Sensoreamento de corrente

Sensoreamento de corrente

(Parte 1 de 2)

Universidade Paulista – UNIP

Curso de Engenharia

Disciplina de Controle e Automação Prof. João Flório

Sensoreamento de Corrente

Camila Alves Ferreira – 876669-0 Luis Rogério Barbosa – 877234-7

Ronaldo Martins Waldemarin – 875679-1

Thiago Augusto Cardoso – 875136-6

Sorocaba 2010

1. Introdução2
2. Tipos De Sensores De Corrente3
2.1. Shunt Resistivo3
2.2. Sensores De Efeito Hall4
2.3. Tipos De Transdutores:7
3. Dispositivos Térmicos10
4. Transformadores De Corrente1
4.1. Tipos Construtivos14

1. INTRODUÇÃO

Uma aplicação muito freqüente na indústria de sensores magneto-resistivos é o sensoriamento da intensidade da corrente que circula num circuito. Esse sensoriamento serve para realimentar os circuitos de controle PWM que determinam a velocidade de potência de motores, acionamento de solenóides, e muitos outros tipos de dispositivos semelhantes. Uma das aplicações mais comuns dos sensores de corrente é a realimentação dos circuitos de controle de motores.

Figura 1 - Controle de motor por sensor de corrente.

Para se obter um sinal proporcional à corrente que circule por um condutor existem diversas tecnologias que são utilizadas nos componentes comerciais. Essas tecnologias incluem shunts resistivos, dispositivos de efeito hall, transformadores de corrente, dispositivos térmicos, etc.

Cada tecnologia tem suas vantagens e desvantagens como, por exemplo, a não existência de isolamento no caso do shunt ou ainda a queda de tensão no circuito causando perdas, etc.

Os sensores magneto-resistivos, entretanto, oferecem muitas vantagens que analisadas podem torná-los uma escolha melhor do que os outros tipos. Dentre as vantagens que destacamos para esses sensores está o fato de que eles proporcionam isolamento elétrico total, não causam alterações na intensidade da corrente do circuito sensoriado e, além disso, são rápidos o bastante para

poderem operar com freqüências tão altas como 5 MHz, isso numa faixa dinâmica de 100 dB.

2. TIPOS DE SENSORES DE CORRENTE

2.1. Shunt Resistivo

Resistência de derivação para medição de corrente contínua. O Shunt é principalmente empregado para medições de correntes elevadas, sendo calculado de tal maneira que a uma determinada corrente nominal se tenha uma queda de tensão, geralmente de 60, 150 ou 300mV.

Para que se obtenha uma indicação de corrente, deve ser conectado ao shunt um indicador bobina móvel com escala igual a corrente nominal e o campo equivalente a queda de tensão provocada pelo shunt.

Para que seja assegurada a precisão do shunt, deve-se tomar o cuidado para que não sejam a ele conectadas linhas de medição com resistência maior que o valor mencionado nos dados técnicos do shunt.

Exemplo de Dados Técnicos do shunt:

Terminais: Latão MS 58. Conexão: Ao barramento através de parafusos de aço niquelado ou latão À linha de medição através de parafusos de latão com cabeça cilíndrica, M5x8. Material da Resistência: Manganín. Resistência da Linha de medição: Shunt 60 mV ≤ 0,35 Ω Shunt 150 mV ≤ 4 Ω Shunt 300 mV ≤ 12 Ω Classe de exatidão: 0,5%. Sobrecarga de curta duração: In até 500A 10 x In/5 seg. In de 501A/2000A 5 x In/5 seg. In de 2001A/10000A 2 x In/5 seg.

2.2. Sensores De Efeito Hall

São dispositivos transdutores de corrente fabricados usando o princípio efeito hall de elementos magnéticos, com a capacidade de medir sinais AC e DC com total isolamento galvânico. Podem trabalhar com vários formatos de onda (faixa ampla de freqüência).

Os Sensores de Corrente por efeito Hall Realimentado podem medir correntes AC e DC numa faixa ampla de freqüência. Dessa forma, possuem a capacidade de reproduzir praticamente qualquer formato de onda. Possuem uma saída em corrente determinada através de uma relação entrada: saída. Em modelos, por exemplo, que possuem uma relação 1:1000, teremos na saída do sensor uma reprodução de sinal medido numa proporção 1000 vezes menor.

