Princípio de funcionamento e características dos sensores de corrente de fluxo zero

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Neste artigo, discutiremos principalmente o sensor de corrente de banda larga de alta precisão para medição de potência e observação de forma de onda usando a tecnologia de fluxo zero. Para saber mais sobre sensores de corrente de uso geral para controle de qualidade de energia da rede, que são medidos em frequências comerciais (50 Hz e 60 Hz), consulte este artigo.

Mais de 50 anos se passaram desde que HIOKI lançou seu primeiro alicate de teste em 1971. Para alcançar alta precisão e desempenho de banda larga, HIOKI aderiu ao método de fluxo zero e desenvolveu tecnologia de conversão magnetoelétrica e dispositivos típicos como fluxgate e elementos Hall.

  • Aprenda o princípio de funcionamento dos sensores de corrente do método de fluxo zero projetados para medição de alto desempenho.
  • Entenda as características de cada método de detecção de corrente para selecionar o sensor de corrente correspondente que melhor se adapta à sua aplicação.

Principais tipos de sensores de corrente para medição de alto desempenho:

Principais tipos de sensores de corrente para medição de uso geral:

Como funciona um sensor de corrente de equilíbrio magnético?

O que é o método de fluxo zero?

  • Nota: A explicação abaixo é baseada na detecção quando um elemento Hall é usado.
  • 1. Um fluxo magnético (Φ) é produzido dentro do núcleo magnético pela corrente elétrica que flui no condutor que está sendo medido.
  • 2. Uma corrente elétrica secundária flui para o lado secundário do enrolamento de realimentação, a fim de anular o fluxo magnético produzido dentro do núcleo magnético. (O fluxo magnético do enrolamento de feedback é marcado como Φ')
  • 3. No entanto, nas regiões de baixa frequência resultantes de correntes contínuas, o fluxo magnético não pode ser cancelado e, portanto, permanece no circuito magnético. (O fluxo magnético restante no núcleo magnético sai para Φ-Φ')
  • 4. O elemento Hall detecta esse fluxo magnético remanescente (Φ-Φ'). Então, uma corrente de realimentação secundária é adicionada através de um circuito amplificador para cancelar o fluxo magnético remanescente (Φ-Φ').
  • 5. A corrente elétrica secundária então flui através da bobina e para dentro do resistor shunt (r). Esta corrente elétrica é uma soma da corrente do efeito CT (corrente gerada pela bobina) e do amplificador (corrente de feedback da detecção do elemento Hall). Isso produz uma tensão em seus terminais. A tensão de saída é proporcional à corrente medida.
  • Saída da sonda: Detecção de elemento Hall
  • Saída da sonda: Detecção Fluxgate

O método de fluxo zero fornece medição estável e de banda larga, de CC a altas frequências.

1. Princípio de funcionamento do método de fluxo zero: detecção de enrolamento (AC)

detecção de enrolamento de fluxo zero

O sensor de corrente do tipo de fluxo zero (tipo de detecção de enrolamento) atinge alto desempenho (alta precisão e ampla largura de banda) adicionando um circuito de realimentação negativa ao método básico de enrolamento.

  • No método de fluxo zero, a fim de anular o fluxo magnético (Φ) produzido dentro do núcleo magnético pela corrente CA que flui no condutor sendo medido, uma corrente elétrica secundária flui para o enrolamento de realimentação, induzindo um fluxo magnético secundário ( Φ').
  • No entanto, nas regiões de baixa frequência, o fluxo magnético (Φ-Φ') não pode ser cancelado e, portanto, permanece no circuito magnético.
  • A bobina de detecção detecta esse fluxo magnético restante (Φ-Φ'). Então, uma corrente de realimentação é adicionada através de um circuito amplificador para cancelar o fluxo magnético (Φ-Φ') nas regiões de baixa frequência.
  • Essa corrente elétrica secundária total flui para o resistor shunt, produzindo uma tensão nos terminais.
  • A tensão de saída é proporcional à corrente elétrica que flui no condutor que está sendo medido.

2. Princípio de funcionamento do método de fluxo zero: Detecção de Elemento Hall (DC/AC)

detecção de elemento hall de fluxo zero

O sensor de corrente do método de fluxo zero (tipo de detecção de elemento Hall) atinge alto desempenho (larga largura de banda e baixo ruído) adicionando um circuito de realimentação negativa ao método básico de elemento Hall.

