Başlıca Akım Sensörü Türleri Nelerdir?

Çeşitli sensör ve teknolojilerle, akım ölçümü için farklı seçenekler bulunmaktadır. En yaygın olarak kullanılan yöntem akım transformatörleri olup, son dönemde DC-CT® teknolojilerine sahip sensörler de akım ölçümleri için tercih edilen yöntemlerden biri olmuştur. Makalemizde, bu çeşitli teknolojilere genel bir bakış sunarak avantajlarını, dezavantajlarını, maliyetlerini ve uygulamaya uygunluklarını inceleyeceğiz.

• DC-CT® Platise Flux
• Fluxgate / Sıfır Akı
• Açık döngü Hall Etkisi
• Kapalı döngü Hall Etkisi
• Fiber-optik akım sensörleri
• Şönt Direnç
• Rogowski Bobin

Akım transformatörü nedir?

Bir akım transformatörünün birincil işlevi, çok yüksek AC akımlarını güvenli ve daha kolay ölçüm için daha düşük seviyelere bölmek veya “düşürmektir”. Kademeli çıkışları, izleme amacıyla ampermetrelere ve diğer cihazlara, ayrıca güç sistemlerindeki koruma uygulamaları için rölelere ve diğer sistemlere gönderilir.

Akım transformatörleri nasıl çalışır?

Bir Akım Transformatörü (CT) elektromanyetik indüksiyon prensibi ile çalışır. Bir transformatördeki akımın değiştirilmesi, manyetik akıyı değiştirerek başka bir bobinde bir voltaj indükler. Bir akım transformatörünün “bar primer” olarak da bilinen tek turlu bir primer sargısı vardır. Bu primer tam akımı taşır.

İkincil sargı (B), çıkışı akımın bir bölümü olan birçok dönüşe sahiptir. Primerin sekonder sargılara oranı, sekonderin çıkışında (A) ölçülen çıkış seviyesini belirler.

Akım Transformatörleri, tasarlandıkları ölçüm aralığında yüksek doğruluk ve doğrusallığa sahip olmaları ile bilinirler. Sonuç olarak, enerji üretimi ve iletimi uygulamalarında yoğun olarak kullanılırlar. Galvanik izolasyon sağlarlar ve genellikle çok yüksek akımlar içeren uygulamalarda kullanılırlar.

Akım Transformatörleri hem katı çekirdekli hem de ayrık çekirdekli form faktörlerinde mevcuttur. Katı çekirdek toroidal bir “donut” şeklidir. Bu, baranın çekirdekten geçirilmesi için güç bağlantısının kesilmesi gerektiği anlamına gelir. Bazı uygulamalarda bu mümkün değildir, bölünmüş bir çekirdek CT çekirdeğin açılmasına izin verir.

Ucuz demir çekirdekli kelepçeler akım transformatörlerinin bir başka örneğidir. Aynı prensiple çalışırlar ve sonuç olarak sadece AAC ölçebilirler.

Akım Trafosu Kilit Noktaları

• Akım transformatörleri çok yüksek akımları taşıyabilir
• Akım transformatörleri elektriksel olarak yalıtılmış bir çıkış sağlar
• Akım transformatörleri AC (AAC) ile çalışır
• Akım transformatörleri, orijinal akımın bir bölümü olan bir çıkış sağlar
• Akım transformatörleri güvenlik amacıyla ve daha kolay ölçüm için kullanılır

Fluxgate Akım Dönüştürücüler

Fluxgate diğer adıyla “Sıfır akı” akım transdüserleri elektrik akımlarını ölçmek için manyetik akı modülasyonu prensibini kullanır. Nikel-demir alaşımı gibi yüksek geçirgenliğe sahip bir malzemeden yapılmış manyetik bir çekirdeğe sahiptirler.

Manyetik çekirdek tipik olarak bir toroid şeklindedir. Birincil sargı manyetik çekirdeğin etrafına sarılır. Birincil sargıdan geçen akım, çekirdekte bir manyetik alan indükler.

Manyetik çekirdeğin etrafına bir uyarma bobini de sarılır ve alternatif bir akım (AC) uygulanır. AC, manyetik çekirdeği periyodik olarak doyuran ve manyetikliğini gideren bir manyetik alan oluşturarak çekirdek içinde bir modülasyona neden olur. Bu modülasyon, sekonder sargıda alternatif bir voltaj indükler. Bir geri besleme bobini uyarma bobinine geri besleme sağlar.

Bir fluxgate sensörünün çıkışı, primer akımın düşük bozulmalı, doğru bir temsilidir. Çıkış sinyali tipik olarak ölçüm ve kontrol sistemlerinde kullanılmak üzere daha fazla işlenebilen veya dönüştürülebilen düşük voltajlı bir AC sinyali şeklindedir.

Fluxgate akım transdüserleri yüksek doğruluk kapasitesine sahiptir ve genellikle hassas akım ölçümlerinin gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır.

DC-CT® yeni bir tür fluxgate AC/DC dönüştürücüdür. Gelişmiş bant genişliği, doğruluk, kararlılık ve daha düşük enerji tüketimi sunar.

Akım kontrollü değişken relüktans DC-CT’nin kalbinde yer alır. Bir tür “sonsuzluk sargısı”, yüksek geçir genlikli malzemelerin tüm iyi özelliklerini koruyan boşluksuz bir çekirdeğin içine yerleştirilmiştir.

Hall etkisi tabanlı sensörlerle karşılaştırıldığında, DC-CT çözümü hava boşluğu oluşturmaz ve harici manyetik alanlara karşı çok yüksek bir hassasiyet ve bağışıklık sağlar. Ayrıca sıcaklıktan bağımsızdır.

