O básico dos sensores de corrente

Os sensores de corrente são de malha aberta ou fechada. Os sensores de corrente de malha aberta medem as correntes CA e CC e fornecem isolamento elétrico entre o circuito que está sendo medido e a saída do sensor (a corrente primária é medida sem contato elétrico com o circuito primário, fornecendo isolamento galvânico). Menos caros que seus primos de circuito fechado, os sensores de corrente de circuito aberto geralmente são os preferidos em circuitos alimentados por bateria, devido aos baixos requisitos de energia operacional e aos pequenos recursos.

Os sensores de malha fechada medem as correntes CA e CC e fornecem isolamento elétrico. Eles oferecem resposta rápida, alta linearidade e desvio de temperatura baixa. A saída de corrente do sensor de circuito fechado é relativamente imune ao ruído elétrico. O sensor de circuito fechado às vezes é chamado de sensor 'Zero-Flux' porque seu sensor Hall-Effect alimenta uma corrente oposta em uma bobina secundária, enrolada no núcleo magnético para zerar o fluxo produzido no núcleo magnético pela corrente primária. Sensores de circuito fechado são frequentemente os sensores de escolha quando alta precisão é essencial.

Vamos agora examinar mais de perto os dois tipos, começando com os sensores de malha aberta.

Os sensores de corrente de malha aberta consistem em um sensor Hall montado no espaço de ar de um núcleo magnético (Fig. 1). Um condutor produz um campo magnético comparável à corrente. O campo magnético é concentrado pelo núcleo e medido pelo sensor Hall. O sinal do gerador Hall é baixo, por isso é amplificado e é esse sinal amplificado que se torna a saída do sensor. Os sensores de malha aberta normalmente possuem circuitos que fornecem compensação de temperatura e saída de tensão de alto nível calibrada. Embora tenham uma vantagem de preço definitiva sobre as contrapartes em circuito fechado, sua desvantagem é que elas podem ser propensas a saturação e variação de temperatura. O desvio pode ser minimizado até certo ponto, no entanto, injetando um coeficiente positivo na corrente de controle para reduzir o desvio na sensibilidade sobre a temperatura.

Figura 1: Ilustração do princípio básico e da estrutura do sensor de corrente de loop aberto com efeito Hall. (Cortesia de Honeywell).

Observando a Fig. 1, se a corrente do inversor em um sistema de malha aberta for controlada usando uma fonte de corrente constante e a tensão diferencial do Hall for amplificada, uma tensão de saída proporcional à corrente primária somente poderá ser obtida pelo circuito eletrônico.

Um exemplo é o transdutor de corrente de montagem em superfície de efeito Hall de efeito aberto da série HMS da LEM (Fig. 2). O sensor possui isolamento galvânico entre um circuito primário e secundário; Tensão de teste de isolamento de 4300 V; Baixo consumo de energia; um perfil extremamente baixo de 12 mm; uma única fonte de alimentação +5 V; e deslocamento e ganho fixo.

Figura 2: Transdutor de efeito Hall de loop aberto da série HMS. (Cortesia do LEM).

Usado principalmente em aplicações industriais de inversores de velocidade CA, conversores estáticos para acionamentos de motores DC, aplicações fornecidas por bateria, fontes de alimentação ininterruptas e comutadas e fontes de alimentação para aplicações de soldagem.

Outro exemplo são os sensores de corrente em circuito aberto em miniatura da série CSLW da Honeywell (Figura 3). A série incorpora uma série SS490 de sensores lineares de efeito Hall ratiométricos em miniatura, e o elemento sensor é encapsulado em uma embalagem plástica montável em PCB. O conjunto do sensor de corrente é composto pelo sensor, coletor de fluxo, alojamento e bobina de arame.

Figura 3: Sensor de corrente em circuito aberto em miniatura da Honeywell série CSLW. (Cortesia de Honeywell).

Nesse caso, o design de malha aberta com fio tem várias voltas para aumentar a sensibilidade. Outras características notáveis incluem detecção de corrente CA ou CC, saída ratiométrica linear, saída de afundamento ou fornecimento de corrente para flexibilidade de interface, baixa perda de inserção, tempo de resposta rápido, tamanho compacto e detecção precisa e de baixo custo. As aplicações incluem robótica, inversores de velocidade variável, controle de processos industriais, controle de motores em aparelhos, HVAC, proteção contra sobrecorrente e monitoramento de corrente de circuitos eletrônicos.

Resposta rápida e alta precisão

Em comparação com o circuito aberto, os sensores de circuito fechado medem as correntes CA e CC e fornecem isolamento elétrico, resposta rápida, alta linearidade e desvio de temperatura. Sua saída atual é impressionantemente imune ao ruído elétrico. Conhecidos pela alta precisão, eles são compostos por um gerador Hall montado no espaço de ar de um núcleo magnético, uma bobina ao redor do núcleo e um amplificador de corrente. O condutor de corrente colocado através da abertura do sensor produz um campo magnético proporcional à corrente. Este campo é concentrado pelo núcleo e detectado pelo gerador Hall. O gerador Hall está conectado à entrada do amplificador de corrente, que aciona a bobina. A corrente através da bobina produz um campo oposto, fornecido pela corrente através da abertura.

A saída deste sensor é proporcional à corrente de abertura e ao número de voltas da bobina. Se a corrente primária líquida através da abertura do transdutor de corrente for I, o número de voltas no enrolamento de compensação é N e a corrente no enrolamento de compensação é i, na condição de fluxo zero I = Ni.

A corrente de saída de um sensor de malha fechada é convertida em uma figura de tensão conectando um resistor à saída do sensor e do terra. A seleção do valor do resistor pode resultar em redimensionamento da saída.

Um exemplo de transdutor de corrente com excelente precisão, boa linearidade e variação de temperatura muito baixa é o LTS 25-NP da LEM (Fig.4). O dispositivo é um transdutor de corrente de várias faixas de loop fechado (compensado) usando o efeito Hall. Os principais recursos incluem:

· Fonte de tensão unipolar

· Caixa de plástico isolada reconhecida de acordo com UL 94-V0

· Design compacto para montagem de PCB

· Resistência de medição incorporada

· Faixa de medição estendida.

Figura 4: O sensor de corrente de circuito fechado LEM LTS 25-NP. (Cortesia do LEM).

As aplicações para o dispositivo estão principalmente no domínio industrial e incluem acionamentos de velocidade variável CA e servomotores, conversores estáticos para acionamentos de motores DC, aplicativos fornecidos por bateria, fontes de alimentação ininterruptas, fontes de alimentação comutadas e fontes de alimentação para aplicações de soldagem.

Sumário

Embora os dois tipos de sensores possam ser econômicos, dependendo dos requisitos da aplicação, os sensores de malha aberta oferecem a melhor vantagem de custo nas faixas de alta corrente (acima de 100 A). Eles também são do menor tamanho e peso. Eles mantêm um consumo constante de energia, independentemente da corrente detectada. A vantagem de preço dos sensores abertos só pode ser alcançada para aplicações em que a variação de temperatura pode ser restrita.

Os sensores de corrente de circuito fechado, por outro lado, são mais adequados para aplicações comerciais e industriais, onde são comumente encontrados. Esses sensores têm a mais alta precisão em temperatura ambiente e alta. Eles são ideais para ambientes ruidosos e sua saída é facilmente convertida em voltagem.

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