Por qué utilizar señales de corriente de 4-20 mA

En los sistemas industriales de medición y control, los transmisores de corriente y los transmisores de tensión convierten las señales analógicas en señales eléctricas normalizadas para su transmisión a larga distancia a salas de control con fines de supervisión, registro y control. La uniformidad de estas señales normalizadas es fundamental para garantizar la interoperabilidad entre distintos dispositivos y la estabilidad del sistema. La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) ha establecido 4-20 mA CC y 1-5 V CC (mediante conversión resistiva) como los estándares de señal analógica para los sistemas de control de procesos.

1. Ventajas de las señales de corriente

Las señales de corriente ofrecen ventajas significativas sobre las señales de tensión durante la transmisión a larga distancia. Los entornos industriales suelen sufrir graves interferencias electromagnéticas, que distorsionan fácilmente las señales de tensión. Además, las señales de tensión sufren caídas de tensión debido a la resistencia de los cables durante la transmisión prolongada, lo que provoca atenuación de la señal y errores de medición.

Las ventajas de las señales actuales se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:

- Gran resistencia a las interferencias: Las tensiones de ruido en entornos industriales pueden alcanzar varios voltios, pero la potencia de ruido es débil, generando normalmente corrientes de ruido por debajo del nivel nA. Las señales de corriente se ven menos afectadas por la resistencia de la línea, resisten la atenuación y garantizan una transmisión de datos fiable en entornos con mucho ruido eléctrico.
- Larga distancia de transmisión: Las fuentes de corriente presentan una resistencia interna infinita, lo que significa que la resistencia de los cables en serie dentro del bucle no afecta a la precisión. Mientras el bucle de transmisión no esté ramificado, la corriente que lo atraviesa permanece constante independientemente de la longitud del cable. Esto permite la transmisión a través de cables de par trenzado estándar durante cientos de metros o más, garantizando la precisión de la transmisión.
- Cableado reducido: La transmisión de señales 4-20 mA a dos hilos proporciona simultáneamente alimentación y señal, lo que reduce el uso de cables y, por tanto, los costes y la complejidad del cableado.

2. Por qué la señal de 4-20 mA CC

La señal 4-20 mA CC es la señal analógica estándar más ampliamente adoptada en las aplicaciones industriales. Su selección no es casual, sino que se basa en consideraciones técnicas y de seguridad polifacéticas.

2.1 Razón para seleccionar 4mA como punto de partida ("Cero vivo")

La elección de 4mA como punto de partida de la señal 4-20mA, en lugar de 0mA, es una de sus características más críticas, conocida como "Cero Vivo."
- Diagnóstico de fallos: Cuando la señal lee 0mA, indica claramente una rotura de línea (circuito abierto) o un fallo del dispositivo, en lugar de un valor de medida cero. Esto hace que el diagnóstico de fallos sea sencillo e intuitivo, evitando la confusión entre una señal cero y un fallo de cable roto.
- Alimentación del sensor: En el caso de los transmisores de dos hilos, la corriente de 4 mA proporciona la corriente de funcionamiento mínima necesaria para los sensores, garantizando su correcto funcionamiento. Esto elimina la necesidad de cables de alimentación adicionales, simplificando el cableado.

2.2 Razones para seleccionar 20 mA como punto final

La elección de 20 mA como valor de la señal de escala completa también se basa en consideraciones de seguridad y practicidad.

- Seguridad: La energía de chispa generada por el flujo de corriente de 20 mA es insuficiente para encender el gas, cumpliendo los requisitos de seguridad intrínseca a prueba de explosiones, críticos en entornos industriales inflamables y explosivos.
- Consumo de energía y coste: Al tiempo que garantiza la calidad de transmisión de la señal y la velocidad de respuesta, 20 mA representa un valor de corriente relativamente bajo, lo que ayuda a reducir el consumo de energía y los costes de los equipos.

Conclusión

En resumen, la señal de 4-20 mA CC se ha convertido en el estándar más adoptado en la automatización industrial y el control de procesos debido a su excepcional resistencia a las interferencias, su capacidad de transmisión a larga distancia, su exclusiva función de diagnóstico de fallos "live zero" y su seguridad inherente. Transmite datos de medición de forma fiable, al tiempo que reduce eficazmente los costes de cableado y mejora la fiabilidad del sistema.

Cómo utilizar un sensor de corriente bidireccional para medir

1. Interpretación de la señal de salida

Los sensores de corriente de la serie HAS indican la magnitud y dirección de la corriente medida a través de sus señales de salida de tensión. Su característica principal es que la señal de salida toma 2,5 V como punto central y se desplaza según la dirección y magnitud de la corriente sobre esta base. Este diseño permite al sensor medir corriente bidireccional.

2. Significado de la salida de 2,5V±0,625V

Para el sensor de corriente HAS14Z, su rango de tensión de salida es de 2,5V ± 0,625V. Esto significa:

-Corriente cero (0A): Cuando no pasa corriente por el sensor, la tensión de salida es de 2,5V.
- Corriente hacia adelante: Cuando la corriente es hacia adelante, la tensión de salida aumentará de 2,5V a un máximo de 2,5V + 0,625V = 3,125V.
- Corriente inversa: Cuando la corriente es inversa, la tensión de salida disminuirá de 2,5V a 1,875V, con un mínimo de 2,5V - 0,625V = 1,875V.

Este rango de 2,5V±0,625V suele corresponder al rango de corriente nominal de medida del sensor. Por ejemplo, para HAS2009, su corriente nominal es ±20A; Para HAS4009, su corriente nominal es ±100A.

3. Método de cálculo actual

A través de la sensibilidad nominal (SN) del sensor, podemos convertir la señal de tensión recogida en el valor real de la corriente. La fórmula de cálculo es la siguiente
IP = (Vout - 2,5V)/SN

Entre ellas:

-IP es la corriente medida (unidad: A)
- Vout es la tensión emitida por el sensor (unidad: V)
-2,5V es la tensión de referencia a corriente cero
-SN es la sensibilidad nominal del sensor (unidad: V/A o mV/A).

Por ejemplo:

Supongamos que se utiliza el sensor de corriente HAS14Z (SN = 104,2 mV/A o 0,1042 V/A).

-Si Vout se mide a 2,8V: IP = (2,8V - 2,5V) / 0,1042V /A ≈ 2,88A (corriente directa)
-Si Vout se mide a 2,2V: IP = (2,2V - 2,5V) / 0,1042V /A ≈ -2,88A (corriente inversa).

4. Definición y conexión de los pines del sensor

Los sensores de corriente de la serie HAS suelen tener los siguientes pines:

- VCC (+5V): Entrada positiva de alimentación del sensor, conectada a una fuente de alimentación estable de 5V CC.
- GND: La tierra de alimentación y la tierra de señal del sensor deben compartirse con el cable de tierra del sistema de control.
- OUT (Vout): Pin de salida de tensión del sensor, utilizado para recoger señales de corriente.

Esquema eléctrico típico (tomando como ejemplo los microcontroladores) :

Precauciones de cableado

1). Alimentación: Asegúrese de que el sensor dispone de una fuente de alimentación estable de 5V. La calidad de la fuente de alimentación afecta directamente a la precisión de la medición.
2). Masa común: El sensor y el microcontrolador deben compartir la misma tierra para evitar errores de medición causados por diferencias de potencial de tierra.
3). Cableado: El cable de la corriente a medir debe pasarse correctamente por el orificio de medición del sensor y centrarse al máximo para garantizar el mejor efecto de medición.

5. Pasos para la adquisición de señales

La señal de salida de tensión de 2,5V±0,625V del sensor de corriente se recoge principalmente a través de un convertidor analógico-digital (ADC). A continuación se detallan los pasos a seguir:
1). Configuración del ADC:

-Seleccione el pin ADC: Conecta el pin OUT del sensor a uno de los pines de entrada ADC del microcontrolador.
-Ajuste la tensión de referencia: Ajuste la tensión de referencia del ADC a 5V (si el rango de salida del sensor es de 0,25V a 4,75V), o seleccione una tensión de referencia adecuada en función de la situación real. Asegúrese de que el ADC puede cubrir todo el rango de salida del sensor.
-Ajuste la resolución y la frecuencia de muestreo: Seleccione la resolución (como 10 ó 12 bits) y la frecuencia de muestreo del ADC según los requisitos de la aplicación. Una resolución más alta proporciona mediciones más precisas, y una frecuencia de muestreo más alta es adecuada para corrientes que cambian rápidamente.

2). Lea el valor del ADC:

-Los valores digitales de los pines de entrada del ADC se leen periódicamente mediante programación del microcontrolador.

3). Convertir el valor del ADC en tensión:

-Convertir el valor digital leído en el valor real de tensión Vout. Por ejemplo, para un ADC de 10 bits (0-1023) con una tensión de referencia de 5V, la fórmula de conversión es: Vout = (Valor_ADC / 1024.0) * 5.0 (unidad: V)

4). Calcular la corriente real

-Utilice la siguiente fórmula para convertir la tensión Vout en la corriente real IP: IP = (Vout - 2,5V)/SN, donde SN es la sensibilidad nominal del sensor (unidad: V/A). Por ejemplo, la SN del HAS14Z es 0,1042 V/A.

Ejemplo de cálculo
Supongamos que se utiliza el sensor de corriente HAS14Z (SN = 0,1042 V/A).

-Si la tensión de salida Vout medida por el ADC es de 2,8V: IP = (2,8V - 2,5V) / 0,1042V /A ≈ 2,88A (corriente de avance)
-Si la tensión de salida Vout medida por el ADC es de 2,2V: IP = (2,2V - 2,5V) / 0,1042V /A ≈ -2,88A (corriente de retroceso).

Siguiendo los pasos anteriores, podrá recoger y calcular con precisión la magnitud y la dirección de la corriente que se está midiendo.

6. Escenarios de aplicación

Los sensores de corriente de principio de bucle cerrado de la serie HAS se utilizan ampliamente en los siguientes campos debido a su capacidad de medición de corriente bidireccional y a sus características de salida de tensión:

- Control de motores: Consigue un control preciso de la velocidad y el par para vehículos eléctricos, robots industriales y otros equipos.
- Sistema de gestión de la batería (BMS): supervisa el estado de carga y descarga de la batería para optimizar su salud y eficiencia.
- Gestión de la alimentación: Utilizado en SAI, SMPS, inversores solares, etc., controla con precisión el flujo de energía.
Sistemas de energías renovables: Monitoriza la corriente en los puntos de conexión entre los sistemas de almacenamiento de energía y la red eléctrica para optimizar la conversión de energía.
- Automatización industrial: Proporciona datos de corriente en tiempo real para el control de procesos, el diagnóstico de fallos y la protección de la seguridad.

¿Cuál es la diferencia entre transformador de intensidad, transformador de tensión y transformador de control/seguridad de aislamiento?

Los transformadores de intensidad (TC), los transformadores de tensión (TT), también conocidos como transformadores de potencial (TP), y los transformadores de potencia funcionan todos ellos basándose en el principio de la inducción electromagnética, pero difieren significativamente en su diseño, finalidad y características de funcionamiento. En pocas palabras, los TC y los TT son transformadores de medida, utilizados principalmente para medir y proteger la corriente o la tensión en los sistemas de potencia, mientras que los transformadores de potencia son transformadores de potencia, utilizados principalmente para la conversión de tensión en la transmisión y distribución de energía. A continuación, los compararé desde múltiples perspectivas.

1. Definición básica y principio

• Transformador de corriente (TC): Se utiliza para convertir alta tensión y alta corriente en baja tensión y baja corriente (normalmente 1A o 5A) para la medición de instrumentos o la protección de relés. Su principio de funcionamiento es que el devanado primario está conectado en serie en el circuito, y el devanado secundario emite una señal proporcional a la corriente primaria.
• Transformador de tensión (TT): Se utiliza para convertir alta tensión y alta corriente en baja tensión (normalmente 100 V o 110 V) para la medición y protección de la tensión. El devanado primario está conectado en paralelo en el circuito, y la salida secundaria es proporcional a la tensión primaria.
• Transformador de control/seguridad de aislamiento: Se utiliza para cambiar los niveles de tensión (por ejemplo, subir o bajar) en los sistemas de energía para lograr una transmisión y distribución eficiente de la energía. No se utiliza para medir, sino que suministra directamente energía a la carga.

