Diferenças e aplicações dos transmissores de corrente com saída RMS e TRMS em CC

Na automação industrial, na gestão de energia e na monitorização do estado dos equipamentos, os transmissores de corrente são habitualmente utilizados para converter a corrente CA do lado primário em sinais CC normalizados — como 0–1 V, 0–5 V, 0–10 V ou 4–20 mA — que podem ser facilmente recebidos por PLC, instrumentos ou sistemas de aquisição de dados.

Consoante a forma como o valor eficaz é processado, estes transmissores são geralmente classificados como modelos com saída RMS ou saída TRMS. Ambos podem representar o valor eficaz da corrente do lado primário através de um sinal CC, mas diferem significativamente na capacidade de lidar com diferentes formas de onda de entrada.

I. A importância do valor eficaz da corrente

O valor eficaz de uma corrente CA representa o efeito térmico que esta produz numa carga resistiva e equivale, nesse efeito, a uma determinada intensidade de corrente CC.

Define-se da seguinte forma:

Para uma onda sinusoidal padrão, a relação entre o valor eficaz e o valor de pico da corrente é:

Os transmissores de corrente convertem o valor eficaz medido num sinal analógico CC. Por exemplo, num transmissor com uma gama de 0–100 A e uma saída de 4–20 mA, quando a corrente do lado primário é de 50 A, a saída teórica é de aproximadamente 12 mA.

II. Transmissores de corrente com saída RMS

Os transmissores com saída RMS habitualmente utilizados em engenharia funcionam, em geral, por retificação, filtragem e cálculo da média do sinal de entrada. O transmissor mede primeiro o valor médio da forma de onda CA retificada e depois converte-o em valor eficaz segundo uma relação fixa baseada numa onda sinusoidal padrão.

Este método utiliza um circuito relativamente simples e oferece vantagens como baixo custo, boa estabilidade e resposta suave. Proporciona bons resultados de medição em ondas sinusoidais à frequência da rede ou em correntes CA com pouca distorção.

Aplicações adequadas para transmissores com saída RMS

• Circuitos de distribuição elétrica à frequência da rede
• Equipamentos de aquecimento resistivo convencionais
• Motores, ventiladores e bombas à frequência da rede
• Circuitos de iluminação
• Cargas CA com pouca distorção da forma de onda
• Projetos centrados sobretudo na monitorização do estado de funcionamento e das tendências de carga

Aplicações típicas de produtos com saída RMS

Por exemplo, o YHDC SCT016T-D utiliza um design autoalimentado de tipo aberto, baseado no princípio do transformador de corrente. Após a retificação e filtragem do sinal secundário, fornece uma saída de 0–1 V CC ou 0–5 V CC. Não necessita de alimentação externa e é adequado para modernizar quadros de distribuição, monitorizar o consumo de energia em edifícios e recolher dados da corrente de funcionamento de equipamentos em geral.

Para a transmissão a longa distância, o TST016T de tipo aberto e fechado, com ligação a dois fios, pode converter os resultados da medição num sinal de 4–20 mA. A interface a dois fios oferece uma cablagem simples e elevada resistência a interferências, sendo adequada para ligação a PLC e sistemas de controlo industrial.

Para instalação centralizada em armários de controlo, o YHDC TCAH apresenta um design de tipo fechado e montagem em calha DIN, com opções de saída de 4–20 mA ou 0–10 V. É adequado para novos quadros de distribuição, conjuntos completos de equipamentos e monitorização de cargas comuns à frequência da rede.

Para barramentos de alta corrente, cabos grossos ou aplicações com espaço de instalação limitado, pode utilizar-se uma solução com bobina de Rogowski. Os YHDC TRV02 da série de integradores para bobinas de Rogowski podem fornecer saídas de 4–20 mA ou 0–1 V, sendo adequados para medir barramentos à frequência da rede, equipamentos de aquecimento de elevada potência e sinais CA de alta corrente com formas de onda próximas de uma onda sinusoidal.

III. Transmissores de corrente com saída TRMS

TRMS significa verdadeiro valor eficaz. Os transmissores TRMS processam a corrente de entrada elevando os valores ao quadrado, calculando a média e extraindo a raiz quadrada, segundo o princípio do valor quadrático médio. Assim, conseguem medir não só ondas sinusoidais padrão, mas também diversas formas de onda não sinusoidais.

Desde que a amplitude, a frequência e o fator de crista da corrente de entrada não excedam os limites especificados para o produto, os transmissores TRMS conseguem refletir com maior precisão os efeitos térmicos reais provocados por correntes distorcidas.

