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Transformadores de corriente de núcleo partido
La razón de la prevalencia de los rangos de salida de 2,5 V ±0,625 V y 2,5 V ±2 V para los sensores de corriente de bucle abierto de efecto Hall
se basa en su principio de funcionamiento, tensión de alimentación y diseño optimizado para la interconexión con convertidores analógico-digitales (ADC) posteriores.
A continuación se explican detalladamente las razones técnicas de estos rangos de salida estándar.
2,5V es la tensión de salida estándar para los sensores de corriente de efecto Hall en un estado de corriente cero (o estático), a menudo denominado
Quiescent Output Voltage.
Fuente de alimentación unipolar: La mayoría de los sensores de corriente de efecto Hall modernos están diseñados para alimentarse con una fuente unipolar de 5 V.
Ajuste del punto central: Para medir corrientes bidireccionales (directa e inversa), la salida de corriente cero del sensor debe ajustarse a la mitad de la tensión de alimentación VCC, es decir, 5V / 2 = 2,5V.
Mecanismo de funcionamiento: La tensión de salida sube desde 2,5V cuando la corriente fluye en dirección de avance y baja desde 2,5V cuando la corriente fluye en dirección inversa.
Este diseño garantiza que todo el rango de salida pueda representar corrientes positivas y negativas en un sistema de alimentación única sin necesidad de una tensión negativa.
2,5V ±0,625V corresponde a un rango de salida de 1,875V a 3,125V (total 1,25V).
La selección de este rango está estrechamente relacionada con la interfaz optimizada del ADC y la precisión del sistema.
Interfaz ADC: Muchos microcontroladores (MCU) y DSP utilizan 3,3 V para las tensiones de E/S y la tensión de referencia del ADC (VREF).
Optimización del rango dinámico del ADC: Los diseñadores de sensores evitan utilizar todo el rango 0V-5V para evitar la saturación.
La señal se limita a 3,3 V para obtener una resolución óptima en un ADC de 3,3 V.
Ventaja del intervalo de 1,25 V: Un intervalo de ±0,625 V ofrece márgenes de seguridad, evita los recortes y mantiene una alta linealidad en sistemas de 3,3 V.
Resolución ADC: Este intervalo puede ajustarse a las resoluciones del ADC (por ejemplo, 10 ó 12 bits) para minimizar el error de cuantificación a la corriente nominal.
2,5V ±2V corresponde a 0,5V-4,5V (span total 4V). Este rango maximiza el rango dinámico de la señal y mejora la inmunidad al ruido.
Cercano a Rail-to-Rail: El rango de 0,5V-4,5V cubre casi todo el rango utilizable en una alimentación de 5V.
Mayor sensibilidad: Con una oscilación de 4 V, la sensibilidad (mV/A) y la relación señal/ruido (SNR) mejoran, lo que aumenta la precisión de la medición.
Margen de retención: Un margen de 0,5 V en ambos extremos evita la saturación no lineal cerca de 0 V y 5 V en condiciones extremas.
Estos dos rangos de salida representan diferentes compromisos de diseño entre precisión/compatibilidad y
rango dinámico/inmunidad al ruido para los sensores de corriente de efecto Hall.
| Característica | 2,5V ±0,625V | 2,5V ±2V |
|---|---|---|
| Span | 1,25V (1,875V-3,125V) | 4V (0,5V-4,5V) |
| Objetivo de diseño | Optimiza la compatibilidad con los sistemas ADC de 3,3 V y proporciona márgenes de seguridad | Maximizar el rango dinámico de la señal y la relación señal/ruido (SNR) |
| Sensibilidad | Bajo | Alta |
| Escenarios de aplicación | Sistemas de microcontroladores con tensión de alimentación/referencia de 3,3 V y requisitos de alta precisión | Sistemas que requieren alta inmunidad al ruido o funcionamiento con referencia ADC de 5 V |
Los sensores de corriente son componentes críticos en diversos sistemas eléctricos y electrónicos, que garantizan el funcionamiento seguro y eficaz de equipos e instalaciones. En este artículo, exploraremos los sensores de corriente, incluyendo sus tipos, variables a considerar al seleccionar un sensor de corriente, comparaciones de rendimiento y aplicaciones.
Podemos clasificar los sensores de corriente en función de los conceptos físicos fundamentales que los constituyen. Estos conceptos abarcan la Ley de Ohm, la Ley de inducción de Faraday, los campos magnéticos y la detección óptica. Utilizando este marco, a continuación presentaremos varios tipos comunes de sensores de corriente.
La ley de inducción de Faraday establece que la fuerza electromotriz total (emf) generada en un circuito cerrado es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético total a través del circuito a lo largo del tiempo. Este principio se aplica ampliamente en los dispositivos de detección de corriente. Dos dispositivos de detección comunes basados en la ley de Faraday son los transformadores de corriente (TC) y las bobinas de Rogowski. Cuando se requiere aislamiento eléctrico por motivos de seguridad, estos sensores proporcionan automáticamente la separación necesaria entre la corriente medida y la señal de salida. Esto los hace muy valiosos para los equipos de detección existentes.