2. Comparación de las principales diferencias

La siguiente tabla resume las principales diferencias entre los tres tipos de transformadores:

Conexión entre el transformador de corriente y el chip Atmel M90E32AS

Introducción

En los sistemas modernos de medición de energía, la medición precisa de la corriente es crucial. El M90E32AS de Atmel es un CI multifásico de medición de energía de alto rendimiento y amplio rango dinámico ampliamente utilizado en diversos contadores de energía y equipos de control de potencia. Los transformadores de corriente (TC) desempeñan un papel indispensable en la transmisión segura y precisa de señales de alta tensión y alta corriente al M90E32AS para su procesamiento. Este artículo profundizará en los principios de funcionamiento de los transformadores de corriente y en cómo conectarlos correctamente al M90E32AS para obtener una medición de corriente fiable.

Visión general del chip Atmel M90E32AS

El Atmel M90E32AS es un circuito integrado de alto rendimiento diseñado para la medición multifásica de energía. Integra seis ADC Sigma-Delta de segundo orden independientes capaces de procesar simultáneamente señales trifásicas de tensión y corriente. El procesador digital de señales (DSP) interno del chip realiza cálculos complejos a partir de los datos recogidos por los ADC para obtener parámetros energéticos clave como la potencia activa, la potencia reactiva, la potencia aparente, el factor de potencia, la frecuencia y los valores eficaces de tensión y corriente. El M90E32AS admite el muestreo de corriente a través de un transformador de corriente (TC) o una bobina Rogowski, y el muestreo de tensión a través de una red divisora de resistencias.

Canal de entrada de corriente

El chip M90E32AS proporciona tres conjuntos de pines de entrada de corriente diferencial: I1P/I1N, I2P/I2N, e I3P/I3N, correspondientes a la medida de corriente trifásica. Estos pines son los terminales de entrada de los canales analógicos ADC, lo que permite una asignación flexible de canales para adaptarse a diferentes configuraciones de sistemas trifásicos (como trifásico de cuatro hilos o trifásico de tres hilos).

ADC interno y muestreo

El ADC del chip se encarga de convertir la señal analógica de corriente en una señal digital. El M90E32AS tiene un alto rango dinámico y una gran precisión, lo que puede garantizar una medición exacta en un amplio rango de corrientes. La hoja de datos indica que el muestreo de corriente se realiza a través de un transformador de corriente (TC) o una bobina Rogowski (bobina di/dt) [1]. Esto significa que el sensor externo convierte la señal de corriente en una señal de tensión aceptable para el M90E32AS.

Tratamiento de señales y calibración

El DSP del M90E32AS no sólo calcula los parámetros de energía, sino que también admite la compensación de ganancia y ángulo de fase para corregir los errores introducidos por sensores y circuitos externos. Esto es crucial para garantizar la precisión de todo el sistema de medición. El chip también dispone de umbrales programables de arranque y potencia en vacío, así como de monitorización de señales transitorias de corriente y tensión. Estas características permiten al M90E32AS funcionar de forma estable y fiable en entornos energéticos complejos.

Principio de funcionamiento del transformador de corriente (TC)

Un transformador de corriente (TC) es un tipo especial de transformador utilizado para convertir proporcionalmente grandes corrientes en otras más pequeñas para medición, protección y control. Sus funciones principales son el aislamiento y el escalado de la corriente. El principio de funcionamiento de un TC se basa en la ley de inducción electromagnética: cuando la corriente circula por el devanado primario (normalmente el cable que atraviesa el centro del TC), genera un flujo magnético en el núcleo. Este flujo induce una fuerza electromotriz en el devanado secundario, generando una corriente secundaria.

Características principales

Ratio:

La relación de un TC es la relación entre su corriente nominal en el primario y su corriente nominal en el secundario, por ejemplo, 100A/5A o 100A/0,1A. Esto significa que cuando por el primario circulan 100A, la salida secundaria será de 5A o 0,1A. En las aplicaciones de medición de energía, los TC con una salida secundaria de miliamperios o menos suelen seleccionarse para permitir la conexión directa a la entrada de corriente de un chip de medición.

Clase de precisión:

La clase de precisión de un TC indica su error de medición dentro de su rango de corriente nominal. Por ejemplo, un TC de clase 0,2S indica un error dentro de un rango de corriente específico de ±0,2%, lo que resulta crítico para la medición de energía de alta precisión.

Carga:

La carga de un TC se refiere a la impedancia del instrumento o dispositivo de medida conectado a su lado secundario. El lado secundario de un TC debe estar siempre cerrado; de lo contrario, un circuito abierto provocaría una alta tensión en el lado secundario, lo que podría dañar el TC o suponer un peligro para el personal. Aislamiento: Los TC proporcionan aislamiento eléctrico entre el circuito de alta tensión del lado primario y el circuito de medida de baja tensión del lado secundario, mejorando así la seguridad y fiabilidad del sistema.

Aplicaciones en medición de energía

En la medición de energía, los TC se utilizan a menudo para medir corrientes elevadas en el circuito principal. Los TC pueden reducir la tensión y la corriente de la señal de alta corriente en el circuito principal, convirtiéndola en una señal de baja corriente o baja tensión que el chip de medición puede procesar. Esto no sólo protege el chip de medición del impacto directo de la alta tensión y corriente, sino que también hace que el diseño del sistema de medición sea más flexible y seguro.

Conexión de transformadores de corriente al chip M90E32AS

La conexión de transformadores de corriente al chip Atmel M90E32AS requiere una cuidadosa consideración del circuito de acondicionamiento de señal para asegurar la precisión de la medida y la seguridad del chip. Los pines de entrada de corriente del chip M90E32AS (I1P/I1N, I2P/I2N e I3P/I3N) son entradas diferenciales, lo que significa que miden la diferencia de tensión entre los dos pines. Por lo tanto, la salida del transformador de corriente normalmente debe convertirse en una señal de tensión a través de una resistencia de muestreo antes de introducirse en las entradas diferenciales del chip.

Circuito de conexión típico

Podemos ver cómo se conecta un transformador de corriente (TC). Normalmente, el lado secundario del TC está conectado a una resistencia en derivación de pequeño valor. Cuando la corriente fluye a través de la resistencia, se genera una caída de tensión proporcional a la corriente. Esta caída de tensión sirve como señal de entrada para el ADC del chip M90E32AS.

Tomando como ejemplo la medida de corriente monofásica, la salida secundaria del TC se conecta a la resistencia de derivación, que a su vez se conecta a los pines I_P e I_N del chip M90E32AS. Para mejorar la precisión de la medida y suprimir el ruido en modo común, se suele conectar un condensador en paralelo a la resistencia de derivación para formar una red de filtrado RC. Además, puede ser necesaria una red divisora de tensión o un circuito de polarización para proporcionar una tensión de polarización adecuada que garantice que la entrada del ADC se encuentra dentro del rango de funcionamiento del M90E32AS.

Por qué Transformadores PCB moldeados al vacío es importante

Peligros para la maceta:

Potencial de cavitación, que provoca descargas parciales, puntos calientes y grietas por ciclos térmicos
La vida útil puede reducirse entre un 40 y un 60%.

Ventajas del encapsulado al vacío:

Evacúa el aire a ≤5 mbar
Inyecta resina epoxi UL94V-0 y cura en un entorno sin humedad
Mejora significativamente el rendimiento del aislamiento y la estabilidad térmica.

Resultados reales y datos de las pruebas

Un transformador de dispositivo médico encapsulado al vacío superó una prueba de envejecimiento acelerado de 50.000 horas.
Un dispositivo sin maceta de vacío falló tras 18.000 horas.

Capacidad para enfrentarse a entornos extremos

Recomendaciones para verificar la calidad del encapsulado

–Don’t rely solely on the datasheet, request:
–X-ray scan showing void distribution
–Cross-section report measuring bubble size
–Thermal shock test (-55°C to +150°C, 500 cycles)
–Partial discharge test <5 pC (at 2x the operating voltage)

A transformador de corriente de núcleo dividido facilita la medición de corriente sin cortar cables.
El núcleo de un transformador de corriente de tipo partido puede abrirse, lo que permite pasar cables por el centro y fijarlos. Este transformador es adecuado para aplicaciones en las que no es posible cortar cables. El vídeo muestra cómo conectar y probar un transformador de corriente, controlar la corriente y la tensión de salida y utilizar un rectificador para convertir CA en CC.
Los transformadores de corriente de núcleo dividido proporcionan un excelente aislamiento y facilidad de uso para la medición de potencia.

¿Qué diferencia hay entre un autotransformador y un transformador de aislamiento?

Autotransformador:

Un autotransformador es un transformador cuyos devanados son primario y secundario en el mismo devanado. Según su estructura, también puede dividirse en tipo de tensión ajustable y tipo fijo. El acoplamiento del autotransformador significa acoplamiento electromagnético. Los transformadores ordinarios transfieren energía mediante el acoplamiento electromagnético de las bobinas primaria y secundaria. No hay conexión eléctrica directa entre los lados primario y secundario. Los lados primario y secundario de los autotransformadores tienen conexión eléctrica directa, y su bobina de baja tensión forma parte de la bobina de alta tensión. Los autotransformadores y otros equipos de protección también se utilizan en los equipos de protección de las líneas de comunicación.

Un autotransformador es un transformador autoacoplado. La estructura del autotransformador es relativamente sencilla, de bajo coste, y la línea de entrada/salida y el neutro son compartidos. El lado secundario del transformador forma parte del lado primario. Los lados primario y secundario comparten un devanado, como dos bobinas que salen de una línea. Las dos bobinas utilizan la diferencia de corriente para cortar las líneas de fuerza magnéticas y transformar la tensión. Se utiliza generalmente en el aumento de potencia de corriente continua. La salida y la entrada del transformador tienen conexión eléctrica directa, y el rendimiento de seguridad es deficiente.

Transformador de aislamiento:

Transformador de aislamiento se refiere a un transformador con aislamiento eléctrico entre el devanado de entrada y el devanado de salida. El transformador de aislamiento se utiliza para evitar el contacto accidental con objetos bajo tensión al mismo tiempo. El aislamiento del transformador consiste en aislar la corriente de los devanados primario y secundario. Fue utilizado en la industria de la energía en los países europeos en los primeros días, y es ampliamente utilizado en la fuente de alimentación de control de los circuitos generales en la industria electrónica o empresas industriales y mineras, máquinas herramientas y equipos mecánicos, y la fuente de alimentación de la iluminación de seguridad y luces indicadoras.

La función principal del transformador de aislamiento es aislar los equipos eléctricos de la red eléctrica. Se utiliza en ocasiones de seguridad o con requisitos antiinterferencias. No hay conexión eléctrica directa entre el equipo eléctrico y la red eléctrica. La estructura de aislamiento tiene muchos materiales y un coste elevado. Además de cambiar el voltaje, también puede aislar eléctricamente el devanado de entrada y el de salida entre sí, y aislar la entrada/salida y la línea neutra para evitar el peligro de tocar el objeto vivo (o partes metálicas que pueden cargarse debido a daños en el aislamiento) y la tierra al mismo tiempo. Además, el transformador de aislamiento también tiene un cierto efecto de supresión de diversas interferencias, tiene un rendimiento de filtrado y es muy seguro.

Diferencia entre autotransformador y transformador de aislamiento:

1. Diferencia de estructura

El transformador de aislamiento es el transformador más común. Sus devanados de baja y alta tensión están bobinados por bobinas separadas y no tienen conexión eléctrica. No hay conexión eléctrica directa entre los lados primario y secundario, y el devanado secundario no está conectado a tierra.

Los lados primario y secundario del autotransformador tienen conexión eléctrica directa. Su bobina de baja tensión forma parte de la bobina de alta tensión, es decir, un devanado con una sola vía eléctrica. Hay una derivación en el centro del bobinado como punto común de las bobinas de alta y baja tensión.

