Các kỹ thuật cảm biến hiện tại sử dụng các cảm biến hiện tại khác nhau

Dòng điện là một yếu tố rất quan trọng trong Điện tử hoặc Kỹ thuật Điện. Trong điện tử, dòng điện có thể có băng thông từ vài nano-ampe đến hàng trăm ampe. Phạm vi này có thể rộng hơn nhiều trong lĩnh vực Điện thường đến vài nghìn ampe, đặc biệt là trong Lưới điện. Có nhiều phương pháp khác nhau để cảm nhận và đo dòng điện bên trong mạch hoặc vật dẫn. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ thảo luận về cách đo dòng điện bằng các kỹ thuật cảm biến dòng điện khác nhau với những ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của chúng.

Cảm biến hiệu ứng Hall Phương pháp cảm biến hiện tại

Hiệu ứng Hall được phát hiện bởi nhà vật lý người Mỹ Edwin Herbert Hall và có thể được sử dụng để cảm nhận dòng điện. Nó thường được sử dụng để phát hiện từ trường và có thể hữu ích trong nhiều ứng dụng như Đồng hồ tốc độ, cảnh báo cửa, BLDC DIY.

Cảm biến Hall Effect tạo ra điện áp đầu ra phụ thuộc vào từ trường. Tỷ số của điện áp đầu ra tỷ lệ với từ trường. Trong quá trình cảm nhận dòng điện, dòng điện được đo bằng cách đo từ trường. Điện áp đầu ra rất thấp và cần được khuếch đại đến giá trị hữu ích bằng cách sử dụng bộ khuếch đại có độ lợi cao với tiếng ồn rất thấp. Ngoài mạch khuếch đại, cảm biến Hall Effect yêu cầu mạch bổ sung vì nó là một bộ chuyển đổi tuyến tính.

Ưu điểm:

1. Có thể được sử dụng với tần suất cao hơn.
2. Có thể sử dụng chính xác ở cả AC và DC.
3. Phương pháp dựa trên không liên hệ.
4. Sử dụng được trong môi trường gồ ghề.
5. Nó là đáng tin cậy.

Nhược điểm:

1. Cảm biến bị trôi và yêu cầu bù.
2. Yêu cầu mạch bổ sung cho đầu ra hữu ích.
3. Tốn kém hơn so với kỹ thuật dựa trên shunt.

Cảm biến Hall Effect được sử dụng trong đồng hồ kẹp cũng như trong nhiều ứng dụng cảm biến dòng điện Công nghiệp và Ô tô. Nhiều loại cảm biến hiệu ứng Hall tuyến tính có thể cảm nhận dòng điện từ vài mili-ampe đến hàng nghìn ampe. Do đó, Ứng dụng Giám sát Lưới điện Thông minh cũng sử dụng một loại cảm biến hiệu ứng Hall khác để theo dõi dòng điện dẫn.

Phương pháp cảm biến dòng điện cảm biến cổng thông lượng

Một cuộn cảm bão hòa là thành phần chính của kỹ thuật cảm biến Fluxgate. Do đó, cảm biến Fluxgate được gọi là Cảm biến dòng điện dẫn có thể bảo vệ. Lõi cuộn cảm được sử dụng cho cảm biến từ thông hoạt động trong vùng bão hòa. Mức độ bão hòa của cuộn cảm này có độ nhạy cao và bất kỳ mật độ từ thông bên trong hoặc bên ngoài nào cũng làm thay đổi mức độ bão hòa của cuộn cảm. Độ từ thẩm của lõi tỷ lệ thuận với mức bão hòa, do đó độ tự cảm cũng thay đổi. Sự thay đổi giá trị cuộn cảm này được phân tích bởi cảm biến cổng từ thông để cảm nhận dòng điện. Nếu dòng điện cao, độ tự cảm trở nên thấp hơn, nếu dòng điện thấp, độ tự cảm trở nên cao.

Cảm biến Hall Effect hoạt động tương tự như cảm biến fluxgate, nhưng có một điểm khác biệt giữa chúng. Sự khác biệt là ở vật liệu cốt lõi. Cảm biến Cổng thông lượng sử dụng cuộn cảm bão hòa nhưng cảm biến Hiệu ứng Hall sử dụng lõi không khí.

