Detección actual

.

Métodos para detectar la corriente para encontrar la que mejor se adapte a la medición..

Derivación:

el método más simple es a través de un Shunt que podemos comprar o hacerlo usted mismo con un cable de muy bajo valor o con una resistencia de potencia.

Como podemos ver en la imagen de arriba, hay varias derivaciones, También hay muchos encapsulados para placas de circuito impreso THT o SMD, claramente el último de menor potencia, pero básicamente estas derivaciones responden a la ley de Ohm , donde tenemos un cable que tiene un valor de resistencia específico, por ejemplo 0.1ohm, Esto significa que si circula una corriente de 10 A a través de él, tendremos que medir un voltaje en los terminales de derivación que serán

V = I * R = 10A * 0.1R = 1V

como podemos ver aplicando la ley de Ohm podemos saber inversamente qué corriente fluye a través del circuito simplemente midiendo el voltaje en la derivación.
Desafortunadamente, las derivaciones son difíciles de obtener o caras, para esto podemos reemplazarlo con una resistencia de potencia, por ejemplo una resistencia cerámica 0.1R 10W, pero tendremos que tener en cuenta el poder de disipación de 10W, para la ley de poder de Ohm donde

P = I ^ 2 * R ,

resolviendo la ecuación podemos saber cuál es la corriente máxima que podemos circular a través de la resistencia de 0.1R 10W sin exceder los 10W,

I = sqrt (PAG / R) = sqrt (10W /0.1R)= 10A,

significa que la corriente máxima para circular en esa resistencia será 10A, si por ejemplo conectamos una carga que consume 6,5 En ese momento por ley de ohm tenemos que medir un voltaje de

V = I * R = 6.5A * 0.1R = 0.65V = 650mV

y el poder de disipación en esa resistencia será

P = I ^ 2 * R = 6.5A ^ 2 * 0.1R = 4.22W.

La ventaja de usar este método de detección de corriente es que la resistencia es un componente lineal, lo que significa que el valor de voltaje proporcional a la corriente que fluye a través de él será lineal.

La desventaja es que la resistencia es un componente de contacto que debe estar en el circuito a medir., no está aislado de ninguna manera.

Aquí vemos un ejemplo de detección de corriente para medir la corriente de una lámpara desde 100 W alimentado a 230 V CA, el voltaje medido en la resistencia es 0,0435 V, si aplicamos la ley de Ohm podemos calcular

I = V / R = 0,0435 / 0,1 = 0,435 = 435 mA.

SALÓN:
un método de medición híbrido se llama efecto Hall, El efecto Hall es la diferencia de potencial generada por la separación de las cargas del campo eléctrico dentro de un conductor a través del cual circula una corriente eléctrica..
Si tomamos cierto canal eléctrico y hacemos circular una corriente eléctrica en una dirección, habrá una tendencia a generar una separación entre las cargas eléctricas que son ortogonales al flujo de la corriente aplicada, sometiendo este conductor a un campo magnético, Las cargas ubicadas en los extremos ortogonales del aumento de corriente y estas cargas causan una diferencia de potencial que se puede medir con un voltímetro y que será proporcional al campo magnético que se le aplica..

Se puede encontrar un sensor de efecto Hall en varios formatos, pero una muy común es la encapsulación similar a un transistor de baja señal, por ejemplo, UGN3503 es un sensor de efecto Hall analógico (también hay salidas digitales, con protocolo de datos , con 3 hachas, 6 hachas, etcétera …) Lo único que necesitamos para polarizar el sensor UGN3503 es una fuente 5 V es un multímetro para medir su salida.

La siguiente figura muestra una forma de detectar corriente utilizando una bobina de sensor con un núcleo toroidal.

Actualmente hay muchos tipos de sensores de efecto Hall y sensores de corriente., pero hay uno muy popular diseñado exclusivamente para detectar la corriente (alterna o directa) basado en un circuito integrado que tiene un sensor de efecto Hall dentro, el mismo interior tiene un conductor a través del cual circula la corriente eléctrica a medir y sobre este conductor descansa un sensor de efecto Hall que medirá el campo magnético generado por el conductor.
El sensor es el ACS712 disponible en tres versiones., 5UN, 20A e 30A, este sensor debe ser alimentado con 5V y nos proporciona una salida de voltaje que será proporcional al valor de corriente medido, El inconveniente de este dispositivo es que tenemos que interrumpir el circuito eléctrico como con el Shunt y conectarlo en serie con la carga., aunque la parte actual está aislada con la electrónica interna, tenemos que romper el circuito y tenemos límites de corriente.