2. Diferencia en el factor de seguridad

Normalmente, una línea de la tensión de alimentación de CA que utilizamos está conectada a tierra, y la otra línea tiene una diferencia de potencial de 220 V o 380 V con la tierra. Las personas recibirán una descarga eléctrica si la tocan. Las bobinas secundarias de alta y baja tensión del transformador de aislamiento están aisladas eléctricamente entre sí y no están conectadas a tierra. No hay diferencia de potencial entre ninguna de sus dos líneas y la tierra. Las personas no sufrirán descargas eléctricas si tocan alguna línea, lo que resulta más seguro. Por lo tanto, no importa si el voltaje secundario excede el valor de voltaje seguro, siempre y cuando la persona no toque los dos puntos de salida del secundario con diferencia de voltaje al mismo tiempo, no causará daño a las personas. Esta es la mayor ventaja del transformador de aislamiento. Pero tiene un tamaño grande y un coste elevado.

Debido a que las bobinas de alta y baja tensión del autotransformador se solapan, se ahorran algunos materiales de alambre de bobina, lo que no sólo es pequeño en tamaño, sino también de bajo coste. Sin embargo, sus bobinas de alta y baja tensión están conectadas. Aunque la tensión de salida del lado de baja tensión del transformador reductor sea muy baja, como sus dos bobinados tienen una parte común, la alta tensión primaria se "colará" en la bobina secundaria, lo que es muy fácil que cause daños a las personas.

3. Diferencias de uso

Los transformadores trifásicos de aislamiento se utilizan principalmente para cargas de potencia de sistemas de energía y empresas industriales y mineras, y fuentes de energía que requieren aislamiento de la red eléctrica para convertir la electricidad de la red en electricidad magnética. Se utilizan como equipos de potencia para mediciones de precisión y pruebas de purificación (antiinterferencias) de la potencia y la red eléctrica. Los transformadores de aislamiento son fuentes de alimentación seguras y se utilizan generalmente para el mantenimiento de máquinas para proteger, prevenir rayos y filtrar.

Los lados primario y secundario del autotransformador están directamente conectados eléctricamente. Si la línea está dañada o tiene fugas, es muy fácil causar daños a las personas. Suele utilizarse en lugares donde los requisitos de seguridad no son elevados. Sólo necesita cambiar la tensión para que ésta se ajuste a la requerida por el equipo. Sin embargo, el equipo no puede estar equipado con un dispositivo de protección contra fugas y el cable neutro no puede conectarse a tierra.

Diferencia entre fuente de alimentación conmutada y fuente de alimentación lineal: análisis exhaustivo y comparación

 
En el enorme sistema de equipos electrónicos, la fuente de alimentación es una pieza clave para garantizar el funcionamiento estable del equipo. Como dos tipos comunes de fuentes de alimentación, la fuente de alimentación conmutada y la fuente de alimentación lineal tienen diferencias obvias en múltiples dimensiones, que afectan directamente a la aplicabilidad de la fuente de alimentación en diferentes escenarios. Comprender sus diferencias es muy importante para los ingenieros electrónicos profesionales a la hora de diseñar circuitos o para los entusiastas de la electrónica ordinaria a la hora de mantener y utilizar equipos electrónicos.

Ⅰ. Principio de funcionamiento: diferentes métodos de conversión de energía

1. Fuente de alimentación conmutada: conmutación de alta frecuencia

El núcleo de la fuente de alimentación conmutada es que el tubo de conmutación se enciende y se apaga a alta frecuencia. Tomemos como ejemplo el circuito reductor Buck común:

Fase de conducción: Cuando se enciende el tubo de conmutación, la tensión de entrada se carga en el inductor, el inductor comienza a almacenar energía, y la corriente suministra energía a la carga y carga el condensador de salida al mismo tiempo, y la corriente del inductor aumenta gradualmente.
Fase de apagado: Cuando se apaga el tubo de conmutación, la corriente en el inductor no puede cambiar repentinamente, por lo que formará un bucle a través del diodo en vacío, continuará suministrando energía a la carga, y la corriente del inductor disminuye gradualmente.
Método de control: La tensión de salida se controla con precisión ajustando la proporción del tiempo de conducción del tubo de conmutación en todo el ciclo de conmutación (es decir, el ciclo de trabajo).

Por ejemplo, convertir una entrada de 12 V en una salida de 5 V se consigue ajustando el ciclo de trabajo. La frecuencia de funcionamiento de la fuente de alimentación conmutada suele estar entre decenas de kHz y varios MHz. Las características de funcionamiento a alta frecuencia le permiten utilizar inductores, condensadores y otros componentes de almacenamiento de energía miniaturizados para mejorar eficazmente la densidad de potencia.

2. Fuente de alimentación lineal: Regulación continua de la tensión de los componentes lineales.

Las fuentes de alimentación lineales utilizan las características de amplificación lineal de los componentes de ajuste lineal (tales como Transformador lineal) para estabilizar la tensión de salida:

Proceso básico: El transformador reduce la tensión alterna de entrada y el rectificador la convierte en continua. Tras un suavizado preliminar mediante el condensador de filtro, el tubo de ajuste lineal ajusta continuamente la resistencia interna en función de la señal de realimentación para estabilizar la tensión de salida.

Estado de funcionamiento: El tubo de ajuste lineal trabaja siempre en la zona de amplificación lineal, y la corriente pasa continuamente, asegurando la estabilidad del proceso de ajuste de tensión.

Este método de ajuste continuo hace que la tensión de salida sea más estable y es adecuado para escenarios con requisitos de precisión de tensión elevados.

Ⅱ. Rendimiento de eficiencia: la diferencia entre alta y baja es obvia.

1. Fuente de alimentación conmutada: alta eficiencia y ahorro de energía

La eficiencia de las fuentes de alimentación conmutadas suele oscilar entre el 70% y el 95%, debido principalmente a las siguientes características:

Cuando está encendido: la resistencia interna del tubo del interruptor es extremadamente pequeña, y la pérdida de calor es baja cuando pasa la corriente.

Cuando está apagado: casi no pasa corriente y la pérdida de potencia puede ignorarse.

Sólo en el momento de la conmutación: se genera una cierta pérdida debido al solapamiento de la tensión y la corriente, pero la proporción global es pequeña.

En aplicaciones de alta potencia (como fuentes de alimentación de servidores y equipos industriales), las características de alta eficiencia de las fuentes de alimentación conmutadas pueden reducir significativamente el consumo de energía y ahorrar costes operativos.

2. Fuente de alimentación lineal: eficiencia relativamente baja

La eficiencia de las fuentes de alimentación lineales suele oscilar entre el 30% y el 60%, principalmente porque:

El tubo de ajuste lineal necesita consumir continuamente su propia energía para ajustar la tensión de salida.

Cuando la diferencia de tensión de entrada y salida es grande, la pérdida de potencia en el tubo de ajuste es significativa, y se desperdicia una gran cantidad de energía eléctrica en forma de energía térmica.

Por ejemplo, cuando la entrada es de 12 V y la salida de 5 V, el tubo de ajuste tiene que soportar una caída de tensión de 7 V, y toda esta parte de la energía se convierte en calor. Por eso, las fuentes de alimentación lineales se utilizan sobre todo en aplicaciones de baja potencia y eficiencia.

III. Características de la ondulación de salida: diferencias significativas de tamaño

1. Fuente de alimentación conmutada: ondulación relativamente grande

Debido a su modo de funcionamiento por impulsos, el rizado de salida de la fuente de alimentación conmutada es grande. Aunque el rizado puede reducirse añadiendo un circuito de filtrado (como condensador electrolítico + condensador cerámico en paralelo), su nivel de rizado sigue siendo superior al de la fuente de alimentación lineal.

Escenarios aplicables: Aplicable a equipos con bajos requisitos de rizado, como las fuentes de alimentación ordinarias para accionamiento de motores.

Escenarios restringidos: No aplicable a circuitos con elevados requisitos de pureza de potencia, como el procesamiento de señales analógicas de precisión o los equipos de audio de gama alta.

2. Fuente de alimentación lineal: rizado pequeño

La fuente de alimentación lineal tiene un rizado de salida extremadamente pequeño mediante ajuste lineal y filtrado suave, y es adecuada para:

Equipos de medición de alta precisión (como osciloscopios, instrumentos de diagnóstico médico)
Sistemas con requisitos de estabilidad de tensión extremadamente altos (como instrumentos de investigación científica, circuitos amplificadores de precisión).

IV. Volumen y peso: diferencias evidentes

1. Fuente de alimentación conmutada: pequeña y ligera

La fuente de alimentación conmutada tiene una frecuencia de funcionamiento alta, puede utilizar inductores y condensadores pequeños y no requiere grandes transformadores de frecuencia de alimentación. transformadores de frecuenciapor tanto:

Tamaño reducido y peso ligero

Alta densidad de potencia: puede proporcionar mayor potencia con el mismo volumen

Muy utilizado en dispositivos portátiles (como cargadores de teléfonos móviles, adaptadores de corriente para tabletas) y sistemas con estrictos requisitos de espacio.

2. Fuente de alimentación lineal: gran tamaño y peso

La fuente de alimentación lineal tiene una frecuencia de funcionamiento baja y requiere el uso de transformadores de potencia de gran tamaño. transformadores de potencia y condensadores de filtro de gran capacidad, lo que resulta en:

Gran tamaño y peso

No apto para equipos con limitaciones de espacio

En ocasiones como equipos médicos portátiles y pequeños drones, las fuentes de alimentación lineales pueden verse limitadas por cuestiones de volumen

Ⅴ. Velocidad de respuesta: diferentes velocidades.

1. Fuente de alimentación conmutada: respuesta relativamente lenta

Debido a la presencia de componentes de almacenamiento de energía, como inductores y condensadores, se tarda cierto tiempo en ajustar la tensión de salida cuando la carga cambia repentinamente. Aunque la velocidad de respuesta puede mejorarse optimizando el circuito de control, la mejora de la velocidad de respuesta está limitada por las características de los componentes de almacenamiento de energía.

Escenarios aplicables: equipos con cambios de carga poco frecuentes

2. Fuente de alimentación lineal: respuesta rápida

El tubo de ajuste de la fuente de alimentación lineal puede ajustar rápidamente la resistencia interna y responder a los cambios de carga. Es adecuado para:

Amplificador de audio (necesidad de seguir rápidamente la señal de audio)

Sistema de adquisición de datos de alta velocidad

Sistema de control de movimiento de precisión

Ⅵ. Características de las interferencias electromagnéticas: diferentes intensidades.

1. Fuente de alimentación conmutada: fuertes interferencias electromagnéticas.

La fuente de alimentación conmutada generará armónicos de alta frecuencia durante el encendido y apagado de alta frecuencia, lo que provocará fuertes interferencias electromagnéticas (EMI):

Interferencia conducida: conducida a través de la línea eléctrica

Interferencia radiada: radiada a través del espacio

Para reducir las interferencias es necesario aplicar medidas de filtrado, apantallamiento y diseño optimizado de las placas de circuito impreso, lo que aumenta la complejidad y el coste del diseño.

2. Fuente de alimentación lineal: interferencias electromagnéticas débiles

La fuente de alimentación lineal tiene una frecuencia de funcionamiento baja, y las principales fuentes de interferencia electromagnética son las fugas del transformador y el ruido del rectificador. La frecuencia de interferencia es baja y la intensidad es débil, por lo que casi no se requieren medidas adicionales de supresión.

Escenarios aplicables: Entornos sensibles a las interferencias electromagnéticas, como cerca de equipos de comunicación inalámbrica.

La serie SCT013 son sensores de transformadores de corriente no invasivos que miden la intensidad de una corriente que atraviesa un conductor sin necesidad de cortar o modificar el propio conductor. Podemos utilizar estos sensores con un procesador, como Arduino, para medir la intensidad o la potencia consumida por una carga.

Los sensores SCT013 son transformadores de corriente, dispositivos de instrumentación que proporcionan una medida proporcional a la intensidad que atraviesa un circuito. La medición se realiza por inducción electromagnética.