Un TC consta de un devanado primario (normalmente de una sola espira), un núcleo y un devanado secundario. Sirve como sensor eficaz para medir corrientes alternas elevadas. Así, grandes corrientes primarias pueden convertirse en corrientes secundarias más pequeñas. Este dispositivo no requiere circuitos de accionamiento adicionales, ya que es intrínsecamente pasivo. Otra característica clave es su capacidad para controlar corrientes extremadamente altas con un consumo de energía mínimo. Sin embargo, el material de ferrita utilizado en el núcleo puede saturarse bajo corrientes primarias extremadamente altas o corrientes con componentes de CC sustanciales, lo que provoca una distorsión de la señal. Otro problema es que, una vez magnetizado, el núcleo desarrolla histéresis, lo que degrada la precisión a menos que se desmagnetice de nuevo. Además, dado que su principio fundamental se basa en la detección de cambios en el flujo magnético, que es proporcional a los cambios de corriente, no pueden detectar corrientes continuas de forma estándar.
Figura 1: Estructura básica de un TC
La figura 1 ilustra el principio de funcionamiento de un TC. En función de la relación de vueltas, los cambios en la corriente primaria Ip se reflejan como Is en el lado secundario, que puede utilizarse para la detección. Para supervisar la corriente de salida puede emplearse una resistencia en derivación que genere una tensión de salida proporcional a la corriente primaria. Esto proporciona aislamiento, pérdidas mínimas, un principio de funcionamiento sencillo y una salida de tensión adecuada para sensores de corriente sin necesidad de amplificación adicional. Un convertidor analógico-digital (ADC) puede ser capaz de muestrear directamente la tensión de salida.
La relación de reducción de la corriente primaria se expresa mediante la relación del TC. La precisión de un transformador de corriente se mide por su clase de precisión del TC (a veces denominada clasificación o grado del TC). En función de su clase de precisión, los TC se dividen en dos categorías: TC de precisión de medida y TC de precisión de protección. Los TC de precisión de medición están diseñados para ser muy precisos en todos los valores nominales de corriente, incluso en corrientes muy bajas. Se evalúan para cargas comunes específicas. Debido a su alta precisión, las compañías eléctricas suelen utilizar estos TC para evaluar el uso con fines de facturación. Los TC de precisión de protección tienen una precisión menor que los TC de precisión de medición. Están diseñados para funcionar con el nivel de precisión mínimo necesario para la protección de equipos.
Los transformadores de corriente se utilizan con frecuencia en aplicaciones de conversión de potencia debido a su bajo coste y a su capacidad para generar señales de salida directamente compatibles con los convertidores analógico-digitales. También desempeñan un papel fundamental en las redes de distribución de energía que funcionan a frecuencias de línea de 50/60 Hz.
Estas bobinas huecas son flexibles y se enrollan alrededor de conductores. Los cambios en el campo magnético inducidos por la corriente Ip que circula por el conductor generan una tensión proporcional a la velocidad de cambio de la corriente. Las bobinas Rogowski se utilizan principalmente para medir la corriente alterna, sobre todo en aplicaciones de alta frecuencia.
Figura 2: Diagrama esquemático del principio de la bobina Rogowski
La figura 2 muestra un diagrama esquemático del principio de la bobina de Rogowski. La derivada de la corriente primaria determina la tensión generada. Para lograr la detección de corriente deseada, se requiere un integrador en la salida.
La sensibilidad de una bobina Rogowski es reducida porque los transformadores de corriente no pueden utilizar núcleos con alta permeabilidad magnética. La principal ventaja de una bobina Rogowski es su linealidad inherente y la ausencia de saturación. Las bobinas Rogowski pueden utilizarse para detectar corrientes en sistemas de distribución de energía, sistemas de prueba de cortocircuitos, emisores electromagnéticos, motores de inducción de anillo colector e instalaciones de prueba de rayos. Su precio es comparable al de los transformadores de corriente.
La corriente que genera campos magnéticos estáticos es difícil de detectar utilizando la ley de inducción de Faraday. Por el contrario, los sensores de campo magnético pueden identificar tanto campos magnéticos estáticos como en movimiento. Constituyen una alternativa ideal para la detección de corriente.
Estos sensores funcionan según el principio del efecto Hall, según el cual se forma una diferencia de potencial a través de un conductor cuando se aplica un campo magnético perpendicular a su sección transversal. La dirección de la fuerza electromotriz (FEM) inducida perpendicular a la corriente y al campo magnético puede determinarse mediante la regla de la mano derecha. La magnitud de esta FEM y el ángulo relativo entre la corriente y el campo magnético determinan la tensión vectorial compuesta, que es proporcional a la constante de Hall. El campo magnético es generado por la corriente que se está midiendo, produciendo una tensión analizable.
El acondicionamiento de la señal es necesario para que la salida pueda utilizarse en la mayoría de las aplicaciones. La electrónica de acondicionamiento de señal suele requerir etapas de amplificación y compensación de temperatura. Los amplificadores diferenciales con estas características pueden combinarse fácilmente con elementos Hall utilizando la tecnología estándar de transistores bipolares. La compensación de temperatura también es fácil de conseguir. La figura 3 muestra un diseño típico para un sensor de corriente de efecto Hall.
Figura 3: Aplicaciones típicas de los sensores de corriente Hall de bucle abierto
Los sensores de efecto Hall se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como los sistemas de conversión de energía, los equipos de soldadura, los accionamientos de motores, los equipos de radar y la industria de la electrólisis.
Estos sensores de corriente basados en campos magnéticos se utilizan ampliamente tanto en aplicaciones de bucle cerrado como de bucle abierto.
