En los sistemas modernos de medición de energía, la medición precisa de la corriente es crucial. El Atmel M90E32AS es un CI de medición de energía multifásica de alto rendimiento y amplio rango dinámico, ampliamente utilizado en diversos medidores de energía y equipos de monitoreo de energía. Los transformadores de corriente (TC) desempeñan un papel indispensable al transmitir de forma segura y precisa 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 una medición de corriente fiable.
El Atmel M90E32AS es un circuito integrado de alto rendimiento diseñado para la medición de energía multifásica. Integra seis ADC Sigma-Delta independientes de segundo orden capaces de procesar simultáneamente señales de tensión y corriente trifásicas. El procesador digital de señales (DSP) interno del chip realiza cálculos complejos sobre los datos recopilados por los ADC para derivar parámetros clave de energía, como potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente, factor de potencia, frecuencia y valores RMS de tensión y corriente. El M90E32AS admite el muestreo de corriente mediante un transformador de corriente (TC) o una bobina de Rogowski, y el muestreo de tensión mediante una red divisora resistiva.
El chip M90E32AS proporciona tres conjuntos de pines de entrada de corriente diferencial: I1P/I1N, I2P/I2N e I3P/I3N, correspondientes a la medición de corriente trifásica. Estos pines son los terminales de entrada de los canales ADC analógicos, lo que permite un mapeo flexible de canales para adaptarse a diferentes configuraciones de sistemas trifásicos (como trifásico de cuatro hilos o trifásico de tres hilos).
El ADC dentro del chip es responsable de convertir la señal analógica de corriente en una señal digital. El M90E32AS tiene un alto rango dinámico y alta precisión, lo que puede garantizar una medición precisa en un amplio rango de corriente. La hoja de datos indica que el muestreo de corriente se realiza mediante un transformador de corriente (TC) o una bobina de 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.
El DSP del M90E32AS no solo calcula parámetros de energía, sino que también admite compensación de ganancia y ángulo de fase para corregir errores introducidos por sensores y circuitos externos. Esto es crucial para garantizar la precisión de todo el sistema de medición. El chip también cuenta con umbrales programables de arranque y potencia sin carga, así como monitoreo de señales transitorias de corriente y tensión. Estas funciones permiten que el M90E32AS funcione de manera estable y fiable en entornos eléctricos complejos.
Un transformador de corriente (TC) es un tipo especial de transformador que se utiliza para convertir proporcionalmente corrientes grandes en corrientes más pequeñas para medición, protección y control. Sus funciones principales son el aislamiento de corriente y el escalado de corriente. El principio de funcionamiento de un TC se basa en la ley de inducción electromagnética: cuando la corriente fluye por el devanado primario (normalmente el cable que pasa por el centro del TC), genera flujo magnético en el núcleo. Este flujo induce una fuerza electromotriz en el devanado secundario, generando una corriente secundaria.
La relación de un TC es la relación entre su corriente nominal del lado primario y su corriente nominal del lado secundario; por ejemplo, 100A/5A o 100A/0.1A. Esto significa que cuando 100A fluyen por el primario, la salida del secundario será de 5A o 0.1A. En aplicaciones de medición de energía, normalmente se seleccionan TC con una salida secundaria de miliamperios o menos para permitir la conexión directa a la entrada de corriente de un chip de medición.
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 cual es fundamental para la medición de energía de alta precisión.
La carga de un TC se refiere a la impedancia del instrumento o dispositivo de medición conectado a su lado secundario. El lado secundario de un TC siempre debe estar cerrado; de lo contrario, un circuito abierto hará que se desarrolle alta tensión en el lado secundario, lo que podría dañar el TC o representar un peligro para el personal. Aislamiento: los TC proporcionan aislamiento eléctrico entre el circuito de alta tensión del lado primario y el circuito de medición de baja tensión del lado secundario, mejorando así la seguridad y fiabilidad del sistema.
En la medición de energía, los TC se utilizan a menudo para medir corrientes altas 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 solo 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.
Conectar transformadores de corriente al chip Atmel M90E32AS requiere considerar cuidadosamente el circuito de acondicionamiento de señal para garantizar la precisión de la medición 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 mediante una resistencia de muestreo antes de alimentarse a las entradas diferenciales del chip.
Podemos ver cómo se conecta un transformador de corriente (TC). Normalmente, el lado secundario del TC se conecta a una resistencia shunt de bajo valor. Cuando la corriente fluye a través de la resistencia shunt, se genera en ella una caída de tensión proporcional a la corriente. Esta caída de tensión sirve como señal de entrada para el ADC del chip M90E32AS.
Usando la medición de corriente monofásica como ejemplo, la salida secundaria del TC se conecta a la resistencia shunt, que luego se conecta a los pines I_P e I_N del chip M90E32AS. Para mejorar la precisión de la medición y suprimir el ruido de modo común, normalmente se conecta un condensador en paralelo con la resistencia shunt para formar una red de filtrado RC. Además, puede requerirse una red divisora de tensión o un circuito de polarización para proporcionar una tensión de polarización adecuada y garantizar que la entrada del ADC esté dentro del rango de funcionamiento del M90E32AS.
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