Osnove senzora struje

Senzori struje su ili s otvorenim ili sa zatvorenim krugom. Senzori struje otvorene petlje mjere izmjeničnu i istosmjernu struju i pružaju električnu izolaciju između izmjerenog kruga i izlaza senzora (primarna struja se mjeri bez električnog kontakta s primarnim krugom, osiguravajući galvansku izolaciju). Jeftiniji senzori struje otvorene petlje u odnosu na njihove rođake zatvorene petlje općenito su preferirani u baterijskim krugovima s obzirom na zahtjeve za niskom radnom snagom i male značajke stopala.

Senzori zatvorene petlje mjere izmjeničnu i istosmjernu struju i pružaju električnu izolaciju. Nude brz odziv, visoku linearnost i nanošenje niskih temperatura. Trenutni izlaz senzora zatvorene petlje je relativno imun na električni šum. Senzor zatvorene petlje ponekad se naziva i „Zero-Flux“ senzor, jer njegov Hall-Effect senzor vraća suprotnu struju u sekundarni svitak, namotan na magnetskoj jezgri, i to na nulu fluksa proizvedenog u magnetskoj jezgri primarnom strujom. Senzori zatvorene petlje često su senzori izbora kad je bitna visoka točnost.

Pogledajmo sada bliže obje vrste, počevši od senzora s otvorenom petljom.

Senzori struje otvorene petlje sastoje se od Hall senzora postavljenog u zračni otvor magnetske jezgre (Sl. 1). Vodič proizvodi magnetsko polje usporedivo sa strujom. Magnetsko polje koncentrirano je jezgrom, a mjeri Hall senzor. Signal iz Halovog generatora je slab, pa je pojačan, a upravo taj pojačani signal postaje izlaz senzora. Senzori s otvorenom petljom obično imaju sklop koji omogućuje kompenzaciju temperature i kalibrirani izlaz visokog napona. Iako imaju definitivnu cjenovnu prednost u odnosu na kolege zatvorene petlje, njihova je slaba strana što mogu biti skloni zasićenju i padu temperature. Pomak se može donekle umanjiti, ubrizgavanjem pozitivnog koeficijenta u regulacijsku struju kako bi se smanjio pomicanje osjetljivosti na temperaturu.

Slika 1: Ilustracija osnovnog principa i strukture Hall-Effect senzora struje otvorene petlje. (Ljubaznošću Honeywella).

Gledajući s slike 1, ako se pogonska struja u otvorenom sustavu petlje upravlja pomoću izvora konstantne struje i diferencijalni napon Halla pojačan, izlazni napon proporcionalan samo primarnoj struji može se dobiti elektroničkim krugom.

Jedan primjer je HMS serija Otvorena petlja s efektom površinske montaže pomoću LEM (Sl. 2). Senzor ima galvansku izolaciju između primarnog i sekundarnog kruga; Ispitni napon izolacije 4300 V; mala potrošnja energije; 12 mm, izuzetno niskog profila; jedno napajanje +5 V; i fiksni offset i dobitak.

Slika 2: Pretvornik s otvorenom petljom Hall-Effect serije HMS. (Ljubaznošću LEM-a).

Primarno se koristi u industrijskim primjenama za izmjenične brzine s izmjeničnom brzinom, statičke pretvarače za jednosmerne pogonske motore, aplikacije koje se isporučuju iz baterija, neprekidno napajanje s uključenim načinom napajanja i napajanje za zavarivanje.

Drugi primjer su minijaturni žičani senzori otvorene struje CSLW serije Honeywell (slika 3). Serija sadrži SS490 seriju minijaturnih omjer proporcionalnosti, linearnih Hall-efekt senzora, a senzorski je element uložen u plastični paket koji se može montirati na PCB. Trenutačni sklop senzora sastoji se od senzora, kolektoru fluksa, kućišta i žičane zavojnice.

Slika 3: Minijaturni žičani senzor struje otvorene petlje Honeywell CSLW. (Ljubaznošću Honeywella).