Figura 4: Aplicación típica del sensor de corriente Hall de bucle cerrado
El flujo magnético generado por la corriente primaria IP se equilibra con un flujo magnético complementario producido por la corriente de accionamiento en el devanado secundario. El elemento Hall y los circuitos electrónicos asociados generan una corriente secundaria (de compensación) que se corresponde perfectamente con la corriente primaria.
Un sensor fluxgate básico utiliza la relación no lineal entre el campo magnético H y la densidad de flujo magnético B en materiales magnéticos, lo que provoca un cambio en la permeabilidad magnética del material.
Figura 5: Esquema básico del sensor de corriente fluxgate
La figura 5 ilustra un diseño sencillo para un sensor fluxgate utilizado para detectar la corriente Ip. En el núcleo magnético se montan dos bobinados: uno de excitación y otro de captación. El devanado de excitación está acoplado a una fuente de corriente sinusoidal que genera el campo magnético de excitación. En consecuencia, se induce una tensión en el devanado de captación, que puede utilizarse para la detección. Dado que el campo magnético externo es pequeño en relación con el campo de excitación, el pico de la tensión de salida es proporcional al campo externo y puede utilizarse para cuantificarlo.
Debido a su elevado coste y a su superficie limitada, los sensores fluxgate aislados tienen valor comercial sobre todo en aplicaciones de alta precisión. Debido a su gran precisión, los sensores fluxgate se utilizan en sistemas de calibración, sistemas de diagnóstico, equipos de laboratorio y sistemas médicos.
A la hora de seleccionar un sensor de corriente para una aplicación o proyecto concretos, hay que tener en cuenta varios factores para garantizar un rendimiento y una compatibilidad óptimos. Entre las variables clave que deben evaluarse se incluyen:
La Tabla 1 muestra las principales métricas de rendimiento de varios sensores.
| Tipo | Ancho de banda | Compatible con CC | Precisión | Deriva térmica [ppm/K] | Aislado | Gama | Pérdida de potencia | Coste relativo |
| Transformador de corriente | kHz-MHz | No | 0.1%-1% | <100 | Sí | A-kA | mW | Bajo |
| Bobina Rogowski | kHz-MHz | No | 0.2%-5% | 50-300 | Sí | A-MA | mW | Moderado |
| Efecto Hall en bucle abierto | kHz | Sí | 0.5%-5% | 50-1000 | Sí | A-kA | mW | Moderado |
| Bucle cerrado de efecto Hall | kHz | Sí | 0.2%-1% | 50-500 | Sí | A-kA | mW | Moderado |
| Fluxgate | kHz | Sí | 0.001%-0.5% | <50 | Sí | mA-kA | mW-W | Alta |
Principales campos de aplicación de los sensores de corriente
Éstas son sólo algunas de las aplicaciones de los sensores de corriente. Debido a su adaptabilidad e importancia en el control de la corriente, son componentes clave en diversas aplicaciones de muchos sectores.
Los sensores de corriente desempeñan un papel crucial en diversos sistemas eléctricos y electrónicos, por lo que son un componente importante de numerosas aplicaciones en muchas industrias. Esta página presenta los aspectos útiles y destacados de los sensores de corriente, como los tipos, los criterios de selección, las comparaciones de rendimiento y las aplicaciones más comunes.
En los sistemas eléctricos y electrónicos modernos, los sensores de tensión y corriente desempeñan un papel crucial. Como componentes básicos para funciones como la monitorización de sistemas eléctricos, la automatización industrial, los sistemas domésticos inteligentes y la gestión de energías renovables, estos sensores convierten las señales de tensión o corriente en señales estandarizadas, medibles, registrables y controlables, proporcionando un soporte de datos preciso para diversas aplicaciones. Este artículo profundizará en los principios básicos, los principales tipos, las características de funcionamiento y las diferencias entre los sensores de tensión y corriente, y analizará su amplio abanico de aplicaciones en diversos campos.
Un sensor de tensión es un dispositivo capaz de detectar valores de tensión en un circuito y convertirlos en señales eléctricas medibles. Normalmente, estas señales son salidas de corriente o tensión proporcionales a la tensión original.
Este tipo de sensor es muy importante en muchos lugares, como la supervisión de sistemas de alimentación, la gestión de baterías, el control de procesos industriales y la electrónica de consumo. Garantizan que el equipo funciona dentro de un rango de tensión seguro y también proporcionan datos en tiempo real, facilitando nuestro análisis y control.
El principio básico de un sensor de tensión se basa en la ley de Ohm y la inducción electromagnética. Los tipos más comunes de sensores de tensión incluyen:
1. Tipo divisor de tensión de resistencia: Es el tipo de sensor de tensión más sencillo y común. Utiliza dos o más resistencias conectadas en serie para compartir la tensión e infiere la tensión total midiendo la caída de tensión a través de una de las resistencias. Este método es adecuado para medir tensiones CC y CA de baja frecuencia, pero la respuesta de alta frecuencia está limitada por la capacitancia e inductancia parásitas.
2. Tipo de transformador (PT/VT) : Los transformadores de tensión (PT) o los transmisores de tensión (VT) se utilizan principalmente en circuitos de CA de alta tensión para reducir proporcionalmente las tensiones elevadas a un nivel seguro y medible. Se basan en el principio de inducción electromagnética y consiguen el aislamiento y la conversión de la tensión mediante el acoplamiento magnético entre la bobina primaria y la bobina secundaria. Este tipo de sensor se caracteriza por un excelente rendimiento de aislamiento y una alta precisión, y se utiliza a menudo para la medición y protección en sistemas de potencia.
