lunes, 26 de febrero de 2024 · 0 min read
Transductores de corriente contra transformadores de corriente: ¿cuáles son las diferencias?
Aunque ambos son importantes en las aplicaciones de medición de corriente, los transformadores de corriente tienen que ver con la potencia, mientras que los transductores tienen que ver con las señales.
¿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 por razones de seguridad y para facilitar la medición. 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.
¿Qué es un transductor de corriente?
Los transductores de corriente se refieren a una variedad de dispositivos que a veces convierten la corriente en una forma diferente. Por lo general, convierten la corriente en voltaje para facilitar la medición mediante medidores e instrumentos de adquisición de datos (DAQ). En algunos casos también es posible la conversión a una salida digital.
¿Cómo funcionan los transformadores de corriente?
Un transformador de corriente (CT) funciona mediante el principio de inducción electromagnética. A principios del siglo XIX, Michael Faraday descubrió que un campo magnético cambiante inducía una fuerza electromotriz (EMF) en un conductor. La inducción electromagnética es el principio detrás del funcionamiento de generadores, transformadores y otros dispositivos eléctricos. En un transformador, una corriente cambiante en una bobina induce un EMF (voltaje) 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 determina el nivel de salida medido en la salida del secundario (A). En otras palabras, la corriente en el circuito secundario es la corriente en el primario (suponiendo un primario de una sola vuelta) dividida por el número de vueltas del secundario.
El devanado primario puede adoptar varias formas. Puede ser una barra colectora que pasa por el orificio central, una sola vuelta plana, un cable pesado enrollado alrededor de un núcleo y otras variaciones.
Los transformadores de corriente se utilizan a menudo en aplicaciones que implican corrientes muy altas. Tenga en cuenta que el devanado primario puede tener más de una vuelta, según la aplicación. Nuevamente, es la relación de devanados entre el primario y el secundario lo que determina la salida.
Los transformadores de corriente son conocidos por su alta precisión y linealidad dentro del intervalo de medición diseñado para manejar. Como resultado, se utilizan mucho en aplicaciones de generación y transmisión de energía. Debido a que están diseñados para rodear el devanado primario sin tocarlo, proporcionan aislamiento galvánico entre la corriente y los medidores y otros instrumentos de medición.
Los CT están disponibles en factores de forma de núcleo sólido y de núcleo dividido. Un núcleo sólido tiene forma toroidal (rosquilla), lo que significa que la barra colectora debe desconectarse de la alimentación para pasarla a través del núcleo.
En algunas aplicaciones esto no es factible, de ahí la invención de los CT de núcleo dividido, donde el núcleo está articulado para que pueda abrirse y cerrarse nuevamente para pasar la barra colectora. En la mayoría de los casos, un núcleo dividido provoca una pequeña reducción de la precisión, pero este factor de forma es necesario en algunas aplicaciones.
Las abrazaderas económicas con núcleo de hierro son otro ejemplo de transformadores de corriente. Funcionan según el mismo principio y pueden medir amperios de corriente alterna (AAC). Dewesoft ofrece abrazaderas con núcleo de hierro económicas diseñadas para medir hasta 5, 15, 200 y 1000 AAC RMS.
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 están destinados a manejar CA (AAC)
Los transformadores de corriente proporcionan una salida que es una división de la corriente original.
Se utilizan para seguridad y algunas aplicaciones de medición.
Aplicaciones de transformadores de corriente
Medición y Facturación, en entornos residenciales, comerciales e industriales.
Monitoreo de la calidad de la energía, manteniendo la energía estable y de alta calidad.
Relés de protección, detección de condiciones de sobre corriente y disparo de disyuntores.
Detección y Análisis de Fallas, detección de circuitos y otras fallas
Sistemas de Gestión Energética, monitoreando el flujo de corriente y analizando el consumo energético.
Energías renovables, seguimiento del rendimiento de los sistemas de energía solar y eólica.
Protección del motor, detectando niveles anormales para evitar daños.
Monitoreo de subestaciones, asegurando una distribución eficiente de la energía
Sistemas HVAC, optimización del rendimiento del motor y detección de fallos.
Control de Procesos Industriales, monitoreando los niveles de corriente adecuados
¿Qué hace un transductor de corriente?
A los transductores de corriente también se les suele denominar “sensores de corriente”. Convierten la corriente CA o CC en una forma que pueda monitorearse y registrarse más fácilmente (generalmente una señal de tensión).
