- Hall Etkisi Sensörü Akım Algılama Yöntemi
- Akı Kapısı Sensörü Akım Algılama Yöntemi
- Rogowski Bobini Akım Algılama Yöntemi
- Akım Trafosu Akım Algılama Yöntemi
- Şönt Direnç Akım Algılama Yöntemi
- Doğru Akım Algılama Yöntemi nasıl seçilir?
Akım, Elektronik veya Elektrik Mühendisliğinde çok kritik bir faktördür. Elektronikte akım, birkaç nano amperden yüzlerce ampere kadar bir bant genişliğine sahip olabilir. Bu aralık, Elektrik alanında, özellikle Güç Şebekelerinde tipik olarak birkaç bin ampere kadar çok daha geniş olabilir. Bir devre veya iletken içindeki akımı algılamak ve ölçmek için farklı yöntemler vardır. Bu yazıda, avantajları, dezavantajları ve uygulamaları ile çeşitli mevcut algılama tekniklerini kullanarak akımın nasıl ölçüleceğini tartışacağız .
Hall Etkisi Sensörü Akım Algılama Yöntemi
Hall Etkisi, Amerikalı fizikçi Edwin Herbert Hall tarafından keşfedildi ve akımı algılamak için kullanılabilir. Genellikle manyetik alanı tespit etmek için kullanılır ve Hız göstergesi, kapı alarmı, DIY BLDC gibi birçok uygulamada faydalı olabilir.
Hall Etkisi sensörü, manyetik alana bağlı olarak bir çıkış voltajı üretir. Çıkış voltajının oranı manyetik alanla orantılıdır. Mevcut algılama işlemi sırasında akım, manyetik alan ölçülerek ölçülür. Çıkış voltajı çok düşüktür ve çok düşük gürültüye sahip yüksek kazançlı bir amplifikatör kullanılarak faydalı bir değere yükseltilmesi gerekir. Hall Effect sensörü, amplifikatör devresinden ayrı olarak, doğrusal bir dönüştürücü olduğu için ek devre gerektirir.
Artıları:
- Daha yüksek frekansta kullanılabilir.
- Hem AC hem de DC'de doğru şekilde kullanılabilir.
- Temassız temelli yöntem.
- Zorlu bir ortamda kullanılabilir.
- Güvenilirdir.
Eksileri:
- Sensör sürükleniyor ve telafi gerektiriyor.
- Kullanışlı çıktı için ek devre gerektirir.
- Şant bazlı teknikten daha maliyetlidir.
Hall Effect sensörleri pens ampermetrelerde ve ayrıca birçok Endüstriyel ve Otomotiv akım algılama uygulamasında kullanılır. Birçok lineer Hall etkisi sensörü, birkaç mili amperden binlerce ampere kadar akımı algılayabilir. Bu nedenle, Akıllı Şebeke İzleme Uygulaması, iletken akımını izlemek için farklı tipte bir Hall etkisi sensörü de kullanır.
Akı Kapısı Sensörü Akım Algılama Yöntemi
Doyurulabilir bir İndüktör, Fluxgate algılama tekniğinin ana bileşenidir. Bu nedenle Fluxgate sensörüne Doyurulabilir Endüktör Akım Sensörü denir. Akı geçidi sensörü için kullanılan indüktör göbeği doygunluk bölgesinde çalışır. Bu indüktörün doygunluk seviyesi oldukça hassastır ve herhangi bir dahili veya harici akı yoğunluğu indüktörün doygunluk seviyesini değiştirir. Çekirdeğin geçirgenliği, doyma seviyesi ile doğru orantılıdır, dolayısıyla endüktans da değişir. İndüktör değerindeki bu değişiklik, akımı algılamak için akı kapısı sensörü tarafından analiz edilir. Akım yüksekse endüktans düşer, akım düşükse endüktans yükselir.