Los sensores SCT013 tienen un núcleo dividido (como una pinza) que permite al usuario encenderlo para envolver equipos eléctricos sin tener que cortarlos.

En la serie SCT013 hay modelos que proporcionan la medida como salida de corriente o de tensión. Es más preferible utilizar la salida de tensión porque la conexión es más sencilla.

La precisión del sensor puede variar sólo entre un 1% y un 2%. Para garantizar la máxima precisión, es fundamental confirmar que el núcleo se ha cerrado correctamente. Incluso un pequeño espacio de aire puede causar una desviación del 10%.

Como desventaja, al ser una carga inductiva, el SCT013 introduce una variación del ángulo de fase, cuyo valor es función de la carga que lo atraviesa, pudiendo llegar hasta 3º.

Los transformadores de corriente son componentes habituales tanto en el mundo industrial como en la distribución eléctrica, ya que permiten controlar los puntos de consumo cuando no existe otra forma de medida. También se consideran instrumentos de medida múltiple, incluso en equipos portátiles como pinzas perimetrales o analizadores de redes.

Por ejemplo, en nuestros proyectos de electrónica y domótica, podemos utilizar los sensores de corriente SCT013 para medir el consumo eléctrico de un dispositivo, comprobar el estado de una instalación eléctrica y registrar el consumo de electricidad en monitores de energía domésticos. una instalación o incluso acceder a través de Internet en tiempo real.

PRECIO

La serie SCT013 tiene varios modelos que pueden cambiar el rango de medición y la forma de salida. Físicamente son iguales, aunque es posible identificarlos por el texto escrito en la carcasa del producto.

El precio de todos los modelos es similar, y buscamos vendedores internacionales como eBay, Amazon o AliExpress.

El modelo más común es el SCT013-000, cuya corriente máxima es de 100A, la salida de corriente es de 50mA (100A:50mA), la corriente máxima del SCT-013-030 es de 30A (30A/1V), y la salida de tensión es de 1V.

Por último, aunque es importante disponer de una amplia gama de medidas, hay que tener en cuenta que un modelo de mayor intensidad dará lugar a una menor precisión. Una intensidad de 30A a 230V corresponde a una carga de 6.900W, que es suficiente para la mayoría de los usuarios domésticos.

¿Cómo funciona el SCT013?

Los sensores SCT013 son pequeños transformadores de corriente, o TC. Los transformadores de corriente son instrumentos muy utilizados para medir elementos.

Un transformador de corriente es similar a un transformador de tensión y se basa en los mismos principios de funcionamiento (de hecho, antes eran idénticos). Sin embargo, tienen objetivos distintos y, por eso, se diseñan y construyen de forma diferente.

Un transformador de corriente busca generar en el secundario una intensidad proporcional a la que pasa por el primario. Para ello, se desea que el primario esté formado por un número reducido de espiras.

Podemos utilizar el transformador de corriente para construir sensores de corriente no intrusivos. En el sensor de corriente, el núcleo ferromagnético puede separarse para que el conductor pueda abrirse y enrollarse.

Por lo tanto, tenemos un transformador, es:

• El cable por el que circula la corriente a medir es el devanado primario
• La "pinza" es el núcleo magnético.
• El bobinado secundario está integrado como parte de la sonda.

Cuando la corriente alterna circula por el conductor, se genera un flujo magnético en el núcleo ferromagnético, que a su vez genera una corriente eléctrica en el devanado secundario.

La relación de transformación de la intensidad depende de la relación entre el número de vueltas:

El primario suele estar formado por una única espira realizada por el conductor a medir. Aunque, es posible bobinar el conductor haciendo que éste pase más de una vez por el interior de la "pinza". El número de espiras del secundario, integrado en la sonda, varía de 1000-2000, según los modelos del SCT013.

A diferencia de los transformadores de tensión, en un transformador de corriente nunca debe abrirse el circuito secundario, ya que las corrientes inducidas podrían dañar el componente. Por este motivo, los sensores del SCT13 disponen de protecciones: resistencia de carga en los sensores de salida por tensión, o diodos de protección en los sensores de salida por la corriente.

Diagramas de montaje

Para comprender la conexión del sensor SCT013, tenemos que entender y resolver tres problemas:

 Salida del sensor en intensidad

 Ajuste del rango de tensión

 Estrés positivo y negativo

SALIDA DEL SENSOR EN INTENSIDAD

Los SCT013 son transformadores de corriente, es decir, la medición se obtiene como una señal de intensidad proporcional a la corriente que circula por el cable,. Los transformadores, sin embargo, sólo son capaces de medir tensiones.

Este problema es fácil de resolver. Para convertir la salida en intensidad en una salida en tensión, sólo tenemos que incluir una resistencia (resistencia de carga).

A excepción del modelo SCT013-000, todos los demás modelos SCT013 tienen una resistencia de carga interna para que la salida sea una señal de tensión de 1V. Por ello, no será motivo de preocupación.

Sólo en el caso del SCT013-000, no hay carga interna de resistencia, por lo que la salida es una señal de ± 50mA. Una resistencia de 33Ω en paralelo con el sensor será suficiente.

Tensiones positivas y negativas

Otro problema que tenemos que resolver es que estamos midiendo corriente alterna, y la intensidad inducida en el secundario es alterna. Tras atravesar la carga de resistencia, ya sea interna o externa, la tensión de salida también es alterna.

Sin embargo, como sabemos, las entradas analógicas de la mayoría de los procesadores de corriente, incluido Arduino, sólo pueden medir tensiones positivas.

Para medir la tensión a la salida del transformador, tenemos varias opciones, ordenadas aquí de menos a más recomendables:

1. Rectificar la señal a través de un puente de diodos, y medir la onda como valores positivos. No es aconsejable dado que perdemos información sobre si estamos en el semiperiodo negativo o positivo, y porque tendremos la caída de tensión del diodo, y, lo que es peor, el diodo no conduce por debajo de una tensión lo que significa que la señal se distorsionará en las uniones por cero.
2. Añade un offset en DC usando dos resistencias y un condensador que proporcionen un punto medio entre GND y Vcc. Mucho mejor si además añadimos un amplificador operacional como seguidor de tensión.
3. Añade un ADC con entrada diferencial, que permite medir tensiones positivas y negativas, como el ADS1115. Esta es la opción que vamos a utilizar.

Adaptación del rango de tensión

El último problema es la necesidad de adaptar el rango de tensiones a la salida del sensor. Arduino sólo puede realizar medidas entre 0 y Vcc. Además, cuanto menor sea el rango, mayor será la pérdida de precisión, por lo que debemos adaptarnos a este rango.

Por otro lado, debemos recordar que cuando se trata de tensión alterna, se suelen utilizar valores eficaces. Repasa brevemente las ecuaciones de tensión de pico y de pico a pico:

Por lo tanto, para un sensor con una salida de ±1V RMS, la tensión de pico es de ±1,414V y el

En el caso del SCT013-000, la salida será de ±50mA. Con una resistencia de carga externa de 33Ω, la tensión de salida es de ±1,65V RMS, por lo que la tensión de pico es de ±2,33V y la tensión pico a pico es de 4,66V.

Conexión eléctrica

Ya tenemos todos los componentes para medir la intensidad de la red con un sensor SCT-013. Utilizaremos un sensor con salida de tensión ± 1V RMS y resistencia de carga interna, junto, con un ADC como el ADS1115 en modo diferencial.

Ajustando la ganancia del ADS1115 a 2,048V lo situaremos dentro del rango de ± 1,414V. En el caso de un sensor de 30A tendremos una precisión de 1,87mA, y de 6,25 mA para un sensor de 100A.

Si se utiliza un SCT013-000 con una salida de ± 50mA, tendremos que añadir una resistencia de carga externa de 33Ω y elevar la ganancia del ADS1115 a 4,096V para cumplir con el rango de ± 2,33

La conexión, vista desde Arduino, sólo sería la alimentación del módulo ADS1115 como vimos en la entrada sobre el ADS1115.

Para la medición, es importante que utilicemos un solo conductor en la "pinza" Si utilizamos varios conductores (dos conductores para una instalación monofásica y tres para una instalación trifásica), el papel del conductor quedará abolido. Esto produce una inductancia nula y, por tanto, una medición vacía.

El sensor SCT013 tiene un conector Jack 3.5, muy común en el campo del audio, pero que no es suficiente para utilizarlo en nuestros proyectos electrónicos. Para poder conectarlo, debemos cortar el cable o conseguir un conector hembra de nuestro cable de soldadura. Afortunadamente, estos terminales son fáciles de conseguir, pero no descartes cortar los cables.

Si no quieres usar un ADC externo, también puedes usar una solución más tradicional que añade un circuito que nos permite añadir un offset central.

A partir de ahora, asumiremos que utilizas un Arduino con Vcc 5V. Si utilizas otro procesador o un modelo de Arduino con otra Vcc (por ejemplo, 3,3V), deberás corregir la pieza en consecuencia.

Cuando añadimos un punto de desplazamiento de 2,5 V CC, el rango final fue de 1,08 V a 3,92 V, con Arduino alimentado a 5 V sobre el rango de entrada analógica.

Ejemplo de código.

Montaje con ADS1115

Si utiliza un componente con SCT013 con salida ±1V RMS y ADS1115, el código requerido es similar al código que vemos en la entrada al ADS1115. Necesitas consultar la librería de Adafruit para ADS1115.

Para muestrear el ADS1115 a mayor velocidad, necesitamos modificar el archivo, 'Adafruit_ADS1015.h'.

Con esta modificación, podremos reducir el tiempo de muestreo de unos 8-9 milisegundos (unos 100 hercios) a unos 1,8 milisegundos (unos 500 hercios). Al salir de la frecuencia de Nyquist, mejoramos el comportamiento de la medición.

Otra versión utiliza los valores máximo y mínimo medidos y, a continuación, calcula el valor medido basándose en el valor máximo. El resultado debería ser similar al visto en el ejemplo de la suma cuadrada. Para ello, puede sustituir esta función por las siguientes:

Podemos ver los resultados en el monitor del puerto serie, y dibujarlos con un trazador serie, recogerlo en un proyecto más grande para mostrarlo en una página web, o registrarlo en SD.

MONTAJE CON RESISTENCIA Y PUNTO MEDIO

En este caso, el ejemplo es muy sencillo y sólo necesitamos medir a través de la entrada analógica:

¿Por qué utilizar una bobina Rogowski?

Visión general

Las bobinas Rogowski son dispositivos especializados para medir corriente alterna (CA) o impulsos de corriente de alta velocidad, que ofrecen ventajas únicas para diversas aplicaciones. Son especialmente útiles en situaciones en las que la flexibilidad, la precisión y la seguridad son cruciales.

Flexibilidad y facilidad de uso

Las bobinas Rogowski son flexibles y pueden enrollarse alrededor de los conductores bajo tensión sin desconectarlos, lo que las hace perfectas para espacios reducidos o cuadros eléctricos abarrotados. Esta instalación no invasiva reduce el tiempo de inactividad y simplifica la configuración, especialmente en entornos industriales o comerciales.

Alta capacidad de corriente y frecuencia

A diferencia de los transformadores de corriente tradicionales, las bobinas Rogowski utilizan un núcleo de aire que evita la saturación magnética. Esto les permite medir con precisión corrientes muy altas, como las de transmisión de potencia o soldadura, y manejar cambios rápidos, como transitorios o pulsos, lo que las hace adecuadas para aplicaciones de alta frecuencia.

Seguridad y rentabilidad

Son más seguras porque no producen tensiones elevadas cuando están en circuito abierto, lo que reduce los riesgos de descarga eléctrica. Además, su diseño ligero y sencillo reduce los costes de construcción e instalación, ofreciendo una solución rentable para la medición de corriente.

¿Qué es la bobina Rogowski?

