Sensore di tensione CA per 250 V. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Indicatori, sensori, rivelatori

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I sensori di corrente e tensione vengono spesso utilizzati per misurare correnti e tensioni alternate a una frequenza industriale di 50 Hz. L'utilizzo per questi scopi di sensori di corrente e tensione con isolamento galvanico basato sull'effetto Hall della ditta LEM, che è un monopolista in questo settore, non è pratico a causa delle grandi correnti di ingresso per i sensori di tensione (10...20 mA), un grande errore dell'ordine dell'1% dei valori superiori di scala, complessità e costo elevato [1]. Il vantaggio dei sensori che utilizzano l'effetto Hall è la capacità di misurare correnti e tensioni costanti.

Il modo più appropriato per misurare correnti e tensioni alternate è utilizzare trasformatori di corrente e tensione con un circuito elettronico di elaborazione del segnale di facile utilizzo. Il trasformatore converte la tensione sull'intero intervallo con lo stesso errore, che si tratti di centinaia di volt o unità di microvolt. La potenza del segnale proveniente da un trasformatore della dimensione minima possibile è di diversi ordini di grandezza maggiore della potenza del segnale del sensore Hall. Ciò consente di implementare sensori di tensione con una corrente di ingresso di 1 mA e sensori di corrente con una scala di 0,5 A e un errore di 0,1...0,5%.

Quando si misurano correnti e tensioni alternate con sensori basati sull'effetto Hall, l'errore può essere notevolmente ridotto interrompendo la componente continua con un condensatore, ma ciò complica ulteriormente il sensore e non è pratico.

Nel sensore di tensione proposto, al fine di semplificare la progettazione e ridurre le dimensioni, invece di un trasformatore di tensione, viene utilizzato un trasformatore di corrente con resistenza aggiuntiva (Fig. 1).

Il sensore ha le seguenti caratteristiche:

• Tensione di ingresso ....... 0...250 V
• Corrente di ingresso (a una tensione di 250 V) ....... 1 mA
• Corrente di uscita (a una tensione di 250 V) ....... 5 mA
• Resistenza di carico......0...1 kOhm
• Errore dal valore misurato nel campo di misurazione da 25 V a 250 V.......non più dello 0,1%
• Tensione di alimentazione......±15 V

La resistenza aggiuntiva è composta da tre resistori R1R3 e determina la corrente di ingresso del sensore. Il resistore R1 è preciso con un errore dello 0,5%, i resistori R2, R3 vengono utilizzati per selezionare il valore della resistenza aggiuntiva, la selezione viene effettuata cortocircuitando i resistori R2, R3.

La potenza massima dissipata dai resistori R1R3 non è superiore a 0,25 W. L'errore principale è determinato dalla precisione della selezione dei resistori R1-R3. L'errore aggiuntivo è determinato dal TKS dei resistori R1-R3.

Il segnale dall'avvolgimento secondario 3 del trasformatore T1 viene alimentato all'ingresso dell'amplificatore operazionale A1. Per eliminare la magnetizzazione residua del nucleo e migliorare la risposta in frequenza, l'amplificatore è coperto da un feedback di flusso magnetico negativo. Il segnale di uscita A1 crea una corrente di uscita nell'avvolgimento 2, che crea un flusso magnetico nel nucleo uguale in grandezza e opposto nella direzione al flusso magnetico creato dalla corrente di ingresso.

Il sensore ha un'uscita in corrente (la corrente in uscita non dipende dalla resistenza del carico):

Iout=IinW1/W3,

dove W1 è il numero di spire dell'avvolgimento 1, W3 è il numero di spire dell'avvolgimento 3.

Il nucleo del trasformatore è costituito da piastre a forma di L e ha dimensioni di 30×22×5 mm (5 mm è lo spessore dell'insieme). Gli avvolgimenti 1 e 2 contengono ciascuno 2000 spire di filo PEV-0,1, l'avvolgimento 3 contiene 400 spire di filo PEV-0,2.

La figura 2 mostra una versione del sensore con un'uscita di corrente raddrizzata.

Il sensore ha le seguenti caratteristiche:

• Tensione di ingresso ....... 0...250 V
• Corrente di ingresso (a una tensione di 250 V) ....... 1 mA
• Corrente di uscita (raddrizzata, valore di picco) ....... 10 mA
• Resistenza di carico......0...620 Ohm
• Errore dal valore misurato nel campo di misurazione da 25 V a 250 V.......non più dello 0,5%
• Tensione di alimentazione......±15 V

Il segnale alternato dal resistore R4 viene fornito all'ingresso di un raddrizzatore di precisione assemblato utilizzando l'amplificatore operazionale A2 e i diodi V1, V2 secondo uno circuito standard. I segnali dei diodi V1, V2 vengono forniti agli ingressi del convertitore tensione-corrente assemblato sull'amplificatore operazionale A3 e sul transistor M3. Affinché la corrente di uscita sia indipendente dalla resistenza di carico, è necessario soddisfare l'uguaglianza R11/R9=R12/R10. La regolazione del sensore consiste nell'impostare il valore della corrente di uscita su una corrente di ingresso di 1 mA selezionando il valore del resistore R4.

letteratura:

1. Prospetto dell'azienda "LEM".

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