Trong hình ảnh trên, cấu tạo cơ bản của một cảm biến cổng từ thông được hiển thị. Có hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp quấn quanh một lõi cuộn cảm có thể bão hòa. Những thay đổi trong dòng điện có thể làm thay đổi độ từ thẩm của lõi dẫn đến sự thay đổi độ tự cảm trên cuộn dây kia.

Ưu điểm:

1. Có thể đo trong một dải tần số rộng.
2. Có độ chính xác tuyệt vời.
3. Độ lệch và độ trôi thấp.

Nhược điểm:

1. Tiêu thụ điện thứ cấp cao
2. Hệ số rủi ro tăng lên đối với nhiễu điện áp hoặc dòng điện trong dây dẫn chính.
3. Chỉ thích hợp cho DC hoặc AC tần số thấp.

Cảm biến Fluxgate được sử dụng trong Biến tần năng lượng mặt trời để cảm nhận dòng điện. Ngoài ra, việc đo dòng điện AC và DC vòng kín có thể dễ dàng thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến Cổng thông lượng. Phương pháp cảm biến dòng Flux Gate cũng có thể được sử dụng trong đo dòng rò, phát hiện quá dòng, v.v.

Phương pháp cảm biến hiện tại cuộn dây Rogowski

Cuộn dây Rogowski được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Walter Rogowski. Cuộn dây Rogowski được chế tạo bằng cách sử dụng cuộn lõi không khí hình xoắn ốc và quấn quanh dây dẫn mục tiêu để đo dòng điện.

Trong hình trên, cuộn dây Rogowski được hiển thị với mạch bổ sung. Mạch bổ sung là mạch tích hợp. Cuộn dây Rogowski cung cấp điện áp đầu ra tùy thuộc vào tốc độ thay đổi dòng điện trong dây dẫn. Cần có thêm một mạch tích hợp để tạo ra điện áp đầu ra tỷ lệ với dòng điện.

Ưu điểm:

1. Đó là một phương pháp tốt để phát hiện sự thay đổi dòng điện tần số cao nhanh chóng.
2. Hoạt động an toàn về xử lý cuộn dây thứ cấp.
3. Giải pháp chi phí thấp.
4. Tính linh hoạt trong việc xử lý do cấu tạo vòng hở.
5. Việc bù nhiệt độ không phức tạp.

Nhược điểm:

1. Chỉ thích hợp cho AC
2. Có độ nhạy thấp hơn máy biến dòng.

Cuộn dây Rogowski có nhiều ứng dụng. Ví dụ: đo dòng điện trong các mô-đun công suất lớn, đặc biệt trên MOSFETs hoặc bóng bán dẫn công suất cao hoặc trên IGBT. Cuộn dây Rogowski cung cấp tùy chọn đo linh hoạt. Vì phản ứng của cuộn dây Rogowski rất nhanh qua quá độ hoặc sóng hình sin tần số cao, nên nó là một lựa chọn tốt để đo quá độ dòng điện tần số cao trong đường dây điện. Trong phân phối điện hoặc trong lưới điện thông minh, cuộn dây Rogowski cung cấp tính linh hoạt tuyệt vời cho các phép đo hiện tại.

Phương pháp cảm biến dòng điện máy biến áp hiện tại

Biến dòng hay CT dùng để cảm nhận dòng điện bằng điện áp thứ cấp tỷ lệ với dòng điện trong cuộn thứ cấp. Nó là máy biến áp công nghiệp chuyển đổi giá trị lớn của điện áp hoặc dòng điện thành giá trị nhỏ hơn nhiều trong cuộn thứ cấp của nó. Phép đo được thực hiện trên đầu ra thứ cấp.

Trong hình ảnh trên, việc xây dựng được hiển thị. Nó là một máy biến áp CT lý tưởng với tỷ lệ sơ cấp và thứ cấp là 1: N. N phụ thuộc vào thông số kỹ thuật của máy biến áp. Tìm hiểu thêm về máy biến áp tại đây.

Ưu điểm:

1. Khả năng xử lý hiện tại lớn, nhiều hơn các phương pháp khác được hiển thị trong bài viết này.
2. Không yêu cầu mạch bổ sung.

