Détection de courant

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Méthodes de détection du courant afin de trouver celui qui convient le mieux à la mesure.

Shunter:

la méthode la plus simple consiste à utiliser un shunt que nous pouvons acheter ou faire vous-même avec un fil de très faible valeur ou avec une résistance de puissance.

Comme nous pouvons le voir dans l'image ci-dessus, il y a plusieurs shunts, il existe également de nombreuses cartes encapsulées pour les circuits imprimés THT ou SMD, clairement ce dernier de puissance inférieure, mais fondamentalement, ces shunts répondent à la loi d'Ohm , où nous avons un fil qui a une valeur de résistance spécifique, par exemple 0,1 ohm, cela signifie que si un courant de 10 A y circule, nous devrons mesurer une tension aux bornes de shunt qui sera

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

comme nous pouvons le voir en appliquant la loi d'Ohm, nous pouvons savoir inversement quel courant traverse le circuit simplement en mesurant la tension dans le shunt.
Malheureusement, les shunts sont difficiles à obtenir ou coûteux, pour cela, nous pouvons le remplacer par une résistance de puissance, par exemple une résistance céramique 0.1R 10W, mais il faudra tenir compte de la puissance de dissipation de 10W, pour la loi de puissance d'Ohm où

P = I ^ 2 * R ,

résoudre l'équation, nous pouvons savoir quel est le courant maximum que nous pouvons faire circuler à travers la résistance de 0,1R 10W sans dépasser 10W,

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

signifie que le courant maximum pour circuler dans cette résistance sera de 10A, si par exemple on connecte une charge qui consomme 6,5 A cette époque, selon la loi de ohm, nous devons mesurer une tension de

V = I * R = 6,5 A * 0.1R = 0,65 V = 650 mV

et la puissance de dissipation dans cette résistance sera

P = I ^ 2 * R = 6,5A ^ 2 * 0.1R = 4,22 W.

L'avantage d'utiliser cette méthode de détection de courant est que la résistance est une composante linéaire, ce qui signifie que la valeur de tension proportionnelle au courant qui la traverse sera linéaire.

Le contre est que la résistance est un composant de contact qui doit être dans le circuit pour être mesuré, il n'est en aucune façon isolé.

Ici, nous voyons un exemple de détection de courant pour mesurer le courant d'une lampe de 100 W alimenté un 230 V CA, la tension mesurée dans la résistance est 0,0435 V, si nous appliquons la loi d'Ohm, nous pouvons calculer

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

SALLE:
une méthode de mesure hybride est appelée effet Hall, l'effet Hall est la différence de potentiel générée par la séparation des charges du champ électrique à l'intérieur d'un conducteur à travers lequel circule un courant électrique.
Si nous prenons un certain canal électrique et faisons circuler un courant électrique dans une direction, il y aura une tendance à générer une séparation entre les charges électriques qui sont orthogonales au flux du courant appliqué, en soumettant ce conducteur à un champ magnétique, Les charges situées aux extrémités orthogonales du courant augmentent et ces charges provoquent une différence de potentiel qui peut être mesurée avec un voltmètre et qui sera proportionnelle au champ magnétique qui lui est appliqué.

Un capteur à effet Hall peut être trouvé dans différents formats, mais un très commun est en encapsulation similaire à un transistor à faible signal, par exemple UGN3503 est un capteur à effet Hall analogique (il y a aussi des sorties numériques, avec protocole de données , avec 3 axes, 6 axes, etc. …) La seule chose dont nous avons besoin pour polariser le capteur UGN3503 est une source 5 V est un multimètre pour mesurer sa sortie.

La figure ci-dessous montre un moyen de détecter le courant à l'aide d'une bobine de capteur avec un noyau toroïdal.

Il existe actuellement de nombreux types de capteurs à effet Hall et de capteurs de courant, mais il y en a un très populaire conçu exclusivement pour détecter le courant (alterné ou direct) basé sur un circuit intégré doté d'un capteur à effet Hall à l'intérieur, le même intérieur a un conducteur à travers lequel circule le courant électrique à mesurer et sur ce conducteur repose un capteur à effet Hall qui mesurera le champ magnétique généré par le conducteur.
Le capteur est l'ACS712 disponible en trois versions, 5UNE, 20A e 30A, ce capteur doit être alimenté en 5V et nous fournit une sortie de tension qui sera proportionnelle à la valeur de courant mesurée, le contre de cet appareil est qu'il faut interrompre le circuit électrique comme avec le shunt et le connecter en série avec la charge, bien que la partie actuelle soit isolée avec l'électronique interne, nous devons rompre le circuit et nous avons des limites de courant.