Hall Etkisi sensörü, akış kapısı sensörüne benzer şekilde çalışır, ancak aralarında bir fark vardır. Fark çekirdek malzemede. Flux Gate sensörü doyurulabilir bir indüktör kullanır ancak Hall Effect sensörü hava çekirdeği kullanır.
Yukarıdaki görüntüde, bir akı kapısı sensörünün temel yapısı gösterilmektedir. Doyurulabilir bir indüktör çekirdeğinin etrafına sarılmış birincil ve ikincil iki bobin vardır. Akım akışındaki değişiklikler, diğer bobin boyunca endüktansın değişmesine neden olan çekirdek geçirgenliğini değiştirebilir.
Artıları:
- Geniş bir frekans aralığında ölçüm yapabilir.
- Büyük bir doğruluğa sahiptir.
- Düşük ofset ve sapmalar.
Eksileri:
- Yüksek ikincil güç tüketimi
- Birincil iletkendeki voltaj veya akım gürültüsü için bir risk faktörü artar.
- Yalnızca DC veya düşük frekanslı AC için uygundur.
Fluxgate sensörleri, Solar İnvertörlerde akımı algılamak için kullanılır. Bunun dışında kapalı devre AC ve DC akım ölçümü Flux Gate sensörleri kullanılarak kolaylıkla yapılabilir. Akı Kapısı akım algılama yöntemi, Kaçak akım ölçümü, aşırı akım algılama vb. Alanlarda da kullanılabilir.
Rogowski Bobini Akım Algılama Yöntemi
Rogowski bobini ismini Alman fizikçi Walter Rogowski'den almıştır. Rogowski bobini, sarmal şekilli bir hava çekirdekli bobin kullanılarak yapılır ve akım ölçümü için hedeflenen iletkenin etrafına sarılır.
Yukarıdaki resimde, Rogowski bobini ek devre ile gösterilmiştir. Ek devre, bir entegratör devresidir. Rogowski bobini, iletkendeki akım değişim oranına bağlı olarak çıkış voltajı sağlar. Akıma orantılı bir çıkış voltajı oluşturmak için ek bir entegratör devresi gereklidir.
Artıları:
- Hızlı yüksek frekanslı akım değişimini tespit etmek için iyi bir yöntemdir.
- İkincil sargının kullanılması açısından güvenli çalışma.
- Düşük Maliyetli çözüm.
- Açık döngü yapısı sayesinde kullanımda esneklik.
- Sıcaklık telafisi karmaşık değildir.
Eksileri:
- Sadece AC için uygun
- Akım trafosuna göre düşük hassasiyete sahiptir.
Rogowski bobini geniş bir uygulama alanına sahiptir. Örneğin, büyük güç modüllerinde, özellikle MOSFET'ler veya Yüksek güçlü transistörler veya IGBT boyunca akım ölçümü. Rogowski bobini, esnek ölçüm seçeneği sağlar. Rogowski bobini tepkisi, geçişler veya yüksek frekanslı sinüzoidal dalgalar üzerinde çok hızlı olduğundan, güç hatlarındaki yüksek frekanslı akım geçişlerini ölçmek için iyi bir seçimdir. Güç dağıtımında veya akıllı şebekede Rogowski bobini, akım ölçümleri için mükemmel esneklik sağlar.
Akım Trafosu Akım Algılama Yöntemi
Akım trafosu veya CT, akımı sekonder bobindeki akımla orantılı olan sekonder voltaj ile algılamak için kullanılır. İkincil bobininde gerilim veya akımın büyük değerini çok daha küçük bir değere dönüştüren endüstriyel transformatördür. Ölçüm, ikincil çıkış üzerinden alınır.
Yukarıdaki görselde yapı gösterilmektedir. Birincil ve ikincil oranı 1: N olan ideal bir CT transformatörüdür. N, transformatörün özelliklerine bağlıdır. Burada transformatörler hakkında daha fazla bilgi edinin.
Artıları:
- Büyük akım taşıma kapasitesi, bu makalede gösterilen diğer yöntemlerden daha fazla.
