Sensor de corrente de compensação com shunt magnético. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
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O projeto descrito do sensor usado na medição de altas correntes difere dos dispositivos similares usados atualmente na presença de um shunt magnético, o que reduz o consumo de energia, o peso e as dimensões do dispositivo.
Para medir altas correntes (da ordem de dezenas de quiloampères), o circuito clássico de um sensor do tipo compensação (Fig. 1), no qual os produtos industriais são construídos [1], é inaceitável.
O princípio de operação de tais sensores é baseado na compensação do campo magnético criado no circuito magnético pela corrente medida por meio da corrente do enrolamento de compensação. O transformador de corrente TA1 é um circuito magnético fechado com enrolamento, cobrindo um barramento com uma corrente medida, no vão do qual está instalado um sensor Hall (U1). Quando a corrente passa pelo barramento, um fluxo magnético é criado no circuito magnético que o envolve, fazendo com que uma tensão proporcional à corrente medida apareça no sensor Hall. Essa tensão, amplificada por um amplificador operacional (DA1) e um amplificador de potência nos transistores VT1, VT2, causa uma corrente no enrolamento TA1, que compensa o fluxo magnético no circuito magnético.
Para compensar o campo magnético criado, por exemplo, por uma corrente de 100 kA, a corrente no enrolamento de compensação deve ser igual a 100/n kA, onde n é o número de voltas desse enrolamento. Nesse caso, a potência do amplificador de saída e a massa do sensor podem ser muito grandes.
Para reduzir a corrente de compensação no sensor proposto (Fig. 2), o fluxo magnético é compensado não em toda a seção do circuito magnético 2, mas em uma área limitada com uma resistência magnética menor que a resistência de todo o circuito magnético.
No local de instalação do sensor Hall 3, onde o fluxo magnético se bifurca (AB), a magnitude da indução magnética criada pela corrente medida I na barra 1, B = μμ0I / 2l (em l "d), onde μ é a permeabilidade magnética do material do circuito magnético; μ0 é a permeabilidade magnética ao vácuo.
Para compensar o fluxo magnético criado pela corrente medida nesta seção, a corrente do enrolamento de compensação 4 I1 = Vx2s1/μμ0 = Ixd/l.
A corrente do enrolamento de compensação I1 é menor que a corrente medida I em l/d vezes, o que possibilita a implementação de um sensor de peso e dimensões aceitáveis.
No sensor proposto l=100 mm, d = 1 mm, portanto, com uma corrente medida de 100 kA, a corrente de compensação é criada por uma corrente de 1/n kA, onde n é o número de voltas do enrolamento de compensação.
Um sensor de compensação com um shunt magnético deste projeto possui as seguintes características.
- Corrente medida nominal, kA......20
- A corrente máxima de pulso medida com duração não superior a 10 ms por 1 min, kA ..... 100
- Relação de transformação ...... 1/5000
- Corrente máxima de saída na corrente medida 100 kA, mA......200
- Erro básico para o valor de corrente nominal, não mais que, %......1
- Corrente de polarização zero, não mais que, mA......0,2
- Faixa de frequência, kHz......0...10
- Dimensões da janela para barramento de corrente, mm......40x120
- Seção transversal do circuito magnético, não inferior a, mm......55
- Dimensões, mm......200x200x100
- Peso, kg ...... não mais que 3
A implementação de tal projeto é possível ao usar um circuito magnético com uma indução de alta saturação, por exemplo, GAMMAMET 440C1 com uma característica de magnetização linear de até 1...1,2 T [2, 3].
Para reduzir a influência de campos magnéticos externos, é aconselhável usar dois circuitos magnéticos e sensores Hall no projeto mostrado na fig. 3.
Aqui, a lacuna l no circuito magnético em torno da barra 1 com corrente é dividida em duas seções iguais entre os circuitos magnéticos 2, 3. As correntes dos enrolamentos de compensação 6 e 7 neste circuito são somadas. Se o campo magnético externo no local de instalação de um dos sensores Hall (4 ou 5) coincidir na direção com o campo magnético criado pela corrente medida, então no local de instalação do outro sensor Hall é oposto na direção. Se os sinais dos sensores Hall 4, 5, devido ao campo magnético da corrente medida, tiverem a mesma polaridade, então os sinais do campo magnético externo são captadores de polaridade diferente e, portanto, o sinal resultante do campo magnético externo é zero.
Um amplificador para tal dispositivo precisa de um de baixa potência - seu consumo de corrente não é superior a 0,25 A com uma tensão de alimentação de +15 V.
Se for impossível adquirir o circuito magnético necessário, você pode usar aços elétricos laminados a frio E310, E320, para os quais a indução de saturação também é bastante alta e com um erro de medição de cerca de 1%, este material é bastante adequado.
Literatura
- Prospecto da empresa "LEM".
- Prospect NPP "Gamma" (Yekaterinburg).
- Starodubtsev Yu., Keilin V., núcleos magnéticos Belozerov V. GAMMAMET. - Rádio, 1999, n.º 6, p. 48-50.
Autor: A. Aldokhin, Chernihiv, Ucrânia
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