
3. Høj primærstrøm mætter ferritkernematerialerne.

Den primære anvendelse af CT-transformatorbaseret strømdetekteringsteknik er i elnettet på grund af meget høj strømmålingskapacitet. Få spændingsmålere bruger også en strømtransformator til måling af vekselstrøm.

Shunt-modstandsstrømsenseringsmetode

Dette er den mest anvendte metode i nuværende sensing teknikker. Denne teknik er baseret på Ohms lov.

En modstand med lav værdi i serie bruges til at registrere strømmen. Når strømmen strømmer gennem en modstand med lav værdi, producerer den en spændingsforskel over modstanden.

Lad os tage et eksempel.

Antag, at 1A strøm strømmer gennem en 1 ohm modstand. I henhold til ohm's lov svarer spændingen til strøm x modstand. Derfor, når 1A strøm strømmer gennem en 1-ohm modstand, vil den producere 1V over modstanden. Modstandens wattforbrug er en kritisk faktor, der skal overvejes. Der er dog meget små værdimodstande også tilgængelige på markedet, hvor modstanden er inden for miliohm-området. I et sådant tilfælde er spændingsforskellen over modstanden også meget lille. En forstærker med høj forstærkning kræves for at øge amplituden af ​​spændingen, og endelig måles strømmen ved hjælp af det omvendte beregningsgrundlag.

En alternativ tilgang til denne type nuværende sensingsteknik er at bruge PCB-sporet som shuntmodstand. Da kobberspor på et printkort tilbyder meget lille modstand, kan man bruge sporet til at måle strømmen. Men i en sådan alternativ tilgang er flere afhængigheder også et stort problem for at få et nøjagtigt resultat. Den vigtigste spilændrende faktor er temperaturdrift. Afhængig af temperaturen ændres spormodstanden, hvilket resulterer i et fejlresultat. Man skal kompensere for denne fejl i applikationen.

Fordele:

1. Meget omkostningseffektiv løsning
2. Kan arbejde i AC og DC.
3. Yderligere udstyr ikke påkrævet.

Ulemper:

1. Ikke egnet til højere strømdrift på grund af varmeafledning.
2. Shuntmåling giver et unødvendigt fald i systemets effektivitet på grund af energispildet over modstanden.
3. Termisk drift giver fejl, der resulterer i en applikation ved høj temperatur.

Anvendelsen af ​​Shunt-modstand inkluderer digital forstærkermåler. Dette er en nøjagtig og billigere metode end Hall Effect-sensoren. Shuntmodstanden kan også give en lav modstandsbane og tillader en elektrisk strøm at passere et punkt til det andet punkt i et kredsløb.

Hvordan vælges den korrekte strømfølemetode?

At vælge den rigtige metode til aktuel sensing er ikke en vanskelig ting. Der er få faktorer, der skal overvejes for at vælge den rigtige metode, som:

1. Hvor meget nøjagtighed er der behov for?
2. DC- eller AC-måling eller begge dele?
3. Hvor meget strømforbrug kræves?
4. Hvad er det aktuelle interval og båndbredde, der skal måles?
5. Omkostninger.

Bortset fra disse skal acceptabel følsomhed og afvisning af interferens også overvejes. Da hver faktor ikke kan opfyldes, er nogle kompromiser lavet til at kompromittere den ene funktion med den anden afhængigt af applikationskravets prioritet.