Sensor de corriente de compensación con derivación magnética. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
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El diseño descrito del sensor usado para medir corrientes altas difiere de dispositivos similares usados actualmente en presencia de una derivación magnética, lo que reduce el consumo de energía, el peso y las dimensiones del dispositivo.
Para medir corrientes altas (del orden de decenas de kiloamperios), el circuito clásico de un sensor de tipo compensación (Fig. 1), sobre el que se construyen los productos industriales [1], es inaceptable.
El principio de funcionamiento de tales sensores se basa en la compensación del campo magnético creado en el circuito magnético por la corriente medida por medio de la corriente del devanado de compensación. El transformador de corriente TA1 es un circuito magnético cerrado con un devanado que cubre un bus con una corriente medida, en cuyo espacio se instala un sensor Hall (U1). Cuando la corriente pasa a través del bus, se crea un flujo magnético en el circuito magnético que lo rodea, lo que hace que aparezca un voltaje proporcional a la corriente medida en el sensor Hall. Este voltaje, amplificado por un amplificador operacional (DA1) y un amplificador de potencia en los transistores VT1, VT2, provoca una corriente en el devanado TA1, que compensa el flujo magnético en el circuito magnético.
Para compensar el campo magnético creado, por ejemplo, por una corriente de 100 kA, la corriente a través del devanado de compensación debe ser igual a 100/n kA, donde n es el número de vueltas de este devanado. En este caso, la potencia del amplificador de salida y la masa del sensor pueden ser demasiado grandes.
Para reducir la corriente de compensación en el sensor propuesto (Fig. 2), el flujo magnético no se compensa en toda la sección del circuito magnético 2, sino en un área limitada con una resistencia magnética menor que la resistencia de todo el circuito magnético.
En el sitio de instalación del sensor Hall 3, donde el flujo magnético se bifurca (AB), la magnitud de la inducción magnética creada por la corriente medida I en el bus 1, B = μμ0I / 2l (en l "d), donde μ es la permeabilidad magnética del material del circuito magnético, μ0 es la permeabilidad magnética al vacío.
Para compensar el flujo magnético creado por la corriente medida en esta sección, la corriente del devanado de compensación 4 I1 = Vx2s1/μμ0 = Ixd/l.
La corriente del devanado de compensación I1 es menor que la corriente I medida en l/d veces, lo que permite implementar un sensor de peso y dimensiones aceptables.
En el sensor propuesto l=100 mm, d = 1 mm, por lo tanto, con una corriente medida de 100 kA, la corriente de compensación es creada por una corriente de 1/n kA, donde n es el número de vueltas del devanado de compensación.
Un sensor de compensación con derivación magnética de este diseño tiene las siguientes características.
- Corriente nominal medida, kA......20
- La corriente de pulso máxima medida con una duración de no más de 10 ms por 1 min, kA ..... 100
- Relación de transformación ...... 1/5000
- Corriente máxima de salida a la corriente medida 100 kA, mA......200
- Error básico para el valor de corriente nominal, no más de, %......1
- Corriente de polarización cero, no más de, mA......0,2
- Rango de frecuencia, kHz......0...10
- Dimensiones ventana para embarrado corriente, mm......40x120
- Sección transversal del circuito magnético, no menos de, mm......55
- Dimensiones, mm......200x200x100
- Peso, kg ...... no más de 3
La implementación de un diseño de este tipo es posible cuando se utiliza un circuito magnético con una inducción de alta saturación, por ejemplo, GAMMAMET 440C1 con una característica de magnetización lineal de hasta 1...1,2 T [2, 3].
Para reducir la influencia de los campos magnéticos externos, se recomienda utilizar dos circuitos magnéticos y sensores Hall en el diseño que se muestra en la fig. 3.
Aquí, el espacio l en el circuito magnético alrededor del bus 1 con corriente se divide en dos secciones iguales entre los circuitos magnéticos 2, 3. Se suman las corrientes de los devanados de compensación 6 y 7 en este circuito. Si el campo magnético externo en el sitio de instalación de uno de los sensores Hall (4 o 5) coincide en dirección con el campo magnético creado por la corriente medida, entonces en el sitio de instalación del otro sensor Hall es de dirección opuesta. Si las señales de los sensores Hall 4, 5, debido al campo magnético de la corriente medida, tienen la misma polaridad, entonces las señales del campo magnético externo de las pastillas de diferente polaridad y, por lo tanto, la señal resultante del campo magnético externo es cero
Un amplificador para un dispositivo de este tipo necesita uno de baja potencia: su consumo de corriente no supera los 0,25 A con una tensión de alimentación de +15 V.
Si es imposible comprar el circuito magnético necesario, puede usar los grados de acero eléctrico laminado en frío E310, E320, para los cuales la inducción de saturación también es bastante alta, y con un error de medición de alrededor del 1%, este material es bastante adecuado.
Literatura
- Folleto de la firma "LEM".
- Prospecto NPP "Gamma" (Ekaterimburgo).
- Starodubtsev Yu., Keilin V., Belozerov V. Núcleos magnéticos GAMMAMET. - Radio, 1999, N° 6, pág. 48-50.
Autor: A. Aldokhin, Chernihiv, Ucrania
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