3. Tipo de efecto Hall: Aunque los sensores de efecto Hall se utilizan principalmente para la medición de corriente, algunos diseños también se pueden utilizar para la medición de tensión, especialmente en situaciones que requieren un alto aislamiento o la medición de alta tensión continua. Mide indirectamente midiendo la intensidad del campo magnético
Tensión, normalmente requiere convertir la tensión en corriente o utilizar el campo magnético generado por la tensión.
4. Tipo Fluxgate: Los sensores Fluxgate miden corriente continua o alterna utilizando las características de saturación de los materiales del núcleo magnético en campos magnéticos alternos. Se caracteriza por su alta sensibilidad, alta precisión y buena linealidad, y se utiliza a menudo para la medición de corrientes débiles y aplicaciones de alta precisión.
5. Tipo de aislamiento fotoeléctrico: Este tipo de sensor utiliza la tecnología de conversión fotoeléctrica para lograr el aislamiento eléctrico entre la entrada y la salida. El transmisor óptico convierte la tensión eléctrica de entrada en una señal óptica, y el receptor óptico convierte la señal óptica en una señal eléctrica para la salida. Este método proporciona una tensión de aislamiento extremadamente alta y capacidad antiinterferente, y es adecuado para entornos electromagnéticos difíciles.
El sitio web de PowerUC ofrece una gran variedad de productos de sensores de tensión de principio, como el tipo de efecto Hall, el sensor de tensión, el tipo fluxgate y el tipo de aislamiento fotoeléctrico. Estos productos suelen tener las siguientes características:
Tipo de entrada: Admite entradas de CA (AC) y CC (DC).
Tipo de salida: Se proporciona salida instantánea o de verdadero valor eficaz. La señal de salida puede ser tensión eléctrica (como ±5V, 2,5±0,625V) o corriente (como 25mA, 0-20mA, 4-20mA).
Tensión nominal de entrada: Cubriendo un amplio rango de 50V a 10.000V, cumple con los requisitos de aplicación de diferentes niveles de tensión. Tensión de alimentación: Admite múltiples fuentes de alimentación, incluyendo ±12V, ±15V, 3,3V, 5V, 12V, 24V, etc.
Métodos de conexión e instalación: incluye métodos de conexión como terminal de tornillo, clavijas, cable, etc., así como métodos de instalación como placa, instalación en PCB, carril DIN, etc.
Se aplica ampliamente en control industrial, monitorización de potencia, generación de nuevas energías y otros campos. Su alta precisión y fiabilidad garantizan el funcionamiento estable del sistema.
Un sensor de corriente es un dispositivo utilizado para detectar la intensidad de la corriente en un circuito y convertirla en una señal eléctrica medible. Al igual que los sensores de tensión, los sensores de corriente también se utilizan ampliamente en campos como la energía, la automatización industrial, la electrónica del automóvil y los equipos médicos. Son cruciales para la protección contra sobrecargas, la supervisión del consumo de energía, el diagnóstico de averías y la optimización de sistemas.
Los principios de medida de los sensores de corriente son diversos, incluyendo principalmente:
1. Tipo shunt: Un shunt es una resistencia de baja resistencia con un valor de resistencia exacto conocido. Cuando la corriente fluye a través de un shunt, según la Ley de Ohm (V=IR), se generará una caída de tensión proporcional a la corriente a través de sus terminales. Midiendo esta caída de tensión, se puede calcular la corriente que circula por el shunt. El shunt tiene una estructura simple y bajo coste, pero introducirá cierto consumo de energía y caída de tensión, y no proporciona aislamiento eléctrico.
2. Tipo transformador de corriente (TC): Los transformadores de corriente se utilizan principalmente para medir grandes corrientes alternas. Utiliza el principio de inducción electromagnética para convertir proporcionalmente una corriente grande en una pequeña. La corriente medida circula por la bobina primaria del transformador e induce una corriente proporcional en la bobina secundaria. Los transformadores de corriente ofrecen un excelente aislamiento eléctrico y se utilizan ampliamente en medición y protección en sistemas de potencia.
3. Tipo efecto Hall: Los sensores de efecto Hall se basan en el principio del efecto Hall. Cuando la corriente fluye a través de un conductor, se genera un campo magnético a su alrededor. Cuando un sensor Hall se coloca en un campo magnético, genera una tensión Hall proporcional a la intensidad del campo magnético. La corriente puede medirse indirectamente midiendo la tensión Hall. Los sensores de efecto Hall pueden medir tanto corrientes continuas como alternas y proporcionan aislamiento eléctrico, lo que los hace adecuados para amplios rangos de corriente y mediciones de alta precisión.
4. Tipo Fluxgate: Los sensores Fluxgate miden corriente continua o alterna utilizando las características de saturación de los materiales del núcleo magnético en campos magnéticos alternos. Se caracteriza por su alta sensibilidad, alta precisión y buena linealidad, y se utiliza a menudo para la medición de corrientes débiles y aplicaciones de alta precisión.
5. Tipo de bobina Rogowski: Una bobina Rogowski es una bobina con núcleo de aire utilizada para medir corriente alterna. Emite una señal de tensión a través del cambio en el flujo magnético causado por la corriente inducida, y esta tensión es proporcional a la velocidad de cambio de la corriente. Las bobinas de Roche presentan las ventajas de la ausencia de saturación magnética, una amplia respuesta en frecuencia y un elevado aislamiento, y son especialmente adecuadas para medir grandes corrientes y corrientes de alta frecuencia.