Una bobina de Rogowski es un dispositivo eléctrico especializado diseñado para medir la corriente alterna (CA). Consiste en una bobina helicoidal de alambre enrollado uniformemente alrededor de un núcleo no magnético lleno de aire, normalmente dispuesto en forma toroidal (como un donut). La bobina se coloca alrededor de un conductor de corriente y, a medida que la CA fluye por el conductor, genera un campo magnético cambiante. Este campo magnético cambiante induce una tensión en la bobina Rogowski, que es proporcional a la velocidad de cambio de la corriente (la derivada temporal, di/dt).

Para obtener una medida directa de la corriente, la tensión inducida se procesa normalmente a través de un circuito integrador, que convierte la señal de tensión en una proporcional a la propia corriente. Esto hace que la bobina de Rogowski sea especialmente útil para aplicaciones que requieren la medición de corrientes elevadas o corrientes transitorias rápidas, como en sistemas eléctricos, equipos industriales o entornos de investigación.

Principales características y ventajas

Diseño con núcleo de aire: A diferencia de los transformadores de corriente tradicionales con núcleos de hierro, el núcleo de aire de la bobina Rogowski evita la saturación magnética, lo que le permite medir corrientes muy altas sin distorsión.
Flexibilidad: Muchas bobinas Rogowski están diseñadas para ser flexibles y pueden abrirse para envolver un conductor sin necesidad de desconectarlo, lo que hace que la instalación sea sencilla y no invasiva.
Amplio ancho de banda: La bobina puede medir con precisión corrientes con componentes de alta frecuencia o cambios rápidos, como los que se producen en los rayos o los transitorios de conmutación.

Aplicaciones

Supervisión y protección de sistemas eléctricos.
Medición de altas corrientes en procesos de soldadura o industriales.
Aplicaciones de investigación, como el análisis de fenómenos transitorios.

Transformadores de corriente y sus aplicaciones

Los transformadores de corriente (TC) son componentes esenciales de los sistemas eléctricos modernos. Permiten medir, supervisar y controlar de forma segura corrientes elevadas produciendo una réplica a escala reducida de la corriente que circula por un conductor. Este artículo profundiza en el funcionamiento de los transformadores de corriente, sus distintos tipos y las diversas aplicaciones en las que se utilizan.

¿Qué son los transformadores de corriente?

Los transformadores de corriente son dispositivos diseñados para medir corrientes eléctricas elevadas generando una corriente proporcional más baja que pueda medirse fácilmente y con seguridad con instrumentos estándar. Sirven de puente entre los circuitos de alta potencia y los equipos electrónicos sensibles, garantizando que los sistemas de supervisión y control puedan funcionar sin estar expuestos a altas corrientes peligrosas.

¿Cómo funcionan los transformadores de corriente?

En esencia, los transformadores de corriente funcionan según el principio de inducción electromagnética. Cuando una corriente circula por el conductor primario (que puede ser tan simple como un solo hilo que pase por el núcleo del TC), produce un campo magnético. Este campo magnético induce una corriente en el devanado secundario del TC. La relación entre el número de espiras del devanado primario (a menudo sólo el propio conductor) y el número de espiras del devanado secundario determina el factor de escala, que a su vez establece la corriente de salida en relación con la corriente primaria.

Por ejemplo, un TC diseñado para proporcionar una salida secundaria de 1 A podría tener una relación de 3000:1, lo que significa que cuando fluyen 3000 A en el circuito primario, el TC da una salida de 1 A. En muchos casos, la salida secundaria está normalizada (como 1 A, 5 A o incluso una salida de tensión como 0,333 V) para simplificar los diseños de los sistemas de instrumentación y protección.

Tipos de transformadores de corriente

Existen varios tipos de transformadores de corriente, cada uno adecuado para aplicaciones diferentes:

• TC de núcleo sólido (o núcleo bobinado):
  Se construyen con un núcleo magnético fijo y sólido. Suelen utilizarse en instalaciones nuevas en las que el TC puede diseñarse y fabricarse como parte integrante del sistema.
• TC de núcleo dividido (o núcleo abierto):
  Estos TC están diseñados con un mecanismo de bisagra o división que permite sujetarlos alrededor de un conductor existente sin necesidad de desconectarlo. Esto los hace ideales para su adaptación a sistemas operativos y para aplicaciones en las que la seguridad y la facilidad de instalación son primordiales.
• TC de barra:
  En estos modelos, el TC se integra directamente en barras o conductores, ofreciendo un rendimiento robusto en escenarios de alta corriente.
• Bobinas Rogowski:
  Aunque técnicamente no son transformadores en el sentido tradicional, las bobinas Rogowski se utilizan para medir corrientes alternas. Ofrecen la ventaja de ser flexibles y no intrusivas, pero requieren circuitos integradores para producir una salida de tensión proporcional a la corriente.

Aplicaciones clave de los transformadores de corriente

Los transformadores de corriente tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos sectores:

1. Medición de la energía

Los TC son fundamentales en la medición de la electricidad, ya que permiten a las empresas eléctricas y a los consumidores medir con precisión el consumo de energía. Al reducir a niveles medibles las elevadas corrientes que se encuentran en los sistemas de distribución eléctrica, los TC permiten una facturación y un control de la energía precisos.

2. Sistemas de protección

En los relés de protección y el control de disyuntores, los TC proporcionan información crucial sobre la corriente que circula por un circuito. Estos datos ayudan a detectar condiciones anormales, como sobrecargas o cortocircuitos, e inician medidas de protección para aislar y proteger los equipos.

3. Control y seguimiento

Los sistemas de automatización y control industrial utilizan TC para supervisar los niveles de corriente en motores, transformadores y otros equipos. Esta supervisión ayuda a gestionar el rendimiento y la eficiencia del sistema, al tiempo que garantiza que los componentes funcionen dentro de parámetros seguros.

4. Sistemas de energías renovables

En las instalaciones de energías renovables, como parques eólicos y centrales solares, los TC se utilizan para supervisar el flujo de electricidad desde la generación hasta la red. Garantizan que los sistemas funcionen de forma eficiente y segura, al tiempo que proporcionan datos para optimizar el rendimiento.

5. Seguridad e instrumentación

Los TC contribuyen a garantizar la seguridad del personal al permitir el uso de instrumentos de medición aislados. Al proporcionar una corriente secundaria de bajo nivel, los TC permiten el funcionamiento seguro de contadores y sensores que, de otro modo, estarían en peligro si se conectaran directamente a circuitos de alta corriente.

Utilizado para caracterizar el comportamiento dinámico de un transductor, el tiempo de respuesta al escalón es el retardo entre que la corriente primaria alcanza el 90% de su valor final y la salida del transductor alcanza el 90% de su amplitud final. La corriente primaria se comportará como un escalón de corriente, con una pendiente di/dt dada (normalmente 100A/µs) y con la amplitud próxima al valor de corriente nominal _IPN.

El flujo magnético residual (remanencia) del núcleo varía en función del tipo de sensor y del material magnético y provoca un desplazamiento adicional de la medición, denominado "desplazamiento magnético". El valor del offset magnético depende de la magnetización previa del núcleo y alcanza un valor máximo tras la saturación del circuito magnético.

La magnetización puede producirse en las siguientes situaciones:

1. Corriente de sobrecarga elevada

2. Interrupción del suministro eléctrico (fallo de alimentación)

El desplazamiento causado por la magnetización desaparece en las siguientes situaciones:

1. El desplazamiento causado por la magnetización desaparece de forma natural (el núcleo se recupera lentamente, la velocidad depende del material magnético)

2. Se elimina desmagnetizando el sensor, por ejemplo invirtiendo adecuadamente la corriente primaria o utilizando un ciclo de desmagnetización específico. Tras la desmagnetización, el sensor puede recuperar su rendimiento inicial.

Proceso de desmagnetización:

Para desmagnetizar el núcleo magnético de un transductor, se suelen seguir los siguientes pasos:

1. Excitación de CA: Una fuente de corriente alterna de baja frecuencia impulsa el núcleo magnético a través de todo su bucle de histéresis B-H (la curva de campo magnético frente a magnetización), aplicando corriente alterna para ciclar la magnetización del núcleo de saturación positiva a negativa.

2.Disminución gradual de la excitación: Después de ciclar el núcleo a través del bucle B-H durante al menos 5 ciclos completos a amplitud máxima, la amplitud de la excitación de CA se reduce gradualmente. La velocidad de reducción no debe ser superior al 4% por ciclo para garantizar un retorno suave de la magnetización del núcleo a cero (el origen de la curva B-H).

3.Requisitos de tiempo: Típicamente, un ciclo de desmagnetización requerirá alrededor de 30 ciclos a baja frecuencia, como 500 milisegundos a 60 Hz.

Consideraciones especiales para los dispositivos de bucle cerrado:

Para los transductores de bucle cerrado (dispositivos que tienen una bobina de compensación), es necesario un cuidado adicional porque la bobina de compensación puede interferir con el proceso de desmagnetización anulando sus efectos. Esta interferencia puede impedir que el núcleo alcance su estado neutro. Por lo tanto, pueden ser necesarios pasos adicionales para garantizar una desmagnetización adecuada.

Desmagnetización parcial:

Alternativamente, puede lograrse una desmagnetización parcial aplicando una señal específica de polaridad opuesta a la magnetización del núcleo. Sin embargo, este método es más complejo porque requiere determinar con precisión la amplitud y duración correctas de la señal para reducir eficazmente la magnetización sin sobrepasar o subcompensar.

En la práctica, si se conoce bien una aplicación específica, es posible determinar empíricamente la señal de corrección necesaria y aplicarla siempre que sea necesaria la desmagnetización.

La desmagnetización es esencial para mantener la precisión y fiabilidad de las mediciones de un transductor, especialmente tras fuertes influencias magnéticas o un uso prolongado.

Tomemos como ejemplo un producto con una tensión de alimentación de +5V y una salida de 2,5V ± 0,625V con una precisión del 1%.
Nuestro pin Vref cumple dos funciones: una es actuar como punto de referencia para la salida, comúnmente utilizado en dispositivos de adquisición de entrada diferencial; la otra función es para dispositivos de adquisición de entrada de un solo extremo, donde se utiliza para controlar la salida del sensor, haciendo que la salida estática (2,5V) sea más precisa. Sólo afecta a la salida estática (2,5V cuando hay alimentación auxiliar y no hay señal de entrada) y no afecta a la amplificación (0,625V).
Debido a la discreción de los parámetros del producto, los sensores no pueden ser perfectamente idénticos e ideales, y siempre habrá algún grado de error. Para la mayoría de nuestros productos, el error del punto de referencia estático está dentro de ±15mV. Esto significa que la salida estática de 2,5 V (con 0 V o GND como punto de referencia) estará entre 2,485 V y 2,515 V, lo que se considera dentro del rango aceptable.
Por ejemplo, para un producto con una fuente de alimentación de +5V y una salida de 2,5V ± 0,625V con una precisión del 1%:

Si la salida está referenciada a 0V (GND), la calibramos de la siguiente manera:
Primero, comprobar si la tensión Vref cumple los requisitos (el estándar es 2,5V ± 1%, generalmente no más del 0,5%).
El segundo paso es ajustar la salida estática entre 2,485V y 2,515V (es decir, 2,5V ± 15mV).
El tercer paso consiste en aplicar la señal de entrada a la entrada nominal y ajustar la salida a un valor comprendido entre 2,5V + (0,625V ± 1%).
Por último, compruebe si la salida al 10% de la entrada nominal es precisa. Si hay un error significativo, ajuste el componente de punto cero para corregirlo. A continuación, compruebe si los valores de punto cero y fondo de escala cumplen los requisitos. Si todo es correcto, el producto pasa al siguiente paso del proceso.

Si la salida está referenciada a Vref, la ajustamos como sigue:

En primer lugar, comprueba si la tensión Vref cumple los requisitos (el estándar es 2,5V ± 1%, generalmente no más del 0,5%).
El segundo paso es ajustar la salida estática entre 2,485V y 2,515V (es decir, 2,5V ± 15mV).
El tercer paso es conectar la sonda negra del multímetro al punto Vref, aplicar la señal de entrada a la entrada nominal y ajustar la salida dentro de 0,625V ± 1%.
Por último, compruebe si la salida al 10% de la entrada nominal es precisa. Si hay un error significativo, ajuste el componente del punto cero para corregirlo. A continuación, compruebe si los valores de punto cero y fondo de escala cumplen los requisitos. Si todo es correcto, el producto pasa al siguiente paso del proceso.