Na escolha do modelo a ser utilizado, deve-se observar quais são os valores de corrente de pico positivos (Ipp) e negativos (Ipn) do formato de onda presente no sinal a ser medido, pois os mesmos devem respeitar a faixa de medida do sensor que será utilizado. Por exemplo: pegando-se um modelo cuja faixa de medida seja ± 80Adc, o Ipp e o Ipn, devem ser, respectivamente, ≤(+80Adc) e ≥(-80Adc).

A corrente nominal tem um papel importante na indicação do erro do sensor. Como os mesmos podem medir vários formatos de onda, basear-se somente neste parâmetro para dimensionar o sensor pode incutir em erro, pois os valores Ipp e Ipn podem extrapolar os valores da faixa de medida.

A conversão da saída em corrente para uma em tensão é feita através de um resistor de amostragem (Ra).

Em medidas de corrente com baixa amplitude de sinal, pode-se aumentar a resolução da medida, fazendo-se com que o condutor da corrente seja passado mais de uma vez pela janela do sensor.

A corrente resultante é lida pelo sensor será resultado do número (n) de vezes que o condutor será passado pela janela do sensor multiplicado pelo valor da corrente (i) que passa pelo próprio condutor.

Exemplo: - número de vezes que o condutor passa pela janela: n = 5

- corrente no condutor: i = 5A Valor de corrente resultante lida pelo sensor (ir ): i i n A r = × = 5× 5 = 25

Deve levar em conta que a corrente no primário do sensor, no caso de se passar o condutor mais de uma vez pela janela, será neste caso (ir).

Algumas vantagens destes sensores:

• Medição de corrente contínua: Substituição com vantagem de custo- benefício os sensores semicondutores de efeito Hall e seu complexo sistema eletrônico de calibração e compensação de temperatura.

• Proteção de sistemas de energia em corrente contínua: Substitui o shunt resistivo de potência eliminando problemas de dissipação de calor.

• Banco de baterias para alimentação de sistemas de proteção de subestações: O não emprego de shunt dispensa o uso de amplificadores de alto ganho, susceptíveis a interferências eletromagnéticas externas.

• No-Break: Por não usar shunt existe uma perfeita isolação galvânica entre circuito primário e secundário.

• Carregadores de baterias automotivas e tracionárias: Excelente sensibilidade para uma vasta gama de correntes.

• Medição e controle de processos em industria eletroquímica"

Medição e controle de processos em industria eletroquímica: Maior robustez sendo indicado para ambientes agressivos. Pode suportar atmosferas com poeira e outros poluentes, calor, umidade, elevada interferência eletromagnética e vibração sem alterar o seu funcionamento normal nem sua precisão

• Controle de processo em galvanização: Menor custo.

2.3. Tipos De Transdutores:

• Transdutores de Corrente Janelados medida direta que dispensa a utilização de TCs ou SHUNTs. Basta a passagem do condutor da corrente pela no próprio encapsulamento do transdutor, para se ter uma medida AC ou DC com total isolamento galvânico.

• Transdutores de Corrente com Terminal: em medidas de baixo valor de corrente. Nestes modelos, o condutor deve ser total isolamento galvânico.

• Transdutores de Corrente que utilizam sensor hall externo:

Utilizados para medidas AC e DC. Diferente dos modelos janelados e de Terminais, que possuem os pontos de medida da corrente integrados n fixação em fundo de p (sondas) de Corrente AC e DC (Efeito HALL realimentados) para executarem as medidas. Os mesmos são ideais em casos onde a amplitude da corrente ou os pontos de medid remotamente

Transdutores de Corrente Janelados: Possuem um sistema de medida direta que dispensa a utilização de TCs ou SHUNTs. Basta a passagem do condutor da corrente pela janela, no próprio encapsulamento do transdutor, para se ter uma medida com total isolamento galvânico.

sdutores de Corrente com Terminal: Geralmente utilizados em medidas de baixo valor de corrente. Nestes modelos, o condutor deve ser fixado nos terminais do transdutor. Possuem total isolamento galvânico.

Transdutores de Corrente que utilizam sensor hall externo: Utilizados para medidas AC e DC. Diferente dos modelos anelados e de Terminais, que possuem os pontos de medida da corrente integrados no próprio encapsulamento padrão DIN de fixação em fundo de painel, os mesmos necessitam dos Sensores (sondas) de Corrente AC e DC (Efeito HALL realimentados) para executarem as medidas. Os mesmos são ideais em casos onde a amplitude da corrente ou os pontos de medida estão localizados remotamente (longe do painel).

Possuem um sistema de medida direta que dispensa a utilização de TCs ou SHUNTs. janela, localizada no próprio encapsulamento do transdutor, para se ter uma medida

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