El sitio web de PowerUC ofrece una variedad de productos de sensores de corriente basados en diferentes principios, como los sensores de corriente de tipo efecto Hall, de tipo fluxgate y de tipo bobina de Roche. Estos productos suelen tener las siguientes características:
Tipo de entrada: Admite entradas de CA (AC) y CC (DC).
Tipo de salida: Salida instantánea, RMS real, señal digital o TRMS. La señal de salida puede ser de tensión (como ±4V, 2,5±0,625V) o de corriente (como 50mA, 25mA, 4-20mA).
Corriente nominal de entrada: Cubriendo un amplio rango de 3A a 5000A, cumple con los requisitos de aplicación de diferentes niveles de corriente. Tensión de alimentación: Admite múltiples fuentes de alimentación, como ±12V, ±15V, 3,3V y 5V.
Métodos de conexión e instalación: Incluye métodos de conexión como cable, enchufe rápido, clavijas, terminal de tornillo, así como métodos de instalación como placa, montaje en PCB y colgado libre.
Por ejemplo, los sensores de corriente de la serie HSTS de PowerUC se utilizan ampliamente en control industrial, accionamiento de motores, sistemas de gestión de baterías y otros campos. Su alta precisión y fiabilidad garantizan el funcionamiento estable del sistema.
Aunque tanto los sensores de tensión como los de corriente se utilizan para medir parámetros eléctricos, difieren significativamente en cuanto a los objetos que miden, los principios de funcionamiento, los escenarios de aplicación y las características de rendimiento.
| Características | Sensor de tensión | Sensor de corriente |
|---|---|---|
| Objetos de medición | Diferencia de potencial (tensión) entre dos puntos de un circuito. | Cantidad de carga eléctrica que circula por un conductor (corriente). |
| Principios básicos | Divisor de tensión, inducción electromagnética (transformador de corriente), efecto Hall (parcial), fluxgate,optoaislamiento | Resistencia shunt, inducción electromagnética (transformador de corriente), efecto Hall, sensor fluxgate, bobina Rogowski |
| Método de conexión | Normalmente se conectan en paralelo a través de los terminales del circuito que se está midiendo. | Alternativamente, conectado en serie dentro del circuito, o utilizando un método inductivo (por ejemplo, transformador de corriente, efecto Hall) para la medición sin contacto. |
| Características de aislamiento | Los transformadores de corriente, los optoaisladores, los sensores de efecto Hall y los sensores fluxgate proporcionan aislamiento eléctrico; los divisores de tensión resistivos normalmente no lo hacen. | Los transformadores de corriente, los sensores de efecto Hall, los sensores fluxgate y las bobinas Rogowski proporcionan aislamiento eléctrico; las resistencias en derivación no. |
| Consumo de energía | La alta impedancia interna se traduce en un bajo consumo de energía, lo que minimiza el impacto en el circuito medido. | Las resistencias shunt tienen disipación de potencia y caída de tensión; otros tipos de resistencias tienen un consumo relativamente menor. |
| Escenarios de aplicación | Control de la tensión de la red eléctrica, gestión de la tensión de las baterías, control de la potencia de salida de las fuentes de alimentación, protección contra sobretensión/subtensión de los equipos | Control de la corriente del motor, detección de la corriente de carga, protección contra fallos a tierra, medición del consumo de energía, gestión de la carga y descarga de la batería |
| Principales retos | Aislamiento de alta tensión, precisión de medición, respuesta en frecuencia | Gran medición de corriente, alta precisión, amplia respuesta en frecuencia e inmunidad a las interferencias |
Los objetivos de la medición son diferentes: los sensores de tensión se centran en las diferencias de potencial, mientras que los sensores de corriente se centran en el flujo de cargas eléctricas. Esto determina las diferencias fundamentales en sus métodos de conexión y principios de medición en el circuito.
Los métodos de conexión son diferentes: Los sensores de tensión suelen conectarse en paralelo en el circuito para medir la diferencia de potencial entre dos puntos. Los transductores de corriente suelen conectarse en serie en los circuitos para medir la corriente que circula por los conductores o para inducir el campo magnético generado por la corriente mediante métodos sin contacto (como transformadores, efecto Hall).
Requisitos de aislamiento: En entornos de alta tensión o fuertes interferencias electromagnéticas, el aislamiento eléctrico es de vital importancia. Tanto las tecnologías de aislamiento por transformador como fotoeléctricas se utilizan para proporcionar aislamiento en ambos tipos de sensores, pero los sensores de corriente, debido a las características de sus métodos de medición, suelen ser más fáciles de conseguir un aislamiento elevado.
Consumo de energía y caída de tensión: Los sensores de corriente de tipo shunt introducen cierto consumo de potencia y caída de tensión, que deben tenerse especialmente en cuenta en aplicaciones de baja potencia o alta precisión. Debido a su alta impedancia de entrada, los sensores de tensión suelen tener un impacto relativamente pequeño en el circuito bajo prueba.
En aplicaciones prácticas, los sensores de tensión y los sensores de corriente a menudo tienen que trabajar de forma coordinada para proporcionar datos de monitorización completos y precisos para sistemas de energía o dispositivos electrónicos. Por ejemplo, en la medición eléctrica, la tensión y la corriente deben medirse simultáneamente para calcular la potencia y la energía.