Los transductores actuales se basan en una variedad de principios, incluidos los siguientes:
Efecto Hall,
derivaciones (shunts de corriente),
bobinas de rogowski,
Fibra óptica y
otras tecnologías.
Está más allá del alcance de este artículo describir en detalle cada una de estas tecnologías de detección actuales, por lo que para obtener más información, consulte nuestro artículo independiente, "Comparación y contraste de los principales tipos de sensores de corriente".
Aplicaciones actuales de transductores
Control de motores, controlando la velocidad, el par y la dirección de los motores eléctricos.
Inversores y variadores de frecuencia (VFD), retroalimentación para garantizar un funcionamiento eficiente.
Electrónica de Potencia, monitoreo de convertidores y rectificadores para optimizar la conversión de potencia.
Sistemas de Energías Renovables, monitoreo de corriente solar y eólica para optimizar la producción de energía.
Sistemas de suministro de energía ininterrumpida (UPS), monitorean el flujo de corriente durante las interrupciones de energía.
Sistemas de Gestión de Baterías, monitorizando las corrientes de carga y descarga para optimizar el rendimiento de la batería.
Monitoreo Energético, midiendo el consumo energético de los sistemas eléctricos.
Sistemas de calentamiento por inducción, que monitorean la corriente de la bobina de inducción para un rendimiento de calentamiento eficiente.
Calidad de Energía, midiendo y analizando armónicos y distorsiones, asegurando una salida de suministro de energía de alta calidad.
Sistemas de Seguridad Eléctrica, monitoreo de niveles de corriente, detección de fallas, activación de relés y sistemas de seguridad.
Comparación de transformadores de corriente con transductores de corriente
| Especificación | Transductores de Corriente | Transformadores de Corriente |
|---|---|---|
| Principio de Operación | Diversas tecnologías, incluido el efecto Hall, bobinas de Rogowski, etc. | Inducción electromagnética en un núcleo magnético. |
| Intervalo de Medición | Puede diseñarse para una amplia gama de corrientes, incluidas CC y CA. | Normalmente se utiliza para corrientes más altas, especialmente en sistemas de energía. |
| Tamaño y Peso | Generalmente pequeño y ligero | Más grande/más pesado cuando se usa para aplicaciones de alta potencia. |
| Exactitud | Depende de la tecnología específica utilizada. | Alto, especialmente cuando está destinado a aplicaciones de retorno de ingresos |
| Aislamiento | La mayoría de los tipos son aislados, pero no todos (p. ej., derivaciones) | Sí. No existe conexión física entre la fuente y la salida. |
| Costo | Depende de la tecnología específica utilizada. | Los costos iniciales pueden ser más altos, pero pueden ser necesarios para ciertas aplicaciones. |
| Respuesta en Frecuencia | Ciertos tipos ofrecen ancho de banda alto y muy alto (por ejemplo, bobinas DC-CT, FluxGate, Rogowsky) | Los CT diseñados para mediciones de potencia de 50/60 Hz tienen un ancho de banda relativamente limitado en comparación con algunas tecnologías de transductores actuales. |
| Flexibilidad a la salida | Puede ofrecer varias señales de salida (tensión, corriente, digital). | La corriente entrante simplemente se divide por una proporción conocida y puede requerir procesamiento adicional. |
| Instalación | Los tipos como pinzas y bobinas son más fáciles de usar/instalar, especialmente en espacios reducidos. | Es posible que requieran una instalación y alineación cuidadosas para un rendimiento óptimo. |
| Aplicaciones | Versátil y adecuado para diversas aplicaciones más allá de los sistemas de energía. | Utilizado principalmente en sistemas de energía para monitoreo y protección. |
Preguntas frecuentes
¿Los transductores y transformadores de corriente son adecuados para mediciones de CA y CC?
Los transformadores de corriente se utilizan normalmente para mediciones de CA, mientras que los transductores de corriente pueden diseñarse para mediciones de CA y CC.
¿Cuáles son las aplicaciones típicas de los transformadores y transductores de corriente?
Los TC se utilizan a menudo en relés de protección y medición de potencia dentro de la industria de energía eléctrica. Los transductores de corriente, con su capacidad de proporcionar señales detalladas, son capaces de servir en investigación y desarrollo, control de procesos, monitoreo de equipos y control de inversores, incluido el uso en los sectores de energía industrial y renovable.
¿Cuántos tipos de transformadores de corriente existen?