- Ek devre gerektirmez.
Eksileri:
- Bakım gerektirir.
- Mıknatıslanma nedeniyle histerez oluşur.
- Yüksek birincil akım, ferrit çekirdek malzemelerini doyurur.
CT trafo bazlı akım algılama tekniğinin ana kullanım alanı, çok yüksek akım ölçüm kapasitesi nedeniyle Güç şebekesidir. Birkaç pens metre, Alternatif akımın ölçümü için bir akım trafosu kullanır.
Şönt Direnç Akım Algılama Yöntemi
Bu, mevcut algılama tekniklerinde en çok kullanılan yöntemdir. Bu teknik, Ohm yasasına dayanmaktadır.
Akımı algılamak için seri olarak düşük değerli bir direnç kullanılır. Akım, düşük değerli bir dirençten geçtiğinde, direnç boyunca bir voltaj farkı oluşturur.
Bir örnek alalım.
1A akımın 1 ohm dirençten geçtiğini varsayalım. Ohm yasasına göre Gerilim, akım x direncine eşdeğerdir. Bu nedenle, 1A akım 1 ohm'luk bir dirençten geçtiğinde, direnç boyunca 1V üretecektir. Direncin watt değeri, dikkate alınması gereken kritik bir faktördür. Bununla birlikte, direncin mili-ohm aralığında olduğu piyasada çok küçük değerli dirençler de mevcuttur. Böyle bir durumda direnç üzerindeki voltaj farkı da çok küçüktür. Gerilimin genliğini artırmak için yüksek kazançlı bir amplifikatör gereklidir ve son olarak, akım ters hesaplama esası kullanılarak ölçülür.
Bu tür bir akım algılama tekniği için alternatif bir yaklaşım , PCB izini şönt direnci olarak kullanmaktır. Bir PCB'nin bakır izi çok küçük bir direnç sunduğundan, akımı ölçmek için iz kullanılabilir. Bununla birlikte, böyle alternatif bir yaklaşımda, doğru bir sonuç almak için çeşitli bağımlılıklar da büyük bir endişe kaynağıdır. Oyunu değiştiren ana faktör sıcaklık değişimidir. Sıcaklığa bağlı olarak, iz direnci değişir ve bir hata sonucuyla sonuçlanır. Uygulamada bu hatayı telafi etmek gerekiyor.
Artıları:
- Çok uygun maliyetli çözüm
- AC ve DC'de çalışabilir.
- Ek ekipman gerekli değildir.
Eksileri:
- Isı dağılımı nedeniyle daha yüksek akım çalışması için uygun değildir.
- Şönt ölçümü, direnç boyunca enerji israfı nedeniyle sistem verimliliğinde gereksiz bir düşüş sağlar.
- Termal sapma, yüksek sıcaklık uygulamasında hata sonucu sağlar.
Şönt direnç uygulaması dijital ampermetre içerir. Bu, Hall Etkisi sensörü dışında daha doğru ve daha ucuz bir yöntemdir. Şönt direnci ayrıca düşük dirençli bir yol sağlayabilir ve bir elektrik akımının bir devrede bir noktadan diğer noktaya geçmesine izin verir.
Doğru Akım Algılama Yöntemi nasıl seçilir?
Akım algılama için uygun yöntemi seçmek zor bir şey değildir. Doğru yöntemi seçmek için dikkate alınması gereken birkaç faktör vardır, örneğin:
- Ne kadar doğruluk gerekiyor?
- DC veya AC ölçümü veya her ikisi birden?
- Ne kadar güç tüketimi gereklidir?
- Ölçülecek mevcut aralık ve bant genişliği nedir?
- Maliyetlendirme.
Bunların dışında kabul edilebilir hassasiyet ve müdahale reddi de dikkate alınmalıdır. Her faktör karşılanamadığından, uygulama gereksinimi önceliğine bağlı olarak bir özelliği diğeriyle ödün vermek için bazı ödünleşimler yapılır.