Sensore di corrente compensato con shunt magnetico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il design descritto del sensore utilizzato nella misurazione di correnti elevate differisce da dispositivi simili attualmente utilizzati in presenza di uno shunt magnetico, che riduce il consumo energetico, il peso e le dimensioni del dispositivo.

Per misurare correnti elevate (dell'ordine delle decine di kiloampere) è inaccettabile il classico circuito di un sensore di tipo a compensazione (Fig. 1), su cui sono costruiti i prodotti industriali [1].

Il principio di funzionamento di tali sensori si basa sulla compensazione del campo magnetico creato nel circuito magnetico dalla corrente misurata mediante la corrente dell'avvolgimento di compensazione. Il trasformatore di corrente TA1 è un circuito magnetico chiuso con un avvolgimento, che copre un bus con una corrente misurata, nel cui intervallo è installato un sensore Hall (U1). Quando la corrente passa attraverso il bus, si crea un flusso magnetico nel circuito magnetico che lo circonda, provocando la comparsa nel sensore Hall di una tensione proporzionale alla corrente misurata. Questa tensione, amplificata da un amplificatore operazionale (DA1) e da un amplificatore di potenza basato sui transistor VT1, VT2, provoca una corrente nell'avvolgimento TA1, che compensa il flusso magnetico nel circuito magnetico.

Per compensare il campo magnetico creato, ad esempio, da una corrente di 100 kA, la corrente attraverso l'avvolgimento di compensazione deve essere pari a 100/n kA, dove n è il numero di spire di questo avvolgimento. In questo caso, la potenza dell'amplificatore di uscita e la massa del sensore potrebbero essere eccessive.

Per ridurre la corrente di compensazione nel sensore proposto (Fig. 2), il flusso magnetico viene compensato non nell'intera sezione del circuito magnetico 2, ma in un'area limitata con una resistenza magnetica inferiore alla resistenza dell'intero circuito magnetico.

Nel sito di installazione del sensore Hall 3, dove il flusso magnetico si biforca (AB), l'entità dell'induzione magnetica creata dalla corrente misurata I nel bus 1, B = μμ0I / 2l (a l "d), dove μ è la permeabilità magnetica del materiale del circuito magnetico; μ0 è la permeabilità magnetica del vuoto.

Per compensare il flusso magnetico creato dalla corrente misurata in questa sezione, la corrente dell'avvolgimento di compensazione 4 I1 = Vx2s1/μμ0 = Ixd/l.

La corrente dell'avvolgimento di compensazione I1 è inferiore alla corrente misurata I di l/d volte, il che rende possibile l'implementazione di un sensore di peso e dimensioni accettabili.

Nel sensore proposto l=100 mm, d = 1 mm, quindi, con una corrente misurata di 100 kA, la corrente di compensazione è creata da una corrente di 1/n kA, dove n è il numero di spire dell'avvolgimento di compensazione.

Un sensore di compensazione con uno shunt magnetico di questo design ha le seguenti caratteristiche.

• Corrente misurata nominale, kA......20
• La massima corrente di impulso misurata con una durata non superiore a 10 ms per 1 min, kA ..... 100
• Rapporto di trasformazione ...... 1/5000
• Corrente di uscita massima alla corrente misurata 100 kA, mA......200
• Errore di base per il valore di corrente nominale, non superiore a, %......1
• Corrente di polarizzazione zero, non più di, mA......0,2
• Gamma di frequenza, kHz......0...10
• Dimensioni finestra per bus attuale, mm......40x120
• Sezione del circuito magnetico, non inferiore a, mm......55
• Dimensioni, mm......200x200x100
• Peso, kg ...... non più di 3

L'implementazione di un tale progetto è possibile quando si utilizza un circuito magnetico con un'induzione ad alta saturazione, ad esempio GAMMAMET 440C1 con una caratteristica di magnetizzazione lineare fino a 1...1,2 T [2, 3].

Per ridurre l'influenza dei campi magnetici esterni, è consigliabile utilizzare due circuiti magnetici e sensori Hall nel design mostrato in fig. 3.

Qui, lo spazio l nel circuito magnetico attorno al bus 1 con corrente è diviso in due sezioni uguali tra i circuiti magnetici 2, 3. Le correnti degli avvolgimenti di compensazione 6 e 7 in questo circuito sono riassunte. Se il campo magnetico esterno nel luogo di installazione di uno dei sensori Hall (4 o 5) coincide in direzione con il campo magnetico creato dalla corrente misurata, nel luogo di installazione dell'altro sensore Hall la direzione è opposta. Se i segnali dei sensori Hall 4, 5, a causa del campo magnetico della corrente misurata, hanno la stessa polarità, allora i segnali provenienti dal campo magnetico esterno sono captatori di diversa polarità, e quindi il segnale risultante dal campo magnetico esterno è zero.

Un amplificatore per un tale dispositivo necessita di una potenza piuttosto bassa: il suo consumo di corrente non è superiore a 0,25 A con una tensione di alimentazione di +15 V.

Se è impossibile acquistare il circuito magnetico necessario, è possibile utilizzare i gradi di acciaio elettrico laminato a freddo E310, E320, per i quali anche l'induzione di saturazione è piuttosto elevata e con un errore di misurazione di circa l'1%, questo materiale è abbastanza adatto.

Letteratura

1. Prospetto dell'azienda "LEM".
2. Prospettiva centrale nucleare "Gamma" (Ekaterinburg).
3. Starodubtsev Yu., Keilin V., Belozerov V. Nuclei magnetici GAMMAMET. - Radio, 1999, n. 6, pag. 48-50.

Autore: A.Aldokhin, Chernihiv, Ucraina

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