Para comprender en profundidad los sensores de tensión y corriente, es necesario que exploremos en detalle sus principios básicos de funcionamiento. Aunque se ha mencionado brevemente en el texto anterior, en esta sección se ofrecerá una descripción más específica del mecanismo.
Un sensor de tensión convierte las señales de tensión en señales eléctricas medibles. Su principio de funcionamiento se basa principalmente en los siguientes mecanismos:
1 Principio de división de la tensión por la resistencia .
Mecanismo:Es el método más intuitivo para medir la tensión. Un circuito divisor de tensión se forma conectando dos o más resistencias en serie a través de los dos terminales de la tensión que se desea medir. Según la Ley de Ohm, la caída de tensión a través de cada resistencia es directamente proporcional a su valor de resistencia. Midiendo con precisión la tensión a través de una de las resistencias y combinándola con la relación proporcional de las resistencias, se puede calcular la tensión eléctrica total. Por ejemplo, si R1 y R2 están conectados en serie, la tensión total V = V_R1 + V_R2, y V_R2 = V * (R2 / (R1 + R2)). Midiendo V_R2, se puede deducir V a la inversa.
Características: Estructura simple, bajo coste, adecuado para medida de tensión continua y alterna de baja frecuencia. Sin embargo, no proporciona aislamiento eléctrico y, en entornos de alta frecuencia, la capacitancia parásita y la inductancia de la resistencia pueden afectar a la precisión de la medida.
2. Principio de inducción electromagnética (transformador de tensión) :
Mecanismo: Los transformadores de tensión (PT/VT) utilizan el principio de los transformadores. El lado de alta tensión (bobina primaria) se conecta en paralelo con el circuito de alta tensión sometido a prueba, y el lado de baja tensión (bobina secundaria) se conecta al instrumento de medida. Cuando pasa alta tensión por la bobina primaria, se genera un campo magnético alterno que induce una baja tensión proporcional en la bobina secundaria. Midiendo con precisión la relación de vueltas, la alta tensión medida puede reducirse con seguridad proporcionalmente al rango de medida estándar (como 100V o 110V).
Características: Proporciona aislamiento de alta tensión, tiene alta precisión de medición, y es adecuado para la medición de alta tensión y protección en sistemas de energía. Se utiliza principalmente para la medición de tensión alterna.
3. Principio de efecto Hall (para algunos sensores de tensión):
Mecanismo: Aunque los sensores de efecto Hall se utilizan principalmente para medir la corriente, también se puede medir la tensión convirtiendo la tensión en corriente (por ejemplo, a través de una resistencia conocida), o influyendo indirectamente en el campo magnético con el campo eléctrico generado por la tensión. En este caso, el elemento Hall detecta la intensidad del campo magnético y genera una tensión Hall proporcional a la intensidad del campo magnético. Mediante calibración, la tensión Hall puede correlacionarse con la tensión original.
Características: Ofrece aislamiento eléctrico y es adecuado tanto para la medida de tensión continua como alterna, presentando especialmente ventajas en aplicaciones de alta tensión o alto aislamiento.
4. Principio del aislamiento fotoeléctrico:
Mecanismo: El sensor de tensión de aislamiento fotoeléctrico consigue el aislamiento eléctrico a través de señales luminosas como medio intermedio. La señal de tensión de entrada acciona un diodo emisor de luz (LED) para que emita una señal luminosa. Tras atravesar un medio aislante, la señal luminosa es recibida por un receptor fotosensible (como un fototransistor) y convertida en una señal eléctrica proporcional a la tensión original para su salida. Dado que la transmisión de señales ópticas no implica contacto eléctrico, se consigue un aislamiento de alta tensión entre la entrada y la salida.
Características: Ofrece un aislamiento eléctrico extremadamente alto y capacidades antiinterferencias electromagnéticas, con una rápida velocidad de respuesta, y es adecuado para entornos electromagnéticos difíciles y aplicaciones de alta tensión.
Los sensores de corriente convierten las señales de corriente en señales eléctricas medibles. Su principio de funcionamiento se basa principalmente en los siguientes mecanismos:
1. Principio de la derivación:
Mecanismo: El shunt es una resistencia de precisión con un valor de resistencia conocido y muy pequeño. Cuando la corriente a medir fluye a través del shunt, según la Ley de Ohm (V = I * R), se generará una pequeña caída de tensión proporcional a la corriente a través del shunt. Midiendo esta caída de tensión y combinándola con el valor de la resistencia del shunt, se puede calcular la corriente que circula por el circuito.
Características: Estructura simple, bajo coste, adecuado tanto para la medida de corriente continua como alterna. Sin embargo, al estar conectado en serie en el circuito, introducirá cierto consumo de energía y caída de tensión, y no proporciona aislamiento eléctrico.
2. Principio de inducción electromagnética(transformador de corriente):
Mecanismo: El transformador de corriente (TC) utiliza el principio de un transformador. La gran corriente medida fluye a través de la bobina primaria (normalmente el cable que pasa por el orificio central del transformador), generando un flujo magnético en el núcleo de hierro. Este flujo magnético induce una pequeña corriente proporcional en la bobina secundaria. Midiendo con precisión la relación de vueltas, la corriente grande medida puede reducirse con seguridad proporcionalmente al rango de medida estándar (como 5A o 1A).
Características: Ofrece aislamiento eléctrico, tiene una alta precisión de medida y es adecuado para la medida y protección de grandes corrientes en sistemas de potencia. Se utiliza principalmente para la medición de corriente alterna.