Tipik bir fluxgate transdüser çekirdeğini tekrar tekrar sıfırlar ve manyetikliğini giderirken, DC-CT bunu yalnızca ara sıra yapmak zorundadır ve daha enerji verimlidir. DC-CT sensörleri hem AAC hem de ADC ölçümü yapabilir. Modeller 2 A ve 2000 A’ya kadar, bant genişliği -3dB @ 750 kHz, hedef doğruluğu %0,1’den %0,01’e kadar değişir. Diğer potansiyel kullanım alanları arasında B+ sınıfı DC/AC artık akım sensörleri bulunmaktadır.

Hall etkisi akım sensörleri, manyetik bir alanın varlığında bir iletkendeki akım akışına dik bir voltaj üreten Hall etkisini kullanır.

Hall etkisi, bir elektrik iletkeninde Hall voltajı olarak bilinen bir voltaj farkının oluşması anlamına gelir. Bu voltaj, iletkenden geçen elektrik akımına ve uygulanan manyetik alana dik olarak üretilir ve bu da akıma diktir. Edwin Hall tarafından 1879 yılında keşfedilmiştir.

Hall etkili akım dönüştürücüler temassızdır ve akım kaynağı ile çıkışları arasında galvanik izolasyon sağlar. Genellikle izolasyonun önemli olduğu uygulamalarda kullanılırlar.

Günümüzde hem açık döngü hem de kapalı döngü Hall etkili akım transdüserleri mevcuttur. Açık döngü Hall etkili transdüserler manyetik alanın gücüyle orantılı bir çıkış voltajı veya akımı sağlar. Bu çıkış aktif olarak kontrol edilmez veya dengelenmez. Açık döngü transdüserler ortam sıcaklığı ve yaşlanma etkilerinden etkilenebilir.

Kapalı döngü Hall etkili akım transdüserleri, Hall sensörünün çıkışını aktif olarak kontrol etmek için bir geri besleme mekanizması içerir. Bu geri besleme döngüsü, manyetik alandaki değişikliklere yanıt olarak çıkışı ayarlar, sıcaklık gibi çevresel faktörleri telafi eder ve daha kararlı ve doğru ölçümler sağlar.

Göreceli karmaşıklıkları nedeniyle, kapalı döngü sensörler açık döngü akım sensörlerinden daha pahalı olabilir. Ancak daha yüksek doğruluk ve kararlılık önemli olduğunda, kapalı döngü dönüştürücüler daha iyi bir seçimdir.

Rogowski bobinleri, akım taşıyan bir iletkeni çevreleyen esnek hava çekirdekli bobinlerdir. Akımın değişim oranıyla orantılı bir voltaj üretirler. Rogowski bobinlerinin arkasındaki prensip, akımın zaman içindeki değişim oranının tespit edilmesini içerir ve AC devrelerinde bulunanlar gibi hızla değişen veya dinamik akımları ölçerken en etkilidirler. DC uygulamaları için geçerli değildirler.

Rogowski bobinleri fiziksel olarak esnek ve hafiftir. Ölçüm halkaları çok çeşitli çevrelerde mevcuttur. Tasarımları, mevcut iletkenlerin etrafına bağlanmayı kolaylaştırır.

Şönt dirençler bir elektrik devresindeki yüke paralel olarak bağlanır. Yük tipik olarak birincil devredir ve şönt direnç akım akışı için paralel bir yol oluşturur. Ohm yasasını kullanarak, şönt boyunca akan akım, akımla orantılı bir voltaj düşüşü üretir.

Şönt dirençler, üzerlerindeki voltaj düşüşünü en aza indirmek için nispeten düşük bir dirence sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu, orijinal devre üzerindeki etkinin minimum olmasını ve ölçümün doğru olmasını sağlar.

Şönt dirençler hem yüksek hem de düşük akım uygulamaları için uygundur ve hem AC hem de DC sistemlerde kullanılabilir. Şönt dirençler ampermetrelerde, batarya yönetim sistemlerinde, güç kaynaklarında, motor kontrol sistemlerinde ve binlerce başka uygulamada bulunur.

Fiber optik akım transdüserleri, bir fiber optik döngüden geçen ışığın polarizasyonunun akım tarafından indüklenen manyetik alana yanıt olarak değiştiği Faraday etkisini kullanır. Fiber optik dönüştürücünün çekirdeği, manyetik alandaki değişikliklere duyarlı bir manyeto-optik malzeme içerir.

Fiber optik akım transdüserleri, elektrik izolasyonunun ve doğru akım ölçümlerinin kritik öneme sahip olduğu güç dağıtım sistemleri ve elektrik trafo merkezleri gibi yüksek voltajlı ve yüksek güçlü uygulamalarda yaygın olarak bulunur. Yüksek elektromanyetik parazitli ortamlarda güvenlik, güvenilirlik ve performans açısından avantajlar sunarlar.

Bir akım sensörünün seçimi, özel uygulama gereksinimlerine bağlıdır. CT’ler yüksek akımlı AC ölçümleri için güvenilirdir. Dewesoft’un DC-CT® ürünü üst düzey AC ve DC ölçümleri için uygundur. Hall etkili sensörler çok yönlülük sunar ve fiber optikler gibi özel sensörler yüksek voltajlı ortamlar için uygundur.

Maliyetler değişiklik gösterir; CT’ler ve direnç şöntleri gibi geleneksel yöntemler Flux, fiber optik ve Hall etkisi sensörleri gibi yüksek hassasiyetli sensörlere kıyasla daha ekonomiktir.

Ürün ve fiyatlar hakkında daha detaylı bilgi almak istiyorsanız lütfen bizimle iletişime geçiniz.