Si un producto ajustado utilizando el primer método se utiliza en un dispositivo de adquisición de entrada diferencial, la señal adquirida será inexacta y puede incluso producir errores de salida negativos.
Si un producto ajustado utilizando el segundo método se utiliza en un dispositivo de adquisición de entrada de un solo extremo, la señal adquirida también será incorrecta y puede producir errores de desbordamiento.

Por defecto, nuestros productos se calibran utilizando el primer método (referenciado a 0V/GND), ya que la mayoría de los clientes así lo solicitan.

Ejemplo 1: Producto calibrado según el primer método, con Vref = 2,510 V y Vout = 2,505 V en estado estático. Este producto está cualificado y la precisión es aceptable. Sin embargo, cuando se utiliza en un dispositivo de adquisición de entrada diferencial, como Vout es inferior a Vref, la salida estática será negativa, lo cual es incorrecto.

Ejemplo 2: Producto calibrado según el segundo método, con Vref = 2,510 V y Vout = 2,520 V en estado estático. Este producto también está cualificado, ya que el error de punto cero no supera los 15 mV. Sin embargo, cuando se utiliza en un dispositivo de adquisición de entrada de un solo extremo, la salida de 2,520 V supera el error calibrado de 15 mV, y el valor a escala completa también será superior, pudiendo llegar hasta el 2% en casos extremos, lo que afecta al uso del cliente.
Ahora que algunos clientes han informado de este tipo de error, les estamos pidiendo que nos faciliten los requisitos de calibración para corregir el problema. También se está pidiendo a los representantes de ventas que etiqueten los productos en función de los distintos métodos de calibración para garantizar una producción correcta a los clientes.

En un transformador de corriente (TC), la carga se refiere a la impedancia total (resistencia y reactancia) presentada por los dispositivos de medición conectados, como amperímetros, relés o contadores, al devanado secundario del TC. Suele expresarse en voltios-amperios (VA) a una corriente secundaria específica (normalmente 1A o 5A) y puede incluir la impedancia de los cables e instrumentos de conexión.

Puntos clave:

1. Componentes de carga: La carga consiste en la impedancia de los dispositivos conectados (como contadores, relés de protección y cables) que toman energía del devanado secundario del TC.
2. Calificación de la carga:
   • Los TC están dimensionados para una carga máxima en VA. Por ejemplo, un TC de 10 VA significa que la carga conectada no debe superar los 10 VA.
   • Si la carga supera el valor nominal del TC, puede provocar errores en la medición de la corriente o fallos en la protección, ya que el TC podría no ser capaz de mantener su precisión o reducir correctamente la corriente.
3. Importancia de una carga adecuada:
   • La carga afecta a la precisión del TC. Si la carga es demasiado alta (es decir, la impedancia de los dispositivos conectados es demasiado grande), el TC no proporcionará una transformación de corriente precisa, lo que provocará mediciones incorrectas o fallos en el relé de protección.
   • Por otro lado, si la carga es demasiado baja, el TC puede funcionar más cerca de la saturación, lo que también provoca imprecisiones.
4. Consideraciones prácticas:
   • Al instalar un TC, es fundamental calcular la carga de todos los dispositivos conectados y asegurarse de que no supere la carga nominal del TC para que funcione correctamente.

En resumen, la carga es la carga impuesta en el devanado secundario del transformador de corriente, y asegurarse de que está dentro de la capacidad nominal del TC es esencial para una medición precisa de la corriente y un funcionamiento seguro.

1. Circuito monofásico:

• Modo de conexión: Un único transformador de corriente se conecta en serie con el hilo vivo o neutro del circuito.
• Aplicación: Se utiliza para medir corriente monofásica, potencia y proporcionar protección contra fallos monofásicos, como fallos a tierra o cortocircuitos.
• Diagrama:
• 

2. Estrella incompleta (conexión en V) para dos transformadores de intensidad (circuito trifásico):

• Modo de conexión: Dos transformadores de corriente se conectan en una configuración en "V" (estrella incompleta), donde los devanados primarios se conectan a dos de los conductores trifásicos. A continuación, los devanados secundarios se conectan entre sí para formar un punto de medida.
• Aplicación: Esta conexión se utiliza para medir la corriente trifásica, la potencia y para proteger el sistema de fallos de cortocircuito entre fases. Aunque solo se utilizan dos transformadores, proporciona información suficiente sobre el sistema trifásico para la protección y la medición en un sistema equilibrado.
• Diagrama:
• 

3. Diferencia de corriente bifásica entre dos transformadores de corriente (protección por diferencia de fase):

• Modo de conexión: Dos transformadores de corriente se colocan en dos fases diferentes (por ejemplo, Fase A y Fase B), y sus devanados secundarios se conectan entre sí para detectar cualquier diferencia de corriente entre estas fases.
• Aplicación: Esta configuración se utiliza para la medida de corriente monofásica y para la protección contra faltas de cortocircuito entre fases. Se basa en la detección de diferencias en las corrientes de fase, lo que indica un fallo entre fases.
• Diagrama:
• 

4. Modo de conexión en estrella (estrella) para tres transformadores de corriente (sistema trifásico de cuatro hilos):

• Modo de conexión: Tres transformadores de corriente se conectan en una configuración en estrella (estrella). Cada TC se coloca en una fase de un sistema trifásico, y los devanados secundarios se conectan a un punto común (neutro).
• Aplicación: Esta configuración es adecuada para medir corriente trifásica, potencia y proteger el sistema en un sistema trifásico de cuatro cables. Puede detectar cualquier forma de fallo, incluidos fallos de tierra, fallos de fase a fase y fallos de fase a neutro.
• Diagrama:
• 

Un sensor de corriente residual (RCS) es un dispositivo de seguridad eléctrica diseñado para detectar la corriente residual (también conocida como corriente de fuga) en un circuito. La corriente residual se produce cuando hay un desequilibrio entre la corriente que fluye en un sistema (a través del cable con corriente) y la corriente que vuelve del sistema (a través del cable neutro). Este desequilibrio indica que hay una fuga de corriente a tierra, a menudo debido a un fallo de aislamiento, un cableado defectuoso o el contacto de una persona con el sistema eléctrico.

¿Cómo funciona un sensor de corriente residual?

1. Detección de desequilibrio de corriente: El RCS mide la diferencia entre la corriente en el hilo vivo y el hilo neutro. En condiciones normales de funcionamiento, la corriente que circula por estos dos hilos debe ser igual. Si hay una discrepancia, significa que hay una fuga de corriente en alguna parte.
2. Umbral de detección: Si la diferencia entre la corriente de fase y la de neutro supera un determinado umbral (normalmente ajustado a unos pocos miliamperios, como 10 mA o 30 mA, según la aplicación), el sensor lo detecta como corriente residual.
3. Activación del mecanismo de seguridad: Cuando se detecta corriente residual, el sensor suele enviar una señal a un dispositivo de protección, como un dispositivo de corriente residual (RCD) o un interruptor de circuito por fallo a tierra (GFCI). Estos dispositivos desconectan rápidamente la corriente para evitar riesgos como descargas eléctricas o incendios.

Características principales de un sensor de corriente residual:

• Alta sensibilidad: Los dispositivos RCS pueden detectar diferencias de corriente muy pequeñas, a menudo en el rango de miliamperios (mA).
• No intrusivo: El sensor puede controlar el flujo de corriente sin interrumpir el circuito.
• Respuesta rápida: Activa los mecanismos de seguridad inmediatamente después de detectar una fuga, lo que minimiza los riesgos.
• Precisión: Las modernas unidades RCS proporcionan una detección y supervisión precisas de la corriente residual para evitar disparos molestos.

Aplicaciones:

1. Seguridad eléctrica doméstica: El RCS se utiliza ampliamente en los RCD y GFCI domésticos para proteger a los usuarios de descargas eléctricas, especialmente en zonas húmedas como cocinas y baños.
2. Sistemas industriales: En entornos industriales, los dispositivos RCS supervisan los equipos para detectar fallos de aislamiento o posibles condiciones de fallo que podrían provocar riesgos eléctricos.
3. Energías renovables: El RCS también se emplea en sistemas de energías renovables, como instalaciones de energía solar, para garantizar un funcionamiento seguro y evitar fugas eléctricas a tierra.

Ventajas:

• Prevención de descargas eléctricas: El RCS puede detectar cuando la corriente fluye a través de una persona o un cableado defectuoso hasta el suelo, evitando lesiones graves.
• Prevención de incendios: Al detectar corrientes de fuga causadas por fallos de aislamiento, el RCS puede ayudar a prevenir incendios eléctricos.
• Cumplimiento de las normas de seguridad: Los sensores de corriente residual son esenciales para cumplir la normativa de seguridad eléctrica en hogares, oficinas y entornos industriales.

En resumen, un sensor de corriente residual es un dispositivo de seguridad crítico que supervisa continuamente los circuitos en busca de corrientes de fuga, ayudando a proteger a las personas y los bienes de los peligros eléctricos mediante la detección de desequilibrios en el flujo de corriente y la activación de mecanismos de protección.

La bobina de Rogowski, también llamada sensor diferencial de corriente, es una bobina circular "hueca", dispuesta alrededor del conductor, de modo que un campo magnético alterno generado por la corriente induce una tensión en la bobina. La bobina es en realidad un transformador acoplado al conductor bajo prueba, y la tensión que sale directamente de la bobina es proporcional a la tasa de cambio de la corriente, por ejemplo @50Hz/1kA Vout=85mV, @60Hz/1kA Vout=85*60/50=102mV. Si desea obtener la forma de onda de la corriente o el valor de la corriente que no importa a la frecuencia también es necesario añadir el circuito integral para lograr 90 ° de compensación de desplazamiento de fase y ecualización de frecuencia.

RF serie es un sensor de corriente flexible basado en el principio de la bobina de Rogowski, que es de tamaño pequeño, peso ligero y fácil de instalar y ofrece una selección de diferentes tamaños, que también se puede personalizar el diseño del cliente requiere un pedido especial. No tiene saturación magnética y una capa de blindaje para resistir la influencia del campo magnético externo, por lo que las mediciones estables se puede lograr en el rango de baja corriente a cientos de kA. La bobina flexible rogowski es una solución extremadamente cómoda para la medición de corriente,
particularmente adecuado para el control de la corriente y la readaptación eléctrica, se puede utilizar en muchos casos en que un transformador de corriente tradicional (CT) no está disponible, o puede reemplazarlo.sistemas que utilizan un ADC chips(ADS131M04) o una potencia de medición ICs(ADE7753) que apoyan el principio de la bobina Rogowski son aún más ventajosas.

1. Determinar el tipo de corriente a medir:
   • Identifique si la corriente que va a medir es CA (corriente alterna) o CC (corriente continua). La mayoría de los transformadores de corriente están diseñados para CA, por lo que si necesita medir corriente CC, deberá seleccionar un transformador de corriente CC específico.
2. Determinar la intensidad de corriente:
   • Evalúe la corriente máxima que debe medirse. Los transformadores de corriente están diseñados para medir un rango específico de corrientes, por lo que seleccionar el rango correcto es esencial para obtener mediciones precisas.
3. Determinar el requisito de precisión:
   • Las distintas aplicaciones requieren diferentes niveles de precisión. Por ejemplo, la generación y transmisión de energía suelen requerir una mayor precisión que algunas aplicaciones industriales. Determine el nivel de precisión necesario para su aplicación y seleccione un transformador de corriente que cumpla ese requisito.
4. Determinar el requisito de carga:
   • La carga es la carga máxima que puede soportar el transformador de corriente y suele expresarse en VA (voltios-amperios). Elija un transformador con una carga suficiente para su aplicación.
5. Considere el tipo de resultado requerido:
   • Determine el tipo de salida necesaria, si es de tensión o de corriente, y seleccione un transformador con la salida adecuada.
6. Tenga en cuenta el tamaño físico y los requisitos de montaje:
   • Elija un transformador que se adapte al tamaño físico y a los requisitos de montaje de su aplicación.
7. Verificar la compatibilidad:
   • Asegúrese de que el transformador de corriente es compatible con su equipo de medición y de que cumple todas las normas de seguridad pertinentes.

