- Kaedah Sensing Arus Sensor Hall Effect
- Kaedah Sensor Arus Flux Gate Sensor
- Kaedah Sensing Arus Gegelung Rogowski
- Kaedah Sensing Arus Transformer Arus
- Kaedah Sensing Semasa Shunt Resistor
- Bagaimana memilih Kaedah Sensing Semasa yang betul?
Semasa adalah faktor yang sangat kritikal dalam Kejuruteraan Elektronik atau Elektrik. Dalam elektronik, arus boleh mempunyai lebar jalur dari beberapa nano-ampere hingga ratusan ampere. Julat ini jauh lebih luas dalam domain Elektrik biasanya hingga beberapa ribu ampere, terutama di Power Grid. Terdapat kaedah yang berbeza untuk merasakan dan mengukur arus di dalam litar atau konduktor. Dalam artikel ini, kita akan membincangkan cara mengukur arus menggunakan pelbagai teknik penginderaan semasa dengan kelebihan, kekurangan dan aplikasinya.
Kaedah Sensing Arus Sensor Hall Effect
Hall Effect ditemui oleh ahli fizik Amerika Edwin Herbert Hall dan dapat digunakan untuk merasakan arus. Ia biasanya digunakan untuk mengesan medan magnet dan boleh berguna dalam banyak aplikasi seperti Speedometer, alarm alarm, DIY BLDC.
Sensor Hall Effect menghasilkan voltan keluaran bergantung pada medan magnet. Nisbah voltan keluaran berkadar dengan medan magnet. Semasa proses penginderaan semasa, arus diukur dengan mengukur medan magnet. Voltan keluaran sangat rendah dan perlu dikuatkan ke nilai yang berguna dengan menggunakan penguat gain tinggi dengan bunyi yang sangat rendah. Selain daripada rangkaian penguat, Hall Effect sensor memerlukan litar tambahan kerana ia adalah transduser linier.
Kelebihan:
- Boleh digunakan dalam frekuensi yang lebih tinggi.
- Boleh digunakan di kedua AC dan DC dengan tepat.
- Kaedah berasaskan bukan hubungan.
- Boleh digunakan di persekitaran yang kasar.
- Ia boleh dipercayai.
Keburukan:
- Sensor melayang dan memerlukan pampasan.
- Litar tambahan memerlukan output yang berguna.
- Mahal daripada teknik berasaskan shunt.
Sensor Hall Effect digunakan dalam meter pengapit dan juga dalam banyak aplikasi penginderaan semasa Industri dan Automotif. Banyak jenis sensor kesan Hall linear dapat merasakan arus dari beberapa mili-amp hingga ribuan ampere. Oleh kerana itu, Aplikasi Pemantauan Grid Pintar juga menggunakan jenis sensor kesan Hall yang berbeza untuk memantau arus konduktor.
Kaedah Sensor Arus Flux Gate Sensor
Induktor tepu adalah komponen utama untuk teknik penginderaan Fluxgate. Oleh kerana itu, sensor Fluxgate disebut sebagai Sensor Arus Bersaturatur. Inti induktor yang digunakan untuk sensor fluxgate berfungsi di kawasan tepu. Tahap ketepuan induktor ini sangat sensitif dan sebarang ketumpatan fluks dalaman atau luaran mengubah tahap ketepuan induktor. Kebolehtelapan teras berkadar langsung dengan tahap tepu, oleh itu induktansi juga berubah. Perubahan nilai induktor ini dianalisis oleh sensor fluks gate untuk merasakan arus. Sekiranya arus tinggi, aruhan menjadi lebih rendah, jika arus rendah, induktansi menjadi tinggi.
Sensor Hall Effect berfungsi sama dengan sensor fluxgate, tetapi ada satu perbezaan di antara keduanya. Perbezaannya adalah pada bahan inti. Sensor Flux Gate menggunakan induktor tepu tetapi sensor Hall Effect menggunakan teras udara.