Ce capteur est déjà modulaire avec une carte, bornes et alimentation électrique à mettre en œuvre avec un compteur externe (microcontrôleur, voltmètre, oscilloscope, etc. … ).

Transformateur de courant:

Il s'agit d'une méthode très courante lorsque nous devons effectuer des mesures de courant élevé, car c'est une méthode non invasive et sans contact, nous n'avons pas besoin d'interrompre le circuit à mesurer et cela nous fournit des courants de mesure plus élevés, il peut également être appelé streaming.

Un transformateur de courant est un simple transformateur basé sur deux enroulements et un noyau qui facilite le circuit magnétique entre les deux enroulements en réduisant les fuites magnétiques.

Il s'agit d'une méthode largement utilisée dans les pinces actuelles, dans lequel nous passons un conducteur à l'intérieur d'eux, puis mesurons le courant sans contact.

Un inconvénient du transformateur de courant par rapport à un shunt est qu'il n'est pas aussi linéaire que le shunt, le champ magnétique généré dans le conducteur traversant la borne est trop faible, on utilise donc un noyau ferromagnétique qui augmente la sensibilité grâce à sa plus grande perméabilité qui favorise le circuit magnétique, ce noyau ferromagnétique n'a pas de réponse linéaire et cela réduit la qualité de la mesure.

Bien que cette bobine puisse également être réalisée sans noyau ferromagnétique, avec un noyau d'air, ce qui est linéaire, mais l'air a une perméabilité beaucoup plus faible que ferromagnétique, donc l'inductance de la bobine diminue et pour compenser cette diminution, doit être augmenté. le nombre de tours dans l'inductance.

Loi de l'ampère:

La loi d'Ampère stipule qu'un courant électrique traversant un conducteur produit un champ magnétique, cette intensité de champ est proportionnelle au courant parcouru par le conducteur.

Le champ magnétique généré dans le conducteur est un champ angulaire circulaire perpendiculaire au conducteur.

Colombe:

B: champ magnétique

dl: différentiel de longueur

u0: perméabilité

je: intensité

Si nous résolvons l'intégrale fermée, nous resterons avec:

Réinitialisation du champ magnétique:

Si nous appliquons cette loi à un tore plutôt qu'à un conducteur droit:

Comment peut-on voir, nous avons ajouté la variable N dans laquelle nous insérerons le nombre de tours du tore, pour connaître clairement la valeur du champ magnétique, il faut aussi connaître la perméabilité du circuit magnétique utilisé.

électronique:

Nous allons parler un peu’ de l'électronique et du circuit créé pour notre projet.

Comme mentionné précédemment, pour le capteur de courant ACS712 ou pour le shunt, nous n'avons besoin d'aucun autre circuit de conditionnement de signal, mais dans le cas du tore, nous devrons convertir le courant en tension, puis l'amplifier pour l'insérer dans l'instrument de mesure.

L'amplificateur opérationnel en tant que convertisseur courant-tension, également connu sous le nom de configuration de transimpédance.

Cette configuration produit une tension de sortie proportionnelle à un courant d'entrée, avec une très faible impédance d'entrée.

À ce convertisseur de transimpédance, nous ajouterons un intégrateur comme filtre passe-bas avec une fréquence de coupure proche de 50 Hz, ajout d'un condensateur 330nF en parallèle à la résistance de rétroaction.

Enfin, nous utiliserons un autre amplificateur pour augmenter le gain du premier, nous pouvons également utiliser un préréglage en série pour la résistance de rétroaction pour faire varier le gain et adapter le mètre à notre échelle.

Ici, nous pouvons voir le circuit final, avec la première étape de transimpédance et d'intégration, puis une deuxième étape d'amplification.

Le circuit nécessite une source symétrique pour que la forme d'onde ne se déforme pas, donc une masse flottante a été créée.

Le circuit intégré utilisé est un double amplificateur opérationnel polyvalent LM358, mais il serait idéal d'utiliser l'un des types Rail-to-Rail tel que LMV358 pour profiter de toute la tension d'alimentation.

Le tore a un diamètre de 25 mm par 10 mm de large, ont été faites 10 tourne et le câble à détecter passe directement par le centre de celui-ci.

Amilcare Salutations