• Transformadores de corriente (TC): Miden y reducen la corriente para su uso en sistemas de medición, supervisión y protección. Se conectan en serie con el circuito, proporcionando una corriente inferior proporcional a la corriente alta del sistema para una medición segura y precisa.
• Transformadores de tensión (TT): Miden y reducen la tensión con fines similares. Se conectan en paralelo al circuito, suministrando una tensión reducida proporcional a la alta tensión para un análisis y control seguros.

En esencia, los TC se utilizan para medir la corriente y los TT para medir la tensión, ambos esenciales para la protección, el control y la supervisión de los sistemas eléctricos de potencia.

El secundario de un transformador de corriente (TC) siempre está cortocircuitado (o conectado a una carga de baja impedancia como un contador o un relé) por varias razones importantes relacionadas con la seguridad y el buen funcionamiento:

1. Aumento de tensión en un secundario abierto:

• Tensión peligrosa: Si el devanado secundario de un TC se deja abierto mientras circula corriente por el devanado primario, se comporta como un transformador elevador. Dado que el devanado primario transporta una corriente elevada y el secundario tiene muchas vueltas, un circuito abierto puede hacer que la tensión en el secundario aumente hasta niveles peligrosamente altos.
• Rotura del aislamiento y peligro para la seguridad: El alto voltaje inducido puede exceder la capacidad de aislamiento del transformador, provocando la rotura del aislamiento y un peligro potencial de choque para el personal o daños en el equipo.

2. Saturación del núcleo:

• Saturación del núcleo magnético: En funcionamiento normal, la corriente secundaria crea un campo magnético que se opone y anula la mayor parte del flujo magnético creado por la corriente primaria. Si el secundario está abierto, no fluye corriente en el secundario y el flujo magnético en el núcleo aumenta hasta niveles muy altos.
• Sobrecalentamiento del núcleo: El flujo magnético excesivo puede saturar el núcleo del TC, provocando un sobrecalentamiento y daños potenciales en el transformador. Esto puede provocar daños permanentes en el TC, reduciendo su precisión y fiabilidad.

3. Medición precisa:

• Proporcionalidad de la corriente: Los TC están diseñados para medir corriente, y dependen de que la corriente del secundario sea proporcional a la del primario (siguiendo la relación de vueltas). Si el secundario está abierto, esta relación se rompe y no se puede realizar una medición precisa de la corriente.
• Fallo del sistema de protección: Los TC se utilizan a menudo en los relés de protección para supervisar las condiciones de sobreintensidad o fallo. Un secundario abierto puede impedir el correcto funcionamiento de los dispositivos de protección, lo que puede provocar fallos en el sistema o faltas sin protección.

4. 4. Reducción de la carga para el sector secundario:

• Minimización de la carga: Un TC está diseñado para funcionar con una carga muy baja en su lado secundario para mantener la precisión. Cortocircuitar el secundario o conectarlo a una carga de baja impedancia garantiza que el TC funcione dentro de los parámetros diseñados, proporcionando mediciones de corriente precisas sin sobrecargar el núcleo o los devanados secundarios.

Para conectar un sensor de TC a un Arduino, es necesario acondicionar la señal de salida del sensor de TC para que cumpla los requisitos de entrada de las entradas analógicas del Arduino, es decir, una tensión positiva entre 0 V y la tensión de referencia del ADC.

Esto da el ejemplo de una placa Arduino que trabaja a 5 V y del EmonTx que trabaja a 3,3 V. Asegúrese de que en sus cálculos utiliza la tensión de alimentación y la tensión de polarización correctas que corresponden a su configuración.

El circuito consta de dos partes principales, cuyas funciones son convertir la corriente del t.c. en una tensión de la amplitud correcta y situar esta tensión en el centro del rango de entrada del ADC.

Las tensiones y corrientes mostradas son para un Arduino de 5 V, con un rango de 0 - 5 V para la entrada analógica, aproximadamente 1,6 V rms para una onda sinusoidal. Para el emonTx V2 & V3 y el emonPi, el rango de entrada analógica es de 0 - 3,3 V, por lo que la tensión del punto medio es de 1,65 V y la tensión de entrada analógica oscila entre 0 y 3,3 V (aproximadamente 1 V rms para una onda sinusoidal). Para el emonTx4 y el emonPi2, el rango de entrada analógica es de 0 - 1 V y está pensado para su uso con transformadores de corriente de salida de 0,333 V rms, que no necesitan carga. por lo que se omite esta resistencia.

Guía detallada

El secundario de un transformador de corriente (TC) nunca debe dejarse abierto cuando circula corriente por el primario, ya que al hacerlo se pueden crear altas tensiones peligrosas. He aquí por qué:

1. Alta tensión inducida:

• Un transformador de corriente funciona según el principio de inducción electromagnética. La corriente en el devanado primario induce una corriente en el devanado secundario. Si el secundario se deja abierto, no circula corriente por él, lo que impide que el campo magnético se oponga a la corriente primaria.
• Como resultado, el flujo magnético en el núcleo aumenta drásticamente, lo que induce una tensión muy alta en el devanado secundario. Esta alta tensión puede dañar el aislamiento del TC o crear un grave peligro para la seguridad de las personas que se encuentren cerca.

2. Saturación y daños en el núcleo:

• Sin carga (secundario abierto), el núcleo del TC puede saturarse debido al elevado flujo magnético. Una exposición prolongada a esta condición puede dañar permanentemente el núcleo del TC al alterar sus propiedades magnéticas, reduciendo su precisión y rendimiento con el paso del tiempo.

3. Peligros para la seguridad:

• La alta tensión producida a través del secundario abierto puede ser letal y dañar los equipos conectados. En algunos casos, la tensión puede incluso provocar un arco eléctrico, lo que supone un riesgo importante de incendio o descarga eléctrica.

4. Inexactitud en las mediciones:

• Si el secundario del TC está abierto, no puede realizar su función principal, que es medir la corriente con precisión. Con el circuito secundario abierto, no hay forma fiable de medir la corriente en el circuito primario, lo que puede dar lugar a lecturas incorrectas y fallos de relé en los sistemas de protección.

Tomemos el modelo HSTS016L como ejemplo, es capaz de medir valores de corriente de 10A a 200A. Utilizando el tipo de sensor de corriente de núcleo dividido, podemos encender y apagar el TC sin cambiar el sistema existente, y sólo tenemos que utilizar un clip para poner el cable de medición dentro del TC. La tensión de salida de este sensor es de 2,5V +/- 0,625V, lo que supone una buena precisión. Aunque el rango de tensión de salida de este sensor está entre 1,875V y 3,125V, también es adecuado para sensores analógicos de 3,3V, especialmente microcontroladores Arduino Nano y NodeMCU.

El sensor tiene 4 pines de salida: ROJO (entrada 5V), NEGRO (0V Gnd), AMARILLO (Salida Analógica), y BLANCO (Analógico para Calibración). A veces la tensión de alimentación puede no ser exacta 5V por lo que necesitaremos Pin Analógico adicional para medir el punto medio exacto desde el Pin Blanco. Para Arduino UNO, hay 6 pines de entrada analógica (A0-A5) donde podemos utilizar uno de los pines para medir la corriente alterna y 1 más para utilizarlo con fines de calibración. Los pines de entrada analógica mapearán los voltajes de entrada entre 0 y 5V en valores enteros entre 0 y 1023 con una resolución de 4.9mV por unidad (5.00V / 1023 unidades).

Conectamos el ROJO a la entrada de 5V, el NEGRO a masa, el AMARILLO al pin analógico A1 y el BLANCO al pin analógico A2. Es muy recomendable utilizar un adaptador de corriente de 12V para alimentar el Arduino Uno y el sensor. El uso de una fuente de alimentación de 5V a través de USB tendrá un valor de desplazamiento inicial, puede que tenga que añadir manualmente el valor de desplazamiento al cargar el código.

Un transformador no funciona con corriente continua (CC) porque su funcionamiento depende de campos magnéticos cambiantes, que la CC no proporciona. Aquí tienes una explicación detallada de por qué los transformadores no funcionan con CC:

1. Principio de funcionamiento:

• Los transformadores funcionan según la Ley de Faraday de inducción electromagnética, que establece que un campo magnético cambiante en el núcleo induce una fuerza electromotriz (FEM) o tensión en el devanado secundario.
• Este campo magnético cambiante es producido por una corriente alterna (CA), que fluctúa e invierte su sentido constantemente, haciendo variar el flujo magnético en el núcleo del transformador.

2. Campo magnético no cambiante en CC:

• La corriente continua proporciona una corriente constante que no cambia de dirección ni de magnitud con el tiempo.
• Al no haber fluctuación en la corriente, el flujo magnético en el núcleo del transformador permanece constante. La ley de Faraday requiere un flujo variable en el tiempo para inducir una tensión en el devanado secundario, por lo que no se genera tensión cuando se aplica corriente continua.

3. Saturación del núcleo:

• Cuando se aplica CC al devanado primario, se crea un flujo magnético constante en el núcleo del transformador, lo que puede provocar rápidamente la saturación del núcleo.
• En la saturación del núcleo, el material magnético del núcleo está totalmente magnetizado y no puede transportar ningún flujo adicional. El resultado es un aumento significativo de la corriente primaria, que puede causar sobrecalentamiento, fallos de aislamiento y daños potenciales en el transformador.

4. Alta generación de calor:

• Dado que la resistencia de los devanados del transformador es relativamente baja, una corriente continua constante puede provocar una gran disipación de potencia en forma de calor. Esto puede sobrecalentar rápidamente y dañar los devanados y el aislamiento del transformador.

5. Ausencia de tensión inducida:

• En CA, el cambio continuo de corriente induce una tensión en el devanado secundario a través del proceso de inducción mutua. Dado que la CC no crea esta corriente cambiante, no se induce tensión en el devanado secundario, lo que significa que el transformador no puede elevar o reducir la tensión con la entrada de CC.

Conclusión:

• Los transformadores están diseñados para funcionar con corriente alterna (CA) porque la naturaleza cambiante de la CA crea el campo magnético variable necesario para la inducción de tensión. Cuando se aplica CC, la falta de un campo magnético variable impide que el transformador funcione, y el uso prolongado con CC puede provocar sobrecalentamiento y averías.

Un transformador de corriente (TC) es un dispositivo eléctrico vital que se utiliza en sistemas de alta potencia para medir con precisión la corriente alterna (CA). Funciona según el principio de inducción electromagnética, permitiendo la reducción segura de altos niveles de corriente a un valor manejable para medición o protección. A continuación encontrará una explicación detallada de su construcción y principios de funcionamiento:

1. Construcción:

Un transformador de corriente consta de dos devanados principales: el primario y el secundario.

• El devanado primario suele estar conectado en serie con el conductor de alta intensidad cuya intensidad debe medirse.
• El devanado secundario se conecta a instrumentos de medida como amperímetros, relés de protección o dispositivos de medición. El devanado primario suele estar formado por una sola espira, mientras que el secundario tiene un número de espiras bastante mayor.

2. Relación de vueltas:

La relación de vueltas entre los devanados primario y secundario es un parámetro crucial y suele ser muy alta, a menudo entre 100:1 y 5000:1. Esto significa que el devanado secundario tiene muchas más vueltas que el primario. Esto significa que el devanado secundario tiene muchas más vueltas que el primario. Esta relación determina la magnitud de la transformación de la corriente y ayuda a reducir la corriente elevada a un nivel adecuado para los dispositivos de medición estándar.

3. Inducción electromagnética:

Cuando una corriente alterna circula por el devanado primario, genera un campo magnético alterno correspondiente alrededor del conductor. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, este flujo magnético cambiante induce una tensión proporcional en el devanado secundario. La magnitud de la tensión inducida y la corriente resultante en el secundario dependen de la relación de vueltas.