Dalam gambar di atas, pembinaan asas sensor pintu fluks ditunjukkan. Terdapat dua gegelung primer dan sekunder yang melilit teras induktor tepu. Perubahan aliran semasa dapat mengubah kebolehtelapan teras yang mengakibatkan perubahan aruhan pada gegelung lain.
Kelebihan:
- Boleh mengukur dalam pelbagai frekuensi.
- Mempunyai ketepatan yang hebat.
- Offset dan drift rendah.
Keburukan:
- Penggunaan kuasa sekunder yang tinggi
- Faktor risiko meningkat untuk bunyi voltan atau arus pada konduktor utama.
- Hanya sesuai untuk DC atau frekuensi rendah AC.
Sensor Fluxgate digunakan dalam Solar Inverter untuk merasakan arus. Selain itu, pengukuran arus gelung tertutup AC dan DC dapat dilakukan dengan mudah dengan menggunakan sensor Flux Gate. Kaedah penginderaan arus Flux Gate juga dapat digunakan dalam pengukuran arus kebocoran, pengesanan arus lebih, dll.
Kaedah Sensing Arus Gegelung Rogowski
Rogowski coil dinamakan sempena ahli fizik Jerman Walter Rogowski. Gulungan Rogowski dibuat menggunakan gegelung teras udara berbentuk heliks dan melilit konduktor yang disasarkan untuk pengukuran semasa.
Pada gambar di atas, gegelung Rogowski ditunjukkan dengan litar tambahan. Litar Tambahan adalah litar integrator. Gelung Rogowski memberikan voltan keluaran bergantung pada kadar perubahan arus pada konduktor. Litar integrator tambahan diperlukan untuk membuat voltan keluaran yang sebanding dengan arus.
Kelebihan:
- Ini adalah kaedah yang baik untuk mengesan perubahan arus frekuensi tinggi yang cepat.
- Operasi yang selamat dari segi menangani penggulungan sekunder.
- Penyelesaian Kos Rendah
- Fleksibiliti dalam pengendalian kerana pembinaan gelung terbuka.
- Pampasan suhu tidak kompleks.
Keburukan:
- Hanya sesuai untuk AC
- Mempunyai kepekaan rendah daripada pengubah semasa.
Rogowski coil mempunyai pelbagai aplikasi. Sebagai contoh, pengukuran arus dalam modul kuasa besar, terutamanya di seluruh MOSFET atau transistor kuasa tinggi atau di seluruh IGBT. Gelung Rogowski menyediakan pilihan pengukuran yang fleksibel. Oleh kerana tindak balas gegelung Rogowski sangat cepat berbanding gelombang transien atau gelombang sinusoidal frekuensi tinggi, ini adalah pilihan yang baik untuk mengukur peralihan arus frekuensi tinggi dalam talian kuasa. Dalam pengagihan kuasa atau grid pintar, gegelung Rogowski memberikan fleksibiliti yang sangat baik untuk pengukuran semasa.
Kaedah Sensing Arus Transformer Arus
Transformer arus atau CT digunakan untuk merasakan arus oleh voltan sekunder yang sebanding dengan arus dalam gegelung sekunder. Transformer Perindustrian mengubah nilai voltan atau arus yang besar menjadi nilai yang jauh lebih kecil pada gegelung sekundernya. Pengukuran diambil melintasi output sekunder.
Dalam gambar di atas, pembinaan ditunjukkan. Ia adalah pengubah CT yang ideal dengan nisbah primer dan sekunder sebagai 1: N. N bergantung pada spesifikasi pengubah. Ketahui lebih lanjut mengenai transformer di sini.
Kelebihan:
- Kapasiti pengendalian semasa yang besar, lebih banyak daripada kaedah lain yang ditunjukkan dalam artikel ini.
- Tidak memerlukan litar tambahan.