U ovom slučaju, ožičeni dizajn s otvorenom petljom ima više okretaja za veću osjetljivost. Ostale značajne značajke uključuju mjerenje izmjeničnog i istosmjernog struja, linearni ratiometric izlaz, strujni potop ili izlazni izvor za fleksibilnost sučelja, nizak gubitak umetanja, brzo vrijeme odziva, kompaktne veličine i precizno, jeftino istraživanje. Aplikacije uključuju robotiku, pogone promjenjive brzine, industrijsku kontrolu procesa, kontrolu motora u uređajima, HVAC, zaštitu od prekomjernog struja i trenutačno nadgledanje elektroničkih krugova.

Brz odziv i visoka točnost

U usporedbi s otvorenim krugom, senzori zatvorene petlje mjere izmjeničnu i istosmjernu struju i osiguravaju električnu izolaciju, brz odziv, visoku linearnost i odljev niskih temperatura. Njihov trenutni izlaz impresivno je imun na električni šum. Poznati po visokoj točnosti, sastoje se od Hallovog generatora ugrađenog u zračni razmak magnetske jezgre, zavojnice oko jezgre i strujnog pojačala. Provodnik struje smješten kroz otvor senzora stvara magnetsko polje proporcionalno struji. Ovo polje koncentrira jezgra i osjeti Hall-ov generator. Hallov generator spojen je na ulaz trenutnog pojačala, koje pokreće zavojnicu. Struja kroz zavojnicu stvara suprotno polje, koje struja pruža kroz otvor.

Izlaz ovog senzora proporcionalan je i struji blende i broju okretaja zavojnice. Ako je neto primarna struja kroz otvor trenutnog pretvarača I, broj okretaja u kompenzacijskom namotu je N, a struja u kompenzacijskom namotu je i, tada je u stanju nultog toka I = Ni.

Izlazna struja osjetnika zatvorene petlje pretvara se u vrijednost napona povezivanjem otpornika na izlaz senzora i mase. Odabir vrijednosti otpornika može rezultirati skaliranjem izlaza.

Primjer strujnog pretvarača s izvrsnom preciznošću, dobrom linearnošću i vrlo niskim temperaturnim nagibom je LTS 25-NP iz LEM-a (Sl.4). Uređaj je pretvarač struje višestrukog raspona zatvorenog kruga (kompenzirani) koristeći Hall-ov efekt. Ključne značajke uključuju:

· Unipolarni napon

· Izolirana plastična futrola prepoznata u skladu s UL 94-V0

· Kompaktan dizajn za ugradnju na PCB

· Ugrađeni mjerni otpor

· Prošireno područje mjerenja.

Slika 4: LEM LTS 25-NP osjetnik struje u zatvorenoj petlji. (Ljubaznošću LEM-a).

Aplikacije za uređaj primarno su u industrijskoj domeni i uključuju izmjenične izmjenične brzine i servo-moto pogone, statičke pretvarače za jednosmerne pogonske motore, baterije koje se isporučuju s baterijama, neprekidne napajanje, sklopljene sklopke napajanja i napajanje za zavarivanje.

Sažetak

Iako obje vrste senzora mogu biti ekonomične ovisno o zahtjevima primjene, senzori s otvorenom petljom pružaju najbolju prednost u troškovima u rasponima visokih struja (preko 100 A). Oni su ujedno i najmanje veličine i težine. Oni održavaju konstantnu potrošnju energije bez obzira na osjetljivu struju. Cjenovna prednost otvorenih senzora može se ostvariti samo za aplikacije kod kojih temperaturne razlike mogu biti ograničene.

S druge strane, senzori struje u zatvorenoj petlji pogodniji su za komercijalne i industrijske primjene, gdje se obično nalaze. Ovi senzori imaju najveću preciznost pri sobnoj i visokoj temperaturi. Idealni su za bučno okruženje i njihov se izlaz lako pretvara u napon.

Za više informacija kontaktirajte nas na sales@xfullstar.com