  • No método de fluxo zero, a fim de anular o fluxo magnético (Φ) produzido dentro do núcleo magnético pela corrente CA que flui no condutor sendo medido, uma corrente elétrica secundária flui para o enrolamento de realimentação, induzindo um fluxo magnético secundário ( Φ').
  • No entanto, nas regiões de baixa frequência, o fluxo magnético (Φ-Φ') não pode ser cancelado e, portanto, permanece no circuito magnético.
  • O elemento Hall detecta esse fluxo magnético restante (Φ-Φ'). Então, uma corrente de realimentação é adicionada através de um circuito amplificador para cancelar o fluxo magnético (Φ-Φ') nas regiões de baixa frequência.
  • Essa corrente elétrica secundária total flui para o resistor shunt, produzindo uma tensão nos terminais.
  • A tensão de saída é proporcional à corrente elétrica que flui no condutor que está sendo medido.

3. Princípio de funcionamento do método de fluxo zero: detecção de fluxo (DC/AC)

detecção de fluxgate de fluxo zero

O sensor de corrente do método de fluxo zero (tipo de detecção de fluxgate) atinge alto desempenho (alta precisão, ampla largura de banda e ampla faixa de temperatura operacional) combinando o fluxgate e o circuito de realimentação negativa.

  • No método de fluxo zero, a fim de anular o fluxo magnético (Φ) produzido dentro do núcleo magnético pela corrente CA que flui no condutor sendo medido, uma corrente elétrica secundária flui para o enrolamento de realimentação, induzindo um fluxo magnético secundário ( Φ').
  • No entanto, nas regiões de baixa frequência, o fluxo magnético (Φ-Φ') não pode ser cancelado e, portanto, permanece no circuito magnético.
  • O fluxgate detecta este fluxo magnético remanescente (Φ-Φ'). Então, uma corrente de realimentação é adicionada através de um circuito amplificador para cancelar o fluxo magnético (Φ-Φ') nas regiões de baixa frequência.
  • Essa corrente elétrica secundária total flui para o resistor shunt, produzindo uma tensão nos terminais.
  • A tensão de saída é proporcional à corrente elétrica que flui no condutor que está sendo medido.

Características e aplicações de sensores de corrente de equilíbrio magnético

Tabela de comparação do método de fluxo zero

Detecção de enrolamento
(AC)		Detecção de elementos do corredor
(CC/CA)		Detecção Fluxgate
(CC/CA)
Características
  • A característica BH do núcleo magnético não é afetada e possui excelente linearidade, pois a realimentação negativa opera cancelando o fluxo magnético no núcleo magnético.
  • Uma ampla largura de banda é suportada pelas seguintes operações: utilizar a detecção de enrolamento e amplificador para a faixa de baixa frequência de 1 Hz e com o enrolamento de realimentação na faixa de alta frequência.
  • Dedicado a AC (DC não suportado)
  • A característica BH do núcleo magnético não é afetada e possui excelente linearidade, pois a realimentação negativa opera cancelando o fluxo magnético no núcleo magnético.
  • Uma ampla largura de banda é suportada pelas seguintes operações: utilize o elemento Hall e o amplificador para a faixa de baixa frequência de DC e com o enrolamento de realimentação na faixa de alta frequência.
  • O ruído é extremamente baixo pela tecnologia proprietária do elemento Hall.
  • Não é adequado para medições de longo prazo, devido às características do elemento Hall que está sujeito a desvios devido a fatores como temperatura e envelhecimento.
  • A característica BH do núcleo magnético não é afetada e possui excelente linearidade, pois a realimentação negativa opera cancelando o fluxo magnético no núcleo magnético.
  • Uma ampla largura de banda é suportada pelas seguintes operações: utilize o Fluxgate e o amplificador para a faixa de baixa frequência de DC e com o enrolamento de realimentação na faixa de alta frequência.
  • Como o fluxgate exibe um desvio de deslocamento extremamente pequeno em uma ampla faixa de temperatura, ele pode obter medições excepcionalmente precisas e estáveis, tornando esse tipo de sensor de corrente ideal para emparelhar com medidores de potência de alta precisão para uma precisão intransigente.
  • Como a frequência e os harmônicos da própria corrente de excitação se tornam fontes de ruído, os sensores de corrente que usam um fluxgate exibem um pouco mais de ruído do que um que usa um elemento Hall.
Inscrição
  • Para medidores de potência CA (alta precisão, a partir de 1 Hz)
  • Medição de potência de saída CA trifásica em várias aplicações industriais.
  • Para observação de forma de onda de banda larga DC/AC (baixo ruído)
  • Observação da forma de onda da corrente de espera, corrente de irrupção, corrente de carga, corrente de controle, etc. em várias aplicações industriais.
  • Para medidores de energia DC/AC (alta precisão, alta estabilidade, ampla faixa de temperatura)
  • Consumo de combustível e medição de custo de combustível para veículos híbridos e EV.
  • Medição de potência de alta precisão para várias aplicações industriais.
Soluções propostas pela HIOKIAlicate SENSOR 9272-05

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