Este sensor ya es modular con una placa, terminales y fuente de alimentación que se implementarán junto con un medidor externo (microcontrolador, voltímetro, osciloscopio, etcétera … ).

Transformador de corriente:

Este es un método muy común cuando necesitamos realizar mediciones de alta corriente, ya que es un método no invasivo y sin contacto, no tenemos que interrumpir el circuito a medir y esto nos proporciona corrientes de medición más altas, también se puede conocer como transmisión.

Un transformador de corriente es un transformador simple basado en dos devanados y un núcleo que facilita el circuito magnético entre ambos devanados al reducir las fugas magnéticas..

Este es un método ampliamente utilizado en pinzas de corriente., en el que pasamos un conductor dentro de ellos y luego medimos la corriente sin contacto.

Una desventaja del transformador de corriente en comparación con una derivación es que no es tan lineal como la derivación, el campo magnético que se genera en el conductor que pasa por el terminal es demasiado débil, por lo tanto, se utiliza un núcleo ferromagnético que aumenta la sensibilidad gracias a su mayor permeabilidad que favorece el circuito magnético., este núcleo ferromagnético no tiene una respuesta lineal y esto reduce la calidad de la medición.

Aunque esta bobina también se puede hacer sin un núcleo ferromagnético, con un núcleo de aire y esto es lineal, pero el aire tiene una permeabilidad mucho menor que la ferromagnética, por lo tanto, la inductancia de la bobina disminuye y para compensar esta disminución, debe aumentarse. el número de vueltas en el inductor.

Ley de amperios:

La ley de Ampere establece que una corriente eléctrica que fluye a través de un conductor produce un campo magnético., esta intensidad de campo es proporcional a la corriente que viaja el conductor.

El campo magnético generado en el conductor es un campo angular circular perpendicular al conductor..

Paloma:

segundo: campo magnético

dl: diferencial de longitud

u0: permeabilidad

yo: intensidad

Si resolvemos la integral cerrada, nos quedaremos con:

Restablecimiento de campo magnético:

Si aplicamos esta ley a un toroide en lugar de a un conductor directo:

Como podemos ver, agregamos la variable N en la cual insertaremos el número de vueltas que tiene el toroide, Para conocer claramente el valor del campo magnético, también debemos saber qué permeabilidad tiene el circuito magnético utilizado.

electrónica:

Hablaremos un poco’ de electrónica y el circuito creado para nuestro proyecto.

Como se mencionó anteriormente, para el sensor de corriente ACS712 o para la derivación, no necesitamos ningún otro circuito de acondicionamiento de señal, pero en el caso del toroide, necesitaremos convertir la corriente en voltaje y luego amplificarla para insertarla en el instrumento de medición.

El amplificador operacional como convertidor de corriente a voltaje, también conocido como configuración de transimpedancia.

Esta configuración produce un voltaje de salida proporcional a una corriente de entrada, con una impedancia de entrada muy baja.

A este convertidor de transimpedancia agregaremos un integrador como filtro de paso bajo con una frecuencia de corte cercana a 50Hz, Agregar un condensador de 330nF en paralelo a la resistencia de retroalimentación.

Finalmente usaremos otro amplificador para aumentar la ganancia del primero, También podemos usar una serie preestablecida para resistencia de retroalimentación para variar la ganancia y adaptar el medidor a nuestra escala.

Aquí podemos ver el circuito final., con la primera etapa de transimpedancia e integración, luego una segunda etapa de amplificación.

El circuito requiere una fuente simétrica para que la forma de onda no se deforme., por lo tanto, se creó una masa flotante.

El circuito integrado utilizado es un doble amplificador operacional de propósito general LM358, pero sería ideal usar uno del tipo de riel a riel como LMV358 para aprovechar toda la tensión de alimentación.

El toroide tiene un diámetro de 25 mm por 10 mm de ancho, ha sido hecho 10 gira y el cable a detectar pasa directamente por el centro.

saludos Amilcare