Die Wahl des richtigen Stromsensors muss kein Rätselraten sein
● Anwendungen
Stromsensoren erkennen den Fluss von Wechsel- oder Gleichstrom in einem Kabel oder einer Leiterbahn. Sie können verwendet werden, um einen Ein-/Aus-/Impulsstromzustand zu erkennen oder um die Stärke des Stroms im Draht oder in der Leiterbahn zu messen. Diese Diskussion beschränkt sich auf Wechselstromsensoren.
Ideale Stromsensoren würden keinen Strom verbrauchen, um den Strom im Draht oder in der Leiterbahn zu erkennen, reale Stromsensoren benötigen jedoch einen Teil der Schaltkreisenergie, um die Informationen bereitzustellen. Stromsensoren werden häufig zur Messung und Steuerung des Laststroms in Stromversorgungen, Sicherheitskreisen und verschiedenen Steuerkreisen eingesetzt. Bei Anwendungen, bei denen die Steuerung des Stroms erforderlich ist, wie etwa bei Stromversorgungen, ist die genaue Erfassung der Stromstärke eine Grundvoraussetzung.
Bei Anwendungen mit gepulstem Strom oder dort, wo es nur erforderlich ist, einen Ein-Zustand zu erkennen, wie etwa bei einigen Sicherheitsschaltkreisen, ist die genaue Größe des Stroms möglicherweise nicht erforderlich. In anderen Sicherheitskreisen kann der erfasste Strom verwendet werden, um eine Abschaltung auszulösen, wenn der Strom einen voreingestellten Grenzwert überschreitet.
● Technologie
Ein Widerstand kann zur Stromerfassung verwendet werden, indem der Spannungsabfall am Widerstand gemessen wird. Nach dem Ohmschen Gesetz ist der erfasste Strom I=V/R. Durch die Verwendung eines niederohmigen Widerstands in Reihe mit dem gemessenen Strom werden der Spannungsabfall und der Verlust durch Verlust auf ein Minimum reduziert. Das klingt einfach, aber da der Spannungsabfall an einem so kleinen Widerstand gering ist, ist möglicherweise eine Verstärkung der Spannung erforderlich, um ihn zu erkennen, was zu zusätzlicher Komplexität der Schaltung führt. Shunt-Stromsensoren erfassen einen kleinen proportionalen Bruchteil des erfassten Stroms. Der Strom wird durch einen Parallelwiderstand geleitet und der Spannungsabfall gemessen. Wie beim Vorwiderstand ist der Spannungsabfall proportional zum erfassten Strom. Strommesstransformatoren werden typischerweise zur Wechselstrommessung verwendet. Bei diesen Strommessgeräten kann ein einzelner Draht des Stromkreises als Primärwicklung des Transformators dienen oder die Primärwicklung ist vorhanden.
Diese Wechselstrom-Messtransformatoren erzeugen einen Strom in der Sekundärseite, der proportional zum erfassten Strom in der Primärseite ist. Der Sekundärstrom wird als Spannungsabfall am Abschlusswiderstand (RT) gemessen. Durch die Verwendung eines Stromwandlers mit niedrigem Windungsverhältnis (pri/sec<<1), the current drawn through the terminating resistor is minimized. This also reduces the voltage produced across the terminating resistor, which may then require amplification if that output voltage is too low. Choice of transformer turns ratio and terminating resistor must balance the desire for low current draw against the need for sufficient output voltage.
Auswahl von Wechselstromsensoren/-transformatoren Die Auswahl eines geeigneten Stromsensors erfordert den Frequenzbereich und die Nennstromstärke des Sensors für Ihre Anwendungsbedingungen. Der Sensortyp, die Montage (Oberflächenmontage oder Durchgangsloch), das Windungsverhältnis und die Gesamtabmessungen sind weitere Überlegungen. Der Sensortyp kann entweder ein „nur Sensor“ sein, bei dem ein in die Anwendung integrierter Leiter als Primärleiter dient, oder es kann sich um einen Stromtransformator handeln, in dem die Primärwicklung enthalten ist.
Der Strom und die Frequenz im ungünstigsten Fall bestimmen die höchste Flussdichte, die der Sensor oder Transformator wahrnimmt. Ein Überschreiten von 2000 Gauss bei den meisten Wechselstromsensoren bedeutet, dass der Ausgang gegenüber dem erfassten Strom nichtlinear wird und die Ausgangsspannung nicht mehr streng proportional zum Eingangsstrom ist. Höhere Sekundärwindungen tragen dazu bei, die Flussdichte unter diesem Grenzwert zu halten. Bei Stromsensoren mit Drahtdurchführung kann das Windungsverhältnis durch Schleifen zusätzlicher Windungen (ein Durchgang durch das Loch entspricht einer Windung) drastisch reduziert werden, wenn die Draht- und Lochgröße dies zulässt. Dadurch kann ein Transformator mit höherem Eingangsstrom verwendet werden, um eine höhere Ausgangsspannung am Abschlusswiderstand bereitzustellen.
Das Tool berechnet den erforderlichen Abschlusswiderstand (RT) basierend auf dem maximalen Eingangsstrom (Ipri), der Anzahl der Sekundärwindungen (Nsec) und der Ausgangsspannung (Vout) durch: RT=Nsec × Vout/Ipri (Berechnungen). basierend auf einer 1-Runde primär.)
Das Tool berechnet außerdem die maximale Flussdichte der Sekundärseite basierend auf der Ausgangsspannung (Vout), dem Arbeitszyklus, den Sekundärwindungen und der Frequenz, um sicherzustellen, dass sie 2000 Gauss nicht überschreitet.
● Fazit
Die Auswahl eines geeigneten Strommesstransformators erfordert die Kenntnis des erwarteten maximal gemessenen Stroms, der Frequenz und des Arbeitszyklus des gemessenen Stroms sowie der gewünschten Ausgangsspannung, die dem erwarteten maximal gemessenen Strom entspricht.