02 marzo 2010

Transductores para medir altas corrientes eléctricas AC o DC

MEDICIÓN DE CORRIENTES ELÉCTRICAS

La medición de la corriente eléctrica es una cuestión importante de cara a aprender a gestionar plantas industriales con eficiencia, veamos en este artículo que tecnologías tenemos actualmente disponibles.

Diferentes medios se han desarrollado para medir la corriente eléctrica, y los métodos convencionales se basan en principios ópricos, eléctricos o magnéticos, o hacen uso del comportamiento que algunos materiales tienen en presencia de un campo magnético.

El método más conveniente en cada caso depende de las características de la corriente medida: DC, AC o ambas simultáneamente, frecuencia, valor pico, exactitud, aislamiento, etc. Se han desarrollado en consecuencia diferentes métodos de medición: shunt, transformadores de corriente, efecto Hall efecto Rogowski, efecto Flux-gate, y otros métodos alternativos de uso menos común.

Resumimos brevemente en este artículo los diferentes métodos disponibles.

A. SHUNT

El método se basa en la medición del voltaje que aparece en una resistencia (shunt) debido a su corriente eléctrica, como consecuencia de la ley de Ohm. El método es extremadamente simple y conveniente para medir DC y AC exactamente, pero la mayor ventaja es la ausencia de aislamiento entre los circuitos de energía y medición y el alto consumo eléctrico en caso de medición de altas corrientes.

B. TRANSFORMADOR DE CORRIENTE

Basado en principios electromagnéticos, es un transformador AC donde la corriente secundaria se relaciona con el primario de acuerdo con el ratio del transformador. Es un núcleo toroidal, donde se envuelve el devanado secundario.

C. TRANSFORMADOR DE EFECTO HALL

Los sensores hall miden el voltaje que aparece en un semiconductor en presencia de un campo magnético perpendicular al plano del material cuando la corriente circula a lo largo de un material (efecto Hall).
El transformador consiste en un núcleo magnético toroidal con un hueco dnode se coloca la sonda Hall. El núcleo magnético se usa para dirigir el campo magnético originado por la corriente medida. Un circuito electrónico adicional procesa la señal generada por la sonda Hall. La principal ventaja de este sistema es la capacidad para medir corrientes DC y AC, hasta frecuencias de 100 kHZ, con una precisión aceptable y un aislamiento galvánico.
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D. TRANSFORMADOR DE ROGOWSKI
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El transformador de Rogowski tiene una estructura toroidal, pero con un serpentín envuelto en un núcleo no magnético (denominado serpentín de Rogowski) y su estructura puede ser rígida o flexible.

La corriente medida cruza el serpentín de Rogowski y genera un voltaje proporcional al cambio de la corriente y la inductancia mutua entre el serpentín y el conductor. El valor de la corriente medida es proporcional a la integral de este voltaje.

La ventja de este transductor es la imposibilidad de saturación del núcleo magnético (ej. aire o plástico), pero no es apropiado para medidas DC y su exactitud y la banda ancha está condicionada por el circuito del integrador.

E. TRANSFORMADOR FLUX-GATE

Este transformador, con estructura física similar al transormador Hall, se basa en la detección del estado de saturación de un circuito magnético. El núcleo magnético se construye usando un material de alta permeabilidad, inmerso en un campo magnético medido.

El material magnético es excitado por una señal que, en ausencia de campo magnético, lleva al material magnético a la saturación simétrica. Esta simetría se pierde con la existencia de un campo magnético externo.

La inyección de corriente en un devanado auxiliare crea un campo magnético de compensación que restaura la simetría del ciclo de histéresis. La corriente inyectada compensa el campo magnético creado por la corriente medida, y su valor es proporcional a la corriente. Este sistema es conveniente para la medición de corrientes DC y AC, con alta exactitud, alta frecuencia y alto rango de corriente.
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F. OTROS MÉTODOS DE MEDICIÓN
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En general, casi todos estos métodos se basan en la medición de campos magnéticos creados por sus corrientes, con la excepción de la medición directa o shunt.

Otros métodos para la medición de corriente se basan en las propiedades del material sensible al campo magnético, como los basados en los principios magneto-resistivos y magneto-ópticos o los basados en los magneto-diodos, magneto-transitor y componentes de semiconductores.
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Bibliografía: Low Consumption flux-gate transfucer for AC and DE high-current Measurement. Premo
Palabras clave: Hall-effect transducer, Rogowski effect transducer, flux-gate effect transformer, Rogowski effect transduce
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