Keburukan:
- Memerlukan penyelenggaraan.
- Histeresis berlaku kerana magnetisasi.
- Arus primer tinggi menjenuhkan bahan teras ferit.
Penggunaan utama teknik penginderaan arus transformer CT adalah dalam grid Power kerana kapasiti pengukuran arus yang sangat tinggi. Beberapa meter pengapit juga menggunakan pengubah arus untuk pengukuran arus bolak.
Kaedah Sensing Semasa Shunt Resistor
Ini adalah kaedah yang paling banyak digunakan dalam teknik penginderaan semasa. Teknik ini berdasarkan undang-undang Ohms.
Perintang bernilai rendah dalam siri digunakan untuk merasakan arus. Apabila arus mengalir melalui perintang bernilai rendah, ia menghasilkan perbezaan voltan merintangi perintang.
Mari kita ambil contoh.
Katakan arus 1A mengalir melalui perintang 1 ohm. Sesuai dengan undang-undang ohm Voltan setara dengan rintangan x semasa. Oleh itu, apabila arus 1A mengalir melalui perintang 1 ohm, ia akan menghasilkan 1V melintasi perintang. Watt perintang adalah faktor kritikal yang perlu dipertimbangkan. Walau bagaimanapun, terdapat perintang nilai yang sangat kecil juga tersedia di pasaran, di mana rintangan berada dalam jarak mili-ohm. Dalam kes sedemikian, perbezaan voltan merintangi perintang juga sangat kecil. Penguat keuntungan tinggi diperlukan untuk meningkatkan amplitud voltan dan akhirnya, arus diukur menggunakan asas pengiraan terbalik.
Pendekatan alternatif untuk teknik penginderaan jenis ini adalah menggunakan jejak PCB sebagai perintang shunt. Oleh kerana jejak tembaga PCB menawarkan rintangan yang sangat kecil, seseorang dapat menggunakan jejak untuk mengukur arus. Namun, dalam pendekatan alternatif seperti itu, beberapa ketergantungan juga menjadi perhatian besar untuk mendapatkan hasil yang tepat. Faktor utama permainan berubah adalah suhu berubah. Bergantung pada suhu, rintangan jejak akan berubah menghasilkan hasil ralat. Seseorang perlu mengimbangi kesalahan ini dalam aplikasi.
Kelebihan:
- Penyelesaian yang sangat menjimatkan
- Boleh bekerja di AC dan DC.
- Peralatan tambahan tidak diperlukan.
Keburukan:
- Tidak sesuai untuk operasi arus lebih tinggi kerana pelesapan haba.
- Pengukuran shunt memberikan penurunan kecekapan sistem yang tidak perlu kerana pembaziran tenaga di perintang.
- Drift termal memberikan hasil ralat dalam aplikasi suhu tinggi.
Aplikasi perintang Shunt merangkumi meter amp digital. Ini adalah kaedah yang tepat dan lebih murah selain daripada sensor Effect Hall. Perintang shunt juga dapat memberikan jalan rintangan rendah dan membolehkan arus elektrik melewati satu titik ke titik yang lain dalam litar.
Bagaimana memilih Kaedah Sensing Semasa yang betul?
Memilih kaedah yang tepat untuk penginderaan semasa bukanlah perkara yang sukar. Terdapat beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan untuk memilih kaedah yang tepat, seperti:
- Berapa ketepatan yang diperlukan?
- Pengukuran DC atau AC atau kedua-duanya?
- Berapa banyak penggunaan tenaga yang diperlukan?
- Berapakah julat dan lebar jalur semasa yang akan diukur?
- Pengekosan.
Selain itu, kepekaan yang boleh diterima dan penolakan gangguan juga perlu dipertimbangkan. Oleh kerana setiap faktor tidak dapat dipuaskan, beberapa pertukaran dibuat untuk menjejaskan satu ciri dengan yang lain bergantung pada keutamaan keperluan aplikasi.