lunes, 19 de febrero de 2024 · 0 min read
¿Cuáles son los principales tipos de sensores de corriente?
Hay muchos tipos diferentes de sensores y tecnologías que se utilizan para medir la corriente. Desde el conocido transformador de corriente hasta la última tecnología de flujo DC-CT®. Hoy en día existe una solución para casi todos los desafíos de medición actuales. En este artículo, analizaremos cada una de estas tecnologías. Compararemos y contrastaremos sus ventajas y desventajas, así como sus costes e idoneidades por aplicación.
¿Cuáles son los principales tipos de sensores de corriente?
Transformadores de corriente
Flujo para placas DC-CT®
Fluxgate/flujo cero
Efecto Hall de circuito abierto
Efecto Hall de circuito cerrado
Sensores de corriente de fibra óptica
Resistencia de derivación
Bobina de Rogowski
Comparación de varias tecnologías de sensores actuales.
| Tipo | Principio | Ventajas | Desventajas | Aplicaciones | Costo |
|---|---|---|---|---|---|
| Transformador de Corriente (CT) | La corriente inducida en un devanado secundario es proporcional a la corriente primaria. | Excelente precisión y alta confiabilidad. | El ancho de banda, el tamaño y el peso limitados pueden ser sustanciales. | Sistemas de potencia, protección, medida. | Moderado a alto |
| Platiše Flux (e.g., DC-CT®) | El campo magnético modula la permeabilidad de un material central. | Precisión muy alta, deriva de baja temperatura, bajo consumo de energía | El costo puede ser mayor en algunas aplicaciones | Precisión, mediciones de corriente de alto ancho de banda, análisis de potencia. | Moderado a alto |
| Fluxgate | El campo magnético modula la permeabilidad de un material central. | Alta precisión, baja histéresis. | Diseño complejo, mayor costo, sensibilidad a campos magnéticos, alto consumo de energía. | Mediciones de corriente de precisión, análisis de potencia. | Moderado a alto |
| Efecto Hall de Bucle Abierto | Un campo magnético induce un voltaje en un elemento Hall sin retroalimentación. | Diseño simple, rentable. | Susceptible a influencias externas, menor precisión. | Detección de corriente de uso general. | Moderado |
| Efecto Hall de Circuito Cerrado | Un campo magnético induce un voltaje; la retroalimentación se ajusta para mayor precisión. | Mayor precisión, mejor linealidad. | Diseño más complejo, mayor costo. | Aplicaciones de precisión, control de motores. | Moderado a alto |
| Fibra Óptica | El efecto Faraday induce un cambio en la polarización de la luz. | Excelente aislamiento eléctrico, apto para sistemas de alta tensión. | El ancho de banda limitado puede verse afectado por factores ambientales. | Entornos de alto voltaje y sensibles a EMI. | Alto |
| Resistencia de Derivación | Mide la caída de voltaje a través de una resistencia conocida en la ruta actual. | Sencillo y rentable. | La disipación de energía puede afectar la impedancia del circuito. | Fuentes de alimentación, monitoreo de baterías. | Bajo a Moderado |
| Rogowski Coil | El voltaje inducido en una bobina es proporcional a la tasa de cambio de corriente. | Flexible y no intrusivo, adecuado para formas de conductores irregulares. | La integración de señales requiere un procesamiento adicional. | Medición de corriente CA de alta frecuencia, análisis de calidad de energía. | Moderado |
Transformadores de corriente
¿Qué es un transformador de corriente?
La función principal de un transformador de corriente es dividir o "reducir" corrientes alternas muy altas a niveles más bajos para mayor seguridad y medición más fácil. No transforman la corriente en otra cosa, simplemente la dividen. Sus salidas reducidas se envían a amperímetros y otros instrumentos con fines de monitoreo, así como a relés y otros sistemas para aplicaciones de protección en sistemas de energía.
¿Cómo funcionan los transformadores de corriente?
Un transformador de corriente (CT) funciona mediante el principio de inducción electromagnética. Cambiar la corriente en un transformador induce una tensión en otra bobina al variar el flujo magnético. Un transformador de corriente tiene un devanado primario de una sola vuelta, también conocido como "primario de barra". Este primario transporta toda la corriente.
El devanado secundario (B) tiene muchas vueltas, cuya salida es una división de la corriente. La relación entre los devanados primario y secundario es lo que determina el nivel de salida que se mide en la salida del secundario (A).