Aplicações adequadas para transmissores com saída TRMS

• Terminais de entrada e saída de variadores de frequência
• Sistemas UPS e inversores
• Equipamentos retificadores e fontes de alimentação comutadas
• Equipamentos de regulação de potência controlados por tirístores
• Equipamentos de soldadura e aquecimento por indução
• Cargas não lineares com grande quantidade de harmónicas
• Correntes com limitação de amplitude, impulsos ou condução intermitente

Aplicações típicas de produtos com saída TRMS

Por exemplo, o YHDC THT2032 apresenta um design fechado e pode fornecer saídas de 4–20 mA ou 0–10 V, sendo adequado para instalação em novos armários de controlo ou sistemas completos de equipamentos. Em comparação com os transmissores RMS convencionais, é mais adequado para variadores de frequência, arrancadores suaves, sistemas UPS, fontes de alimentação com retificador e cargas com tirístores.

Em aplicações com correntes elevadas ou nas quais os transdutores de malha fechada convencionais não são viáveis, podem utilizar-se os integradores de corrente de efeito Hall da série YHDC TRS02. Esta série fornece saídas de 4–20 mA ou 0–1 V e permite medir com maior precisão correntes CA distorcidas, pulsadas e com elevado teor de harmónicas, sendo adequada para conversores de frequência, inversores, equipamentos de soldadura e barramentos de alta corrente.

IV. Principais diferenças entre as saídas RMS e TRMS

A principal diferença entre as duas não está na interface de saída. Tanto os produtos RMS como os TRMS podem fornecer sinais de tensão CC ou de 4–20 mA; a diferença está na forma como o transmissor calcula internamente o valor eficaz da corrente de entrada.

V. Cenários de aplicação típicos

Sistemas convencionais de distribuição elétrica à frequência da rede

Em aplicações nas quais a frequência da rede é estável e a carga consiste sobretudo em resistências, indutores e motores convencionais à frequência da rede, a forma de onda da corrente é geralmente próxima de uma onda sinusoidal, pelo que um transmissor com saída RMS é suficiente para cumprir os requisitos de monitorização.

Para modernizar circuitos de distribuição existentes, podem utilizar-se os modelos de tipo aberto SCT016T-D ou TST016T; para instalação centralizada em armários de controlo, pode utilizar-se o TCAH, de tipo fechado e com montagem em calha DIN; e, para barramentos de alta corrente, pode utilizar-se o TRV02 em conjunto com uma bobina de Rogowski.

Sistemas com variadores de frequência

A saída dos variadores de frequência apresenta geralmente uma forma de onda modulada por PWM, e a corrente pode conter componentes de alta frequência e harmónicas significativas. Os transmissores RMS convencionais podem não refletir com precisão o verdadeiro valor eficaz; por isso, deve dar-se prioridade aos produtos TRMS.

Para novas instalações com correntes baixas a médias, pode utilizar-se o modelo fechado THT2032; para barramentos de alta corrente, cabos grossos ou situações com espaço de instalação limitado, podem utilizar-se os integradores para bobinas de Rogowski da série TRS02.

Equipamentos de controlo de potência por tirístores

Os tirístores regulam a potência de saída ajustando o ângulo de condução em cada ciclo. Embora a frequência fundamental da corrente permaneça em 50 Hz ou 60 Hz, a forma de onda deixa de ser uma onda sinusoidal pura.

Nestes casos, os transmissores RMS convencionais podem produzir erros de medição significativos; devem utilizar-se transmissores com saída TRMS, como os das séries THT2032 ou TRS02.

Monitorização do consumo de energia e avaliação do estado dos equipamentos

Se o sinal de corrente for utilizado sobretudo para determinar se um equipamento está ligado ou desligado, ou para analisar tendências de variação da carga, e a forma de onda medida for relativamente estável, os produtos RMS são geralmente mais económicos.

Se os resultados da medição forem utilizados para avaliar o aquecimento dos condutores, o fator de carga, situações de sobrecarga ou o funcionamento de equipamentos com frequência variável, os produtos TRMS podem fornecer dados mais fiáveis sobre o valor eficaz da corrente.

VI. Resumo

Tanto os transmissores de corrente RMS como os TRMS conseguem converter a corrente CA do lado primário num sinal CC normalizado, mas diferem na capacidade de lidar com diferentes formas de onda de entrada.

Para cargas com formas de onda próximas de ondas sinusoidais — como a distribuição elétrica convencional à frequência da rede, o aquecimento resistivo, a iluminação e os motores à frequência da rede — podem escolher-se produtos com saída RMS, como o SCT016T-D, TST016T, TRV02 ou TCAH, para conciliar os requisitos de medição com os custos de operação.

Para variadores de frequência, sistemas UPS, inversores, equipamentos retificadores, regulação de potência controlada por tirístores, equipamentos de soldadura e outras cargas não lineares, deve dar-se prioridade a produtos com saída TRMS, como o THT2032 ou o TRS02, para obter um valor eficaz da corrente que reflita melhor o efeito térmico real.