4. Efecto Step-Down:

El TC reduce eficazmente la alta corriente del primario a una corriente mucho menor en el secundario. Mientras que la relación de vueltas rige la reducción, el TC garantiza que la corriente secundaria sea una versión escalada y proporcional de la corriente primaria. Por ejemplo, un transformador de corriente con una relación de espiras de 1000:1 producirá 1 amperio en el circuito secundario cuando en el conductor primario circulen 1000 amperios. Este efecto reductor permite a los instrumentos de medida estándar, diseñados para rangos de corriente bajos, controlar la corriente con precisión.

5. Carga:

La carga se refiere a la carga conectada al devanado secundario del TC, que puede ser un amperímetro, un relé de protección u otro dispositivo de medición. La impedancia de esta carga afecta significativamente a la precisión y el rendimiento del TC. Para una medición precisa, la impedancia de la carga debe coincidir con el rango especificado del TC. Si la carga es demasiado alta, la precisión puede verse comprometida y, en casos extremos, puede incluso dañar el TC.

6. Ratio corriente:

La relación de corrientes de un TC se define como la relación entre la corriente primaria y la corriente secundaria y viene determinada por la relación de vueltas. Es un valor fijo para cualquier TC. Por ejemplo, en un TC con una relación de espiras de 1000:1, 1000 amperios en el circuito primario producirán 1 amperio en el circuito secundario. Esta relación de corriente constante permite convertir fácilmente corrientes primarias elevadas en corrientes secundarias más bajas para una supervisión y protección seguras.

7. Clase de precisión:

Los transformadores de corriente se clasifican en varias clases de precisión en función de su exactitud en determinadas condiciones. La clase de precisión define el error máximo permitido en la medición. Las clases de precisión más comunes son 0,1, 0,2, 0,5, 1 y 3, siendo la clase 0,1 la de mayor precisión. Los TC de mayor precisión suelen utilizarse en aplicaciones de medición, mientras que los de menor precisión pueden ser suficientes para fines de protección.

El transformador de corriente funciona reduciendo las elevadas corrientes de CA de un sistema eléctrico a un nivel más seguro y manejable, utilizando el principio de inducción electromagnética y una elevada relación de transformación. La corriente secundaria del TC es proporcional a la corriente primaria, lo que permite medir y proteger con precisión los sistemas eléctricos. La correcta adaptación de la carga del TC y el cumplimiento de su clase de precisión garantizan un rendimiento fiable en diversas aplicaciones.

Componentes:

1. Sensor de efecto Hall: Detecta el campo magnético generado por la corriente en un conductor y emite una tensión proporcional a la intensidad del campo magnético.
2. Fuente de alimentación: Proporciona alimentación al sensor y una tensión de referencia para los cálculos.
3. Carga: Completa el circuito, permitiendo que la corriente circule por el conductor.
4. Multímetro: Mide la tensión de salida del sensor de efecto Hall.

Pasos para medir la corriente continua:

1. Conecte los componentes: Conecte el sensor de efecto Hall, la fuente de alimentación y la carga según las instrucciones del fabricante.
2. Coloque el sensor cerca del conductor: Coloque el sensor de forma que el campo magnético del conductor sea perpendicular a la superficie de detección del sensor.
3. Encendido: Encienda la fuente de alimentación para energizar el circuito y el sensor de efecto Hall.
4. Mida la tensión de salida: Configura el multímetro para medir la tensión y conéctalo a la salida del sensor de efecto Hall.
5. Registre la tensión de salida: La tensión medida está directamente relacionada con la intensidad del campo magnético producido por la corriente en el conductor.
6. Calcular la corriente: Utilizando la sensibilidad del sensor (normalmente indicada en mV/Gauss o V/Tesla) y la tensión de referencia de la fuente de alimentación, calcula la corriente utilizando la relación proporcional entre el campo magnético y la corriente.

Consideraciones importantes:

• Calibración: Los sensores de efecto Hall pueden necesitar calibración para tener en cuenta las variaciones de temperatura y otros factores para garantizar una medición precisa de la corriente.
• Respuesta lineal: Asegúrese de que el sensor de efecto Hall funciona dentro de su rango lineal para obtener los mejores resultados.

Siguiendo estos pasos, podrás medir con precisión la corriente continua con la ayuda de un sensor de efecto Hall.

Componentes:

1. Sensor de efecto Hall: Detecta el campo magnético generado por la corriente alterna que circula por el conductor y emite una tensión proporcional al campo magnético.
2. Carga: Una carga (por ejemplo, una resistencia) completa el circuito, permitiendo que fluya la corriente.
3. Osciloscopio: Mide la tensión de salida del sensor de efecto Hall, permitiendo visualizar la forma de onda de corriente alterna.

Pasos para medir la corriente alterna:

1. Conectar componentes:
   • Conecte el sensor de efecto Hall y la carga según las instrucciones del fabricante. El sensor requiere un cableado correcto a la fuente de alimentación y una colocación adecuada cerca del conductor que transporta la corriente.
2. Colocar el sensor:
   • Coloque el sensor de efecto Hall cerca del conductor de corriente alterna, asegurándose de que el sensor está situado perpendicularmente al campo magnético creado por la corriente en el conductor.
3. Conectar el osciloscopio:
   • Conecte las sondas del osciloscopio a la salida del sensor de efecto Hall. Ajuste el osciloscopio para medir la tensión alterna. Esto le permite observar la forma de onda de tensión generada por el campo magnético cambiante.
4. Encender la fuente de alimentación:
   • Active la fuente de alimentación de CA, permitiendo que la corriente fluya a través del conductor y genere un campo magnético a su alrededor. El sensor de efecto Hall detecta este campo.
5. Observar el resultado:
   • En el osciloscopio, verá una forma de onda de tensión alterna. La amplitud de esta forma de onda corresponde a la intensidad del campo magnético, que es proporcional a la corriente alterna en el conductor.
6. Calcular la corriente alterna:
   • Utilice la sensibilidad del sensor de efecto Hall (a menudo especificada en unidades como mV/Gauss o V/Tesla) para convertir la tensión medida en un valor de corriente correspondiente. La fórmula dependerá de la sensibilidad nominal del sensor y de la amplitud de la onda de tensión alterna.

Consideraciones importantes:

• Calibración: Los sensores de efecto Hall pueden presentar variaciones debidas a la temperatura y a la intensidad del campo magnético, por lo que la calibración es importante para garantizar una medición precisa de la corriente.
• Análisis de la forma de onda: Dado que está midiendo corriente alterna, la forma de onda en el osciloscopio mostrará tanto la magnitud como la frecuencia de la corriente alterna. Asegúrese de que los ajustes del osciloscopio (divisiones de tiempo y tensión) son adecuados para la forma de onda esperada.
• Seguridad: Trabajar con corriente alterna puede ser peligroso, así que siga siempre las precauciones de seguridad adecuadas para evitar descargas eléctricas o daños en el equipo.

Siguiendo estos pasos y asegurando una calibración adecuada, podrás medir con precisión la corriente alterna utilizando un sensor de efecto Hall.

Conectar un sensor de corriente con un NodeMCU implica algunos pasos. He aquí una visión general:

1. Elija un sensor de corriente: Existen muchos tipos de sensores de corriente, como los sensores de efecto Hall o las resistencias de derivación. Selecciona un sensor en función de tus necesidades y de los recursos disponibles.
2. 2. Identifica las patillas del sensor: Busque el diagrama de patillas o la hoja de datos del sensor de corriente seleccionado e identifique las patillas de alimentación, tierra y salida de señal.
3. 3. Conecte la fuente de alimentación y la toma de tierra: Conecta el pin de alimentación del sensor al pin de 3,3V de la NodeMCU, y conecta el pin de tierra del sensor al pin GND de la NodeMCU.
4. Conectar la salida de señal: Conecte el pin de salida de señal del sensor a cualquier pin de entrada analógica disponible de la NodeMCU, como A0.
5. 5. Codifique la NodeMCU: Escriba el código para leer la entrada analógica del sensor actual y procesar los datos. Por ejemplo, puedes utilizar la función analogRead() para leer el voltaje en el pin de entrada analógica y convertirlo en corriente utilizando la sensibilidad del sensor. Luego, puedes usar las capacidades WiFi del NodeMCU para enviar los datos a un servicio en la nube o a un servidor local.

Aquí tienes un fragmento de código de ejemplo que lee la tensión en el pin A0 y la convierte en corriente utilizando un sensor de efecto Hall con una sensibilidad de 100 mV/A:

Un transformador de corriente (TC) funciona según el principio de inducción electromagnética, de forma similar a un transformador estándar. Su función principal es reducir las corrientes elevadas de un sistema eléctrico a un valor más bajo y manejable para los dispositivos de medición, protección y control. He aquí un desglose del principio de funcionamiento de un transformador de corriente:

1. Construcción básica:

• Un TAC suele constar de:
  • Bobinado primario: El conductor que transporta la corriente de alta intensidad, que puede ser de una sola vuelta o sólo el conductor del sistema que pasa por el núcleo del TC.
  • Núcleo: De material ferromagnético, concentra el campo magnético creado por la corriente en el bobinado primario.
  • Bobinado secundario: Bobinado alrededor del núcleo, con muchas más vueltas que el primario. Este devanado se conecta a contadores, relés u otros dispositivos de medición/protección.

2. Principio de funcionamiento: Inducción electromagnética:

El TC funciona basándose en la Ley de Faraday de inducción electromagnética, que establece que un campo magnético cambiante dentro de un conductor induce una tensión en otro conductor cercano.

• Corriente primaria:
  • Cuando una corriente elevada circula por el devanado (o conductor) primario, genera un campo magnético alrededor del conductor primario.
  • Este campo magnético es concentrado por el núcleo del TC y enlaza con el devanado secundario.
• Corriente inducida en el secundario:
  • El campo magnético variable generado por la corriente primaria induce una fuerza electromotriz (FEM) en el devanado secundario, lo que hace que circule una corriente a través de él.
  • La intensidad del secundario es proporcional a la del primario, pero se reduce en función de la relación de espiras entre los devanados primario y secundario.
• Relación de vueltas:
  • La relación entre el número de espiras del devanado secundario y el número de espiras del devanado primario determina la reducción de corriente.
  • Por ejemplo, si el primario consta de una espira (un conductor que pasa por el núcleo) y el secundario tiene 1000 espiras, una corriente primaria de 1000 A daría lugar a una corriente secundaria de 1 A (relación 1000:1).

3. Funcionamiento en circuito secundario cerrado:

• El devanado secundario debe estar siempre cerrado (conectado a una carga o cortocircuitado) cuando circula la corriente primaria. Esto permite que el campo magnético creado por la corriente primaria induzca una corriente proporcional en el secundario.
• El devanado secundario suele conectarse a dispositivos de medición de baja impedancia, como amperímetros, relés o sistemas de protección.

4. Finalidad y aplicaciones:

• Medición de corriente: Los TC reducen la corriente elevada del circuito primario a un valor normalizado más pequeño (por ejemplo, 1 A o 5 A), que puede medirse con seguridad mediante instrumentos.
• Protección: Los TC proporcionan entrada de corriente a los relés de protección que activan los disyuntores en caso de condiciones de sobrecorriente o avería.
• Aislamiento: Los TC aíslan eléctricamente el circuito primario de alta tensión de los dispositivos de medida o protección de baja tensión por seguridad.

5. Clases de precisión:

Los TC están diseñados para funcionar con gran precisión, de modo que la corriente secundaria sea directamente proporcional a la corriente primaria dentro de una clase de precisión especificada (por ejemplo, error del 1% o del 0,5%). La precisión es fundamental tanto en aplicaciones de medición como de protección.

Resumen del trabajo:

• La corriente primaria crea un campo magnético en el núcleo del TC.
• Este campo magnético variable induce una corriente en el devanado secundario.
• La corriente secundaria es una versión reducida de la corriente primaria, basada en la relación de vueltas.
• La corriente secundaria puede entonces medirse o utilizarse con fines de control/protección.

Esto permite la medición segura y precisa de corrientes elevadas en sistemas eléctricos, protegiendo tanto al personal como a los equipos.