Los transformadores de corriente son conocidos por su alta precisión y linealidad dentro del intervalo de medición para el que están diseñados. Como resultado, se utilizan mucho en aplicaciones de generación y transmisión de energía. Proporcionan aislamiento galvánico y se utilizan a menudo en aplicaciones que implican corrientes muy altas.
Los transformadores de corriente están disponibles en factores de forma de núcleo sólido y de núcleo dividido. Un núcleo sólido tiene forma de “rosquilla” toroidal. Esto significa que la barra colectora debe desconectarse de la alimentación para pasarla a través del núcleo. En algunas aplicaciones esto no es factible; un CT de núcleo dividido permite abrir el núcleo.
Las abrazaderas económicas con núcleo de hierro son otro ejemplo de transformadores de corriente. Funcionan según el mismo principio y, como resultado, solo pueden medir CAA.
Puntos clave del transformador de corriente
Los transformadores de corriente pueden manejar corrientes muy altas.
Los transformadores de corriente proporcionan una salida eléctricamente aislada.
Los transformadores de corriente manejan CA
Los transformadores de corriente proporcionan una salida que es una división de la corriente original.
Los transformadores de corriente se utilizan con fines de seguridad y para facilitar la medición.
Transductores de corriente Fluxgate
Los transductores de corriente Fluxgate utilizan el principio de modulación del flujo magnético para medir corrientes eléctricas. Tienen un núcleo magnético fabricado de un material muy permeable, como una aleación de níquel-hierro.
El núcleo magnético suele tener forma de toroide. El devanado primario está enrollado alrededor del núcleo magnético. La corriente que pasa por el devanado primario induce un campo magnético en el núcleo.
También se enrolla una bobina de excitación alrededor del núcleo magnético y se aplica una corriente alterna (CA). La CA genera un campo magnético que periódicamente satura y desmagnetiza el núcleo magnético, induciendo una modulación dentro del núcleo. Esta modulación induce una tensión alterna en el devanado secundario. Una bobina de retroalimentación proporciona retroalimentación a la bobina de excitación.
La salida de un sensor fluxgate es una representación precisa y de baja distorsión de la corriente primaria. La señal de salida suele tener la forma de una señal de CA de bajo voltaje que puede procesarse o convertirse adicionalmente para su uso en sistemas de medición y control.
Los transductores de corriente Fluxgate son capaces de ofrecer una alta precisión y, a menudo, se utilizan en aplicaciones donde las mediciones de corriente precisas son esenciales.
Transductores de corriente DC-CT®
La marca DC-CT representa un nuevo tipo de transductor CA/CC de flujo cero que utiliza la tecnología Platiše Flux Sensor. Ofrece ancho de banda mejorado, precisión, estabilidad y menor consumo de energía.
La reluctancia variable controlada por corriente es el corazón del DC-CT. Una especie de “bobinado infinito” está incrustado en un núcleo sin espacios que conserva todas las buenas propiedades de los materiales de alta permeabilidad.
El resultado es un nuevo tipo de sensor de flujo que lleva el nombre del inventor: Platiše (sensor de flujo). La marca DC-CT® es una marca registrada de ISOTEL. Dewesoft construye el sensor bajo licencia.
En comparación con los sensores basados en el efecto Hall, la solución DC-CT no crea un espacio de aire y conserva una sensibilidad e inmunidad muy altas a los campos magnéticos externos. Además, es independiente de la temperatura.
Mientras que un transductor fluxgate típico reinicia y desmagnetiza su núcleo repetidamente, el DC-CT tiene que hacerlo sólo ocasionalmente y es más eficiente energéticamente. Los sensores DC-CT pueden medir tanto CA como CD. Los modelos varían desde 2 A y hasta 2000 A, con un ancho de banda de -3 dB a 750 kHz, con una precisión objetivo desde 0,1% hasta 0,01%. Otros usos potenciales incluyen sensores de corriente residual CC/CA de clase B+.
Transductores de Corriente de Efecto Hall
Los sensores de corriente de efecto Hall utilizan el efecto Hall, que genera una tensión perpendicular al flujo de corriente en un conductor en presencia de un campo magnético.
