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Split Core Current Transformers
Nos sistemas modernos de medição de energia, a medição precisa da corrente é essencial. O Atmel M90E32AS é um circuito integrado de medição de energia multifásica, de elevado desempenho e ampla gama dinâmica, utilizado em diversos contadores de energia e equipamentos de monitorização de energia. Os transformadores de corrente (TC) desempenham um papel indispensável na transmissão segura e precisa de sinais de alta tensão e corrente elevada para o M90E32AS, onde são processados. Este artigo explica os princípios de funcionamento dos transformadores de corrente e como ligá-los corretamente ao M90E32AS para obter medições de corrente fiáveis.
O Atmel M90E32AS é um circuito integrado de elevado desempenho concebido para a medição de energia multifásica. Integra seis conversores analógico-digitais (ADC) Sigma-Delta independentes de segunda ordem, capazes de processar simultaneamente sinais de tensão e corrente trifásicos. O processador digital de sinais (DSP) interno do chip efetua cálculos complexos com os dados recolhidos pelos ADC para determinar parâmetros energéticos essenciais, como potência ativa, potência reativa, potência aparente, fator de potência, frequência e valores eficazes de tensão e corrente. O M90E32AS permite medir a corrente através de um transformador de corrente (TC) ou de uma bobina de Rogowski, e medir a tensão através de uma rede divisora resistiva.
O chip M90E32AS dispõe de três conjuntos de pinos de entrada diferencial de corrente: I1P/I1N, I2P/I2N e I3P/I3N, correspondentes à medição da corrente trifásica. Estes pinos são os terminais de entrada dos canais ADC analógicos e permitem atribuir os canais de forma flexível a diferentes configurações de sistemas trifásicos, como sistemas trifásicos a quatro fios ou a três fios.
O ADC integrado no chip converte o sinal analógico de corrente num sinal digital. O M90E32AS oferece uma ampla gama dinâmica e elevada precisão, permitindo medições precisas numa vasta gama de correntes. Segundo a ficha técnica, a amostragem da corrente é efetuada através de um transformador de corrente (TC) ou de uma bobina de Rogowski (bobina di/dt) [1]. Isto significa que o sensor externo converte o sinal de corrente num sinal de tensão adequado ao M90E32AS.
O DSP do M90E32AS calcula os parâmetros energéticos e permite compensar o ganho e o ângulo de fase para corrigir os erros introduzidos pelos sensores e circuitos externos. Isto é essencial para garantir a precisão de todo o sistema de medição. O chip também dispõe de limiares programáveis de arranque e de potência em vazio, bem como de monitorização de sinais transitórios de corrente e tensão. Estas funções permitem que o M90E32AS funcione de forma estável e fiável em ambientes elétricos complexos.
Um transformador de corrente (TC) é um tipo especial de transformador utilizado para converter proporcionalmente correntes elevadas em correntes mais baixas para fins de medição, proteção e controlo. As suas principais funções são o isolamento e a redução proporcional da corrente. O princípio de funcionamento de um TC baseia-se na lei da indução eletromagnética: quando a corrente percorre o enrolamento primário (normalmente, o condutor que passa pelo centro do TC), gera um fluxo magnético no núcleo. Esse fluxo induz uma força eletromotriz no enrolamento secundário, produzindo uma corrente secundária.
A relação de transformação de um TC é a relação entre a corrente nominal do lado primário e a corrente nominal do lado secundário, por exemplo, 100A/5A ou 100A/0.1A. Isto significa que, quando circulam 100A no primário, a corrente de saída do secundário será de 5A ou 0.1A. Nas aplicações de medição de energia, selecionam-se normalmente TC com uma corrente secundária de alguns miliamperes ou menos, para permitir a ligação direta à entrada de corrente de um chip de medição.
A classe de precisão de um TC indica o seu erro de medição dentro da gama de correntes nominais. Por exemplo, um TC de classe 0.2S indica um erro de ±0.2% numa determinada gama de correntes, o que é fundamental para a medição de energia de elevada precisão.
A carga secundária de um TC corresponde à impedância do instrumento ou dispositivo de medição ligado ao seu lado secundário. O circuito secundário de um TC deve permanecer sempre fechado; caso contrário, um circuito aberto provocará o aparecimento de uma tensão elevada no secundário, que poderá danificar o TC ou pôr as pessoas em perigo. Isolamento: os TC proporcionam isolamento elétrico entre o circuito de alta tensão do lado primário e o circuito de medição de baixa tensão do lado secundário, melhorando assim a segurança e a fiabilidade do sistema.
Na medição de energia, os TC são frequentemente utilizados para medir correntes elevadas no circuito principal. Os TC podem reduzir a tensão e a corrente do sinal de corrente elevada no circuito principal, convertendo-o num sinal de baixa corrente ou baixa tensão que o chip de medição consegue processar. Isto protege o chip de medição da exposição direta a tensões e correntes elevadas e torna a conceção do sistema de medição mais flexível e segura.
A ligação de transformadores de corrente ao chip Atmel M90E32AS exige atenção ao circuito de condicionamento de sinal para garantir a precisão da medição e a segurança do chip. Os pinos de entrada de corrente do chip M90E32AS (I1P/I1N, I2P/I2N e I3P/I3N) são entradas diferenciais, ou seja, medem a diferença de tensão entre os dois pinos. Por isso, a saída do transformador de corrente tem normalmente de ser convertida num sinal de tensão através de uma resistência de amostragem antes de ser aplicada às entradas diferenciais do chip.
Vejamos como é ligado um transformador de corrente (TC). Normalmente, o lado secundário do TC é ligado a uma resistência de derivação de baixo valor. Quando a corrente atravessa essa resistência, gera-se aos seus terminais uma queda de tensão proporcional à corrente. Esta queda de tensão constitui o sinal de entrada para o ADC do chip M90E32AS.
Tomando como exemplo a medição de corrente monofásica, a saída secundária do TC é ligada à resistência de derivação, que, por sua vez, é ligada aos pinos I_P e I_N do chip M90E32AS. Para melhorar a precisão da medição e suprimir o ruído em modo comum, liga-se normalmente um condensador em paralelo com a resistência de derivação, formando uma rede de filtragem RC. Além disso, poderá ser necessária uma rede divisora de tensão ou um circuito de polarização para fornecer uma tensão de polarização adequada e garantir que a entrada do ADC permanece dentro da gama de funcionamento do M90E32AS.
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