Nhược điểm:

1. Yêu cầu bảo trì.
2. Hiện tượng trễ xảy ra do từ hóa.
3. Dòng sơ cấp cao bão hòa vật liệu lõi ferit.

Việc sử dụng chính của kỹ thuật đo dòng điện dựa trên máy biến áp CT là trong lưới điện do khả năng đo dòng điện rất cao. Một số đồng hồ kẹp cũng sử dụng một máy biến dòng để đo Dòng điện xoay chiều.

Phương pháp cảm biến dòng điện trở Shunt

Đây là phương pháp được sử dụng nhiều nhất trong các kỹ thuật cảm biến hiện nay. Kỹ thuật này dựa trên định luật Ohms.

Một điện trở có giá trị thấp mắc nối tiếp được sử dụng để cảm nhận dòng điện. Khi dòng điện chạy qua một điện trở có giá trị thấp, nó tạo ra hiệu điện thế trên điện trở.

Hãy lấy một ví dụ.

Giả sử dòng điện 1A chạy qua một điện trở 1 ohm. Theo định luật ohm Điện áp tương đương với điện trở x hiện tại. Do đó, khi dòng điện 1A chạy qua điện trở 1 ohm, nó sẽ tạo ra 1V trên điện trở. Công suất của điện trở là một yếu tố quan trọng cần được xem xét. Tuy nhiên, cũng có những điện trở có giá trị rất nhỏ trên thị trường, trong đó điện trở nằm trong phạm vi mili-ohms. Trong trường hợp như vậy, hiệu điện thế trên điện trở cũng rất nhỏ. Cần có bộ khuếch đại độ lợi cao để tăng biên độ của điện áp và cuối cùng, dòng điện được đo bằng cách sử dụng cơ sở tính toán ngược lại.

Một cách tiếp cận thay thế cho loại kỹ thuật cảm nhận dòng điện này là sử dụng dấu vết PCB làm điện trở shunt. Vì dấu vết đồng của PCB cung cấp điện trở rất nhỏ, người ta có thể sử dụng dấu vết để đo dòng điện. Tuy nhiên, trong một cách tiếp cận thay thế như vậy, một số phụ thuộc cũng là một mối quan tâm lớn để có được một kết quả chính xác. Yếu tố thay đổi trò chơi chính là nhiệt độ trôi đi. Tùy thuộc vào nhiệt độ, điện trở vết bị thay đổi dẫn đến kết quả lỗi. Một người cần phải bù đắp cho lỗi này trong ứng dụng.

Ưu điểm:

1. Giải pháp rất hiệu quả
2. Có thể làm việc ở AC và DC.
3. Thiết bị bổ sung không cần thiết.

Nhược điểm:

1. Không thích hợp cho hoạt động hiện tại cao hơn do tản nhiệt.
2. Phép đo Shunt làm giảm hiệu suất hệ thống không cần thiết do sự lãng phí năng lượng trên điện trở.
3. Trôi nhiệt gây ra lỗi trong ứng dụng nhiệt độ cao.

Ứng dụng của điện trở Shunt bao gồm đồng hồ đo amp kỹ thuật số. Đây là một phương pháp chính xác và rẻ hơn so với cảm biến Hiệu ứng Hall. Điện trở shunt cũng có thể cung cấp một đường dẫn điện trở thấp và cho phép dòng điện đi qua điểm này đến điểm khác trong mạch.

Làm thế nào để chọn phương pháp cảm biến dòng điện thích hợp?

Lựa chọn phương pháp thích hợp cho cảm biến hiện tại không phải là một điều khó khăn. Có một số yếu tố cần được xem xét để lựa chọn phương pháp phù hợp, như:

1. Độ chính xác là bao nhiêu là cần thiết?
2. Đo DC hoặc AC hoặc cả hai?
3. Công suất tiêu thụ là bao nhiêu?
4. Phạm vi hiện tại và băng thông được đo là gì?
5. Chi phí.

Ngoài những điều đó, độ nhạy chấp nhận được và loại bỏ nhiễu cũng cần được xem xét. Vì mọi yếu tố không thể được thỏa mãn, một số sự đánh đổi được thực hiện để thỏa hiệp một tính năng với tính năng kia tùy thuộc vào mức độ ưu tiên của yêu cầu ứng dụng.