El efecto Hall se refiere a la generación de una diferencia de tensión, conocida como tensión Hall, en un conductor eléctrico. Esta tensión se produce perpendicular a la corriente eléctrica que fluye a través del conductor y al campo magnético aplicado, que también es perpendicular a la corriente. Fue descubierto por Edwin Hall en 1879.
Los transductores de corriente de efecto Hall no tienen contacto, lo que proporciona aislamiento galvánico entre la fuente de corriente y su salida. A menudo se utilizan en aplicaciones donde el aislamiento es importante.
En la actualidad se encuentran disponibles transductores de corriente de efecto Hall de bucle abierto y de bucle cerrado. Los transductores de efecto Hall de bucle abierto proporcionan una tensión o corriente de salida proporcional a la fuerza del campo magnético. Esta salida no se controla ni compensa activamente. Los transductores de bucle abierto pueden verse afectados por la temperatura ambiente y los efectos del envejecimiento.
Transductor de corriente de efecto Hall de circuito cerrado
Los transductores de corriente de efecto Hall de circuito cerrado incorporan un mecanismo de retroalimentación para controlar activamente la salida del sensor Hall. Este circuito de retroalimentación ajusta la salida en respuesta a cambios en el campo magnético, compensando factores ambientales como la temperatura y proporcionando mediciones más estables y precisas.
Debido a su relativa complejidad, los sensores de circuito cerrado pueden ser más caros que los sensores de corriente de circuito abierto. Pero cuando es importante una mayor precisión y estabilidad, los transductores de circuito cerrado son una mejor opción.
Transductores de Corriente de Bobina de Rogowski
Las bobinas de Rogowski son bobinas flexibles con núcleo de aire que rodean un conductor que transporta corriente. Generan una tensión proporcional a la tasa de cambio de corriente. El principio detrás de las bobinas de Rogowski implica la detección de la tasa de cambio de la corriente a lo largo del tiempo, y son más efectivas cuando miden corrientes dinámicas o que cambian rápidamente, como las que se encuentran en los circuitos de CA. No se aplican a las solicitudes de DC.
Las bobinas de Rogowski son físicamente flexibles y livianas. Sus bucles de medición están disponibles en una amplia variedad de circunferencias. Su diseño facilita la conexión alrededor de conductores existentes.
Transductores de corriente con resistencia en derivación:
Las resistencias en derivación están conectadas en serie con la carga en un circuito eléctrico. La carga suele ser el circuito primario y la resistencia en derivación crea una ruta paralela para el flujo de corriente. Empleando la ley de Ohm, la corriente que fluye a través de la derivación produce una caída de voltaje proporcional a la corriente.
Las resistencias en derivación están diseñadas para tener una resistencia relativamente baja para minimizar la caída de tensión a través de ellas. Esto garantiza que el impacto en el circuito original sea mínimo y que la medición sea precisa.
Las resistencias en derivación son adecuadas para aplicaciones de corriente alta y baja y se pueden usar en sistemas de CA y CC. Las resistencias de derivación se encuentran en amperímetros, sistemas de gestión de baterías, fuentes de alimentación, sistemas de control de motores y miles de otras aplicaciones.
Transductores de Corriente de Fibra Óptica
Los transductores de corriente de fibra óptica utilizan el efecto Faraday, donde la polarización de la luz que pasa a través de un bucle de fibra óptica cambia en respuesta al campo magnético inducido por la corriente. El núcleo del transductor de fibra óptica contiene un material magnetoóptico que es sensible a los cambios en el campo magnético.
Los transductores de corriente de fibra óptica se encuentran comúnmente en aplicaciones de alta tensión y alta potencia, como sistemas de distribución de energía y subestaciones eléctricas, donde el aislamiento eléctrico y las mediciones de corriente precisas son fundamentales. Ofrecen ventajas en términos de seguridad, confiabilidad y rendimiento en entornos con alta interferencia electromagnética.
Conclusión
La elección de un sensor de corriente depende de los requisitos específicos de la aplicación. Los CT son confiables para mediciones de CA de alta corriente. El DC-CT® de Dewesoft es adecuado para mediciones de CA y CC de alta gama. Los sensores de efecto Hall ofrecen versatilidad y los sensores especializados, como la fibra óptica, son adecuados para entornos de alta tensión.
Los costos varían, y los métodos tradicionales como los CT y las derivaciones de resistencia son más económicos en comparación con los sensores de alta precisión como los sensores de flujo, fibra óptica y efecto Hall.