Los transformadores de corriente están disponibles en cuatro tipos principales y muchas subvariaciones:
Transformadores de corriente de ventana: Estos TC tienen forma de caja con un orificio central para un conductor de corriente primario. Contienen un devanado secundario circular alrededor de un núcleo dentro del conjunto. Para instalaciones que requieren una configuración no disruptiva, hay disponibles modelos de núcleo dividido. Además, los TC de secuencia cero, que detectan fallas a tierra monitoreando los desequilibrios de corriente a través de múltiples conductores, son otro tipo de TC de ventana.
Transformadores de corriente con casquillo: estos TC cuentan con devanados secundarios en un núcleo magnético, alojados en un aislante para uso de alto voltaje con equipos eléctricos. También existen versiones más pequeñas y de baja corriente.
Transformadores de corriente bobinados: estos TC tienen devanados primarios y secundarios distintos en un núcleo laminado, a menudo redondo o en forma de caja, adecuado para aplicaciones de circuitos secundarios de relación baja. Tienen cargas elevadas, lo que requiere una selección cautelosa basada en la carga de TC de origen.
Transformadores de corriente de barra: estos TC tienen forma de caja con una barra interna, que actúa como portadora de corriente primaria, rodeada por el devanado secundario dentro del conjunto. Las conexiones externas se utilizan para la corriente primaria y la lectura de la salida del secundario. Se utilizan en instalaciones fijas.
¿Se pueden calibrar los transductores de corriente?
Sí, casi cualquier sensor se puede calibrar, midiendo, perfilando y documentando su rendimiento de acuerdo con estándares internacionales. Los sistemas DAQ de Dewesoft pueden almacenar información de calibración de sensores y transductores y pueden aplicar curvas de corrección (tanto lineales como polinomiales) a sus salidas.
¿En qué se diferencian las salidas de los transductores de corriente y los transformadores de corriente?
Los transformadores de corriente generalmente generan una CA reducida, mientras que los transductores de corriente generan un voltaje, corriente, frecuencia o señal digital que corresponde a la corriente medida.
¿Pueden los transductores de corriente medir corrientes de alta frecuencia?
Sí, ciertos tipos de transductores de corriente pueden medir corrientes de alta frecuencia, a diferencia de los transformadores de corriente tradicionales que generalmente están limitados al rango de frecuencia industrial (50/60 Hz).
En términos de exactitud, ¿cómo se comparan los transductores de corriente con los transformadores de corriente?
Esto depende de los diseños, tipos y aplicaciones específicos. En general, los transductores de corriente ofrecen mayor precisión y la capacidad de medir tanto CA como CC con el mismo dispositivo, lo que es imposible con un TC tradicional.
¿Existen consideraciones de seguridad al elegir entre un transductor de corriente y un transformador de corriente?
Sí, debido a la medición aislada, los transductores de corriente a veces pueden proporcionar una interfaz más segura con sistemas de control de baja tensión. Los transformadores de corriente, por otro lado, pueden representar un riesgo para la seguridad si el lado secundario queda en circuito abierto mientras el primario está energizado.
¿Cómo se comparan los costos de los transductores de corriente con los de los transformadores de corriente?
Generalmente, los transductores de corriente son más costosos que los transformadores de corriente debido a la complejidad y la tecnología utilizada en los transductores.
¿Cómo se comparan los tamaños de los transductores de corriente con los de los transformadores de corriente para las mismas aplicaciones de clasificación de corriente?
Generalmente, los transductores de corriente son más pequeños, pero esto puede variar según los requisitos específicos de la aplicación y el diseño del dispositivo.
¿Los transductores y transformadores de corriente requieren calibración y con qué frecuencia?
Ambos pueden requerir calibración dependiendo de la precisión requerida para la aplicación, pero debido a la complejidad de los transductores de corriente, es posible que necesiten verificaciones de calibración más frecuentes.
Conclusiones
Además de los transformadores de corriente, existen muchos tipos de sensores y transductores de corriente. La elección de qué transformador o transductor de corriente utilizar depende de la aplicación. Cada tipo ofrece distintas capacidades, ventajas y desventajas.
Los ingenieros hacen selecciones basadas en una combinación de especificaciones de rendimiento, tamaño, durabilidad, costo, facilidad de uso y disponibilidad del producto. La buena noticia es que existe una amplia gama de opciones en lo que respecta a los dispositivos de medición actuales. Desde una confiable resistencia de derivación hasta el transductor DC-CT más avanzado de Dewesoft.