3. Principio del efecto Hall:
Mecanismo: Cuando la corriente circula por un conductor, se genera un campo magnético a su alrededor. El sensor de corriente de efecto Hall sitúa el elemento Hall en este campo magnético. Según el efecto Hall, cuando la corriente pasa a través de un elemento Hall y se encuentra en un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente, se generará una intensidad de campo magnético y de corriente entre los dos lados del elemento Hall
tensiones Hall que son todas proporcionales. Midiendo esta tensión Hall, se puede calcular la magnitud de la corriente que se está midiendo. Los sensores Hall de bucle cerrado también contrarrestan los campos magnéticos mediante la corriente de realimentación, lo que mejora aún más la precisión y la linealidad.
Características: Puede medir corrientes continuas y alternas, proporciona aislamiento eléctrico, tiene una velocidad de respuesta rápida y es adecuado para amplios rangos de corriente y mediciones de alta precisión.
4. Principio Fluxgate:
Mecanismo: Los sensores Fluxgate utilizan las características de magnetización no lineal de los materiales del núcleo magnético en un campo magnético alterno. Suele contener un núcleo magnético que se satura fácilmente y una bobina de excitación. Cuando el campo magnético generado por la corriente continua medida se superpone al campo magnético alterno producido por la bobina de excitación, cambiará el punto de saturación del núcleo magnético, afectando así a la forma de onda de la tensión inducida de la bobina de excitación. Detectando los cambios en esta forma de onda, se puede medir con precisión la corriente continua.
Características: Alta sensibilidad, capaz de medir corriente continua débil, con excelente estabilidad y linealidad.
5. Principio de la bobina de Rogowski:
Mecanismo: Una bobina Rogowski es una bobina hueca enrollada uniformemente alrededor de un esqueleto no magnético. Genera una tensión inducida a través de la bobina mediante la inducción de un campo magnético alterno producido por la corriente alterna que se está midiendo. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, esta tensión inducida es directamente proporcional a la tasa de variación (dI/dt) de la corriente medida. Para obtener la señal de corriente, es necesario integrar la tensión inducida.
Características: Sin problemas de saturación magnética, amplia respuesta en frecuencia, alto aislamiento, adecuado para medir grandes corrientes, corrientes de alta frecuencia y corrientes transitorias.
Los sensores de tensión y los sensores de corriente tienen amplias aplicaciones en la industria moderna y en la vida cotidiana. Son componentes clave para el funcionamiento normal y la optimización de muchos sistemas.
1. Supervisión y protección del sistema eléctrico:
Control de la tensión de red: Supervisión en tiempo real del nivel de tensión en la red de transmisión y distribución para garantizar el funcionamiento estable de la red y evitar daños en los equipos causados por sobretensión o subtensión.
Protección de generadores y transformadores: Supervisa la salida de tensión de generadores y transformadores. Cuando se producen fluctuaciones anormales de tensión, se activa inmediatamente el mecanismo de protección para evitar daños en los equipos.
Compensación de potencia reactiva: En los sistemas eléctricos, los sensores de tensión se utilizan para detectar desviaciones de tensión y guiar a los dispositivos de compensación de potencia reactiva para que realicen ajustes que mejoren el factor de potencia de la red eléctrica.
2. Aplicaciones de las energías renovables:
Inversor solar: Supervise la tensión de salida del panel solar y la tensión de entrada/salida del inversor para garantizar la eficacia del seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) y la calidad de la energía.
Generación de energía eólica: Supervisar la tensión de salida de los aerogeneradores para garantizar la estabilidad de la tensión conectada a la red.
Sistema de almacenamiento de energía: En los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, los sensores de tensión se utilizan para controlar la tensión del paquete de baterías, evaluar el estado de carga (SOC) y el estado de salud (SOH), y evitar la sobrecarga y la sobredescarga.
3. Automatización y Control Industrial:
Gestión de la energía: Supervisar la estabilidad de la tensión de alimentación de los equipos industriales para garantizar que los equipos funcionan a la tensión nominal.
Control de motores: En los convertidores de frecuencia y los servosistemas, los sensores de tensión se utilizan para detectar la tensión del bus de CC y la tensión de fase del motor para lograr un control preciso.
Control de procesos: En industrias como la ingeniería química y la metalurgia, los sensores de tensión se utilizan para supervisar los parámetros de tensión eléctrica de equipos clave durante el proceso de producción para garantizar la estabilidad del proceso.
4. Vehículos eléctricos y estaciones de carga:
Sistema de gestión de baterías (BMS) : Controla con precisión el voltaje de cada célula de la batería del pack de baterías de los vehículos eléctricos para evitar sobrecargas, sobredescargas y desequilibrios, y prolongar la vida útil de la batería.
Pilas de carga: Supervisa la tensión durante el proceso de carga para garantizar la seguridad y la eficiencia de la carga.
5. Electrónica de consumo:
Adaptador de corriente: Controla la tensión de salida para garantizar una alimentación estable del aparato.
Electrodomésticos: Algunos electrodomésticos de gama alta integran funciones de control de tensión para proteger los circuitos internos.
1. Supervisión y protección del sistema eléctrico:
Supervisión de la corriente en la red eléctrica: Supervisión en tiempo real de la carga de corriente en la red de transmisión y distribución para evitar sobrecargas y optimizar el despacho de energía.
