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Transformadores de corriente de núcleo partido
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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