Protección contra cortocircuitos y sobrecargas: Detecta corrientes anormalmente grandes en el circuito, activa la actuación de disyuntores o fusibles y protege equipos y líneas.
Diagnóstico de fallos: mediante el análisis de la forma de onda y la magnitud de la corriente, diagnostica problemas como fallos a tierra y cortocircuitos interfásicos en el sistema eléctrico.
2. Aplicaciones de las energías renovables:
Inversor solar: Supervise la corriente de entrada/salida del inversor, evalúe la eficiencia de generación de energía y la calidad de la energía.
Generación de energía eólica: Supervisar la corriente de salida del aerogenerador para garantizar la estabilidad de la corriente conectada a la red.
Sistema de almacenamiento de energía: Supervisar la corriente de carga y descarga del paquete de baterías, realizar una gestión precisa del estado de carga (SOC) y una evaluación del estado de la batería.
3. Automatización y Control Industrial:
Accionamiento y control de motores: Mida con precisión la corriente del motor, aplique estrategias de control avanzadas como el control vectorial y el control de par, y mejore la eficiencia y el rendimiento del motor.
Monitorización de la carga: Supervise el consumo de corriente de los equipos de la línea de producción, determine el estado de funcionamiento de los equipos y realice un mantenimiento predictivo.
Equipos de soldadura: Controle con precisión la corriente de soldadura para garantizar la calidad de la soldadura.
4. Vehículos eléctricos y estaciones de carga:
Sistema de gestión de baterías (BMS) : Controla con precisión la corriente de carga y descarga del pack de baterías de los vehículos eléctricos, evita sobrecorrientes y garantiza la seguridad de las baterías.
Pilas de carga: Monitoriza la corriente de carga para conseguir una carga de corriente constante y un control preciso del proceso de carga.
5. Aplicaciones para viviendas y edificios inteligentes:
Monitorización del consumo de energía: Supervisa la corriente eléctrica en tiempo real de un hogar o edificio para ayudar a los usuarios a comprender el consumo de energía y lograr una gestión de ahorro energético.
Protección contra fugas: Al detectar corrientes de fuga, corta rápidamente el suministro eléctrico para evitar accidentes por descargas eléctricas.
6. Productos sanitarios:
Fuente de alimentación médica: Supervisar la corriente de alimentación de los equipos médicos para garantizar el funcionamiento estable de los equipos y la seguridad de los pacientes.
Equipos de diagnóstico: En algunos equipos de diagnóstico, se utilizan sensores de corriente para medir señales de corriente biológica débiles.
Nuestra empresa sensor de corriente de bobina Rogowski ha resistido las condiciones de trabajo extremas de alta temperatura, alto polvo y fuerte interferencia electromagnética en el escenario de monitoreo de alta corriente de 10KA del horno eléctrico térmico en empresas metalúrgicas, y ha estado operando continuamente sin fallas por más de dos años.
Cabe destacar que el producto está equipado con un cable de transmisión de señales de 25 metros de longitud, que puede transmitir datos de forma estable en un entorno industrial complejo.
Nos complace anunciar que hemos vuelto a exponer con éxito en PCIM Europe, la principal feria y conferencia internacional de electrónica de potencia. Del 7 al 9 de mayo, nuestro equipo de tres personas -nuestro ingeniero de I+D, nuestro supervisor global de ventas y nuestro director de desarrollo de negocio- estuvo sobre el terreno en el stand 6-242 de Messe Nuremberg, empapándose de las últimas tendencias y conectando con la vibrante comunidad de la electrónica de potencia.
PCIM Europe es una cita anual ineludible en nuestro calendario y nos proporciona una plataforma incomparable para relacionarnos con los líderes del sector, estimados colegas y caras conocidas de nuestros clientes actuales y nuevos clientes potenciales. Este año no ha sido una excepción y ha estado repleto de interesantes debates y valiosas oportunidades para establecer contactos.
Participamos activamente en el pulso de la industria, observando las tendencias clave que configuran el futuro de la electrónica de potencia. Predominaron los debates en torno a la mejora de la eficiencia, el aumento de la densidad de potencia y el papel crucial de los componentes robustos y fiables en las nuevas aplicaciones energéticas. Está claro que el impulso hacia soluciones energéticas sostenibles y más inteligentes sigue acelerándose, con la innovación en áreas como la recarga de vehículos eléctricos y los sistemas avanzados de control industrial ocupando un lugar central.
Nuestra variada gama de productos, que abarca bobinas Rogowski, transformadores de potencia, sensores de corriente de fuga, sensores de corriente y transformadores de corriente, tuvo una buena acogida entre los asistentes. Nos complació especialmente la atención y los comentarios positivos recibidos por nuestras soluciones especializadas, como los sensores de corriente de fuga de la serie ZDA13, fundamentales para la seguridad de la carga de vehículos eléctricos, y nuestras versátiles bobinas Rogowski, ideales para mediciones de alta corriente en entornos exigentes.
Gracias a todos los que se han pasado por nuestro stand y han interactuado con nosotros. La energía y el espíritu de colaboración de PCIM Europe encarnan realmente la innovación en nuestro campo. Estar allí nos permite mantenernos a la vanguardia de los avances tecnológicos y reforzar nuestro compromiso con el aprendizaje y el crecimiento continuos.
Para conocer más de cerca nuestra experiencia y nuestra exposición de productos, no deje de ver el siguiente vídeo. Ya estamos deseando que llegue nuestro regreso anual y esperamos verle de nuevo en PCIM Europe 2026.
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