Las mediciones de corriente se utilizan para monitorear y controlar equipos eléctricos como motores sopladores y unidades de bobina de ventilador. Pueden proteger un motor que consume demasiada corriente e indicar cuando no fluye suficiente corriente para un funcionamiento adecuado. Otra función importante es la submedición. Para comprender el valor de estas aplicaciones, desglosemos cómo se mide la corriente.
¿Cómo funciona un sensor de corriente?
La corriente se mide mediante sensores que cuantifican el flujo de electrones a través de cables. Los sensores están disponibles tanto para sistemas eléctricos de corriente alterna como de corriente continua. Los sensores de corriente pueden proporcionar salidas analógicas o digitales.
Un sensor de corriente digital actúa como un interruptor que se activa cuando la corriente supera o cae por debajo de un límite establecido. Esto podría encender una luz de advertencia o activar un relé para enviar un mensaje a otra alarma o sistema. Un interruptor de corriente se configura como normalmente abierto (NO) o normalmente cerrado (NC). En un nivel de corriente preestablecido (punto de disparo), el interruptor se abrirá o cerrará.
Un sensor de corriente analógico indica los amperios que fluyen en el cable. Esto se produce como una señal de baja tensión que se dirige a una pantalla. Se puede registrar como una señal de datos o utilizarse para activar un indicador. Un sensor de corriente analógico también puede indicar la dirección del flujo de corriente, lo cual es importante en aplicaciones como el control de motores.
La elección entre un sensor digital o un sensor analógico depende de las necesidades de tu proyecto.
Medición de corriente directa o indirecta
La corriente se puede medir aplicando la Ley de Ohm. La corriente produce una tensión a través de una resistencia colocada en serie con la carga. La medición de esta tensión permite el cálculo de la corriente. Sin embargo, este método directo consume algo de energía del sistema (con el efecto adicional de calentar la resistencia).
Los métodos de medición indirecta de corriente no reducen la energía del sistema que se está midiendo.
Los métodos de medición directa de corriente se utilizan para flujos de corriente más bajos y donde se acepta una menor precisión. Los métodos indirectos se prefieren para amperajes superiores a 100A.
Tecnologías de medición de corriente indirecta
La mayoría de los métodos de medición de corriente utilizan el campo magnético generado por la corriente que fluye a través de un conductor (los principios científicos subyacentes se establecen en las Ecuaciones de Maxwell de Electromagnetismo). Los sensores de corriente utilizan uno de los siguientes métodos:
El efecto Hall
La inducción
El efecto magnetorresistivo
Los sensores de efecto Hall miden la intensidad de un campo magnético. A medida que fluye más corriente, el campo magnético que rodea el conductor se vuelve más fuerte, y esto es detectado por el sensor. Los sensores Hall suelen ser muy pequeños, lo que permite su uso en aplicaciones sensibles al espacio y al peso, como los vehículos y la aeroespacial.
En un sensor inductivo, una bobina rodea al conductor donde está expuesta al campo magnético generado por una corriente alterna. El cambio de flujo magnético genera una corriente en la bobina que es proporcional a la corriente que se está midiendo. Esta corriente se amplifica y se transforma en una señal de tensión para una pantalla o para su uso por equipos de procesamiento de señales o registro de datos.
Con un sensor inductivo de núcleo sólido, el conductor debe pasar por el centro. Los diseños de núcleo dividido superan esta limitación, pero presentan una menor linealidad y más deriva.
El efecto magnetorresistivo se refiere a una propiedad de algunos materiales donde la resistencia eléctrica varía en proporción a un campo magnético. Lo que sucede es que el flujo magnético cambia el recorrido de una corriente a través del material, y un flujo más fuerte alarga el recorrido tomado, lo cual se mide como una resistencia más alta.
Aplicaciones sensores de corriente
Los sensores de corriente tienen muchos usos, pero algunas de las categorías de aplicaciones más importantes son el control de motores y la submedición, seguidos de cerca por la carga de baterías y los sistemas de energía solar. Los sensores de corriente pueden:
Soportar el control de velocidad del motor. Los motores grandes, como los utilizados en sistemas comerciales e industriales de HVAC, consumen mucha energía, especialmente al iniciar. Los sensores de corriente apoyan el control de velocidad del motor.
Permitir ahorros de energía en aplicaciones como ventiladores sopladores, unidades de bobina de ventilador (donde los flujos de aire son demasiado bajos para lecturas precisas de presión diferencial) y bombas para enfriamiento de agua.
Permitir una submedición precisa en tiempo real. Los sistemas de gestión de edificios a menudo incorporan señales y datos de sensores de corriente para la submedición y una mejor utilización de la energía.
Proporcionar información sobre la eficiencia y el funcionamiento de las instalaciones de energía solar.
Ayudar a monitorear la velocidad de carga y, por extensión, el nivel de carga, de los sistemas de baterías.
Otras aplicaciones potenciales incluyen ascensores, transportadores y otros equipos industriales.
Ejemplo de aplicación: Flujo de aire en un trabajo subterráneo
Imagina que administras una mina subterránea y necesitas asegurarte de que llegue un cierto nivel de flujo de aire a los mineros que trabajan debajo. Tus ingenieros han determinado que un flujo de 17 amperios generará suficiente aire respirable para los mineros. Colocas un sensor de corriente en un controlador en la pared de la mina para medir la cantidad de flujo de aire. Si el flujo de aire se mantiene en 17 amperios, tu interruptor digital se mantendrá encendido o tu sensor analógico mantendrá un número constante. Si el flujo de aire cae por debajo de 17 amperios, sonará una alarma.
¿Existe alguna diferencia entre los sensores de corriente y los transductores de corriente?
Sí. Los dos términos se utilizan a menudo indistintamente, pero existen algunas diferencias. Un transductor toma una entrada y la convierte en una salida diferente. Por ejemplo, puede medir una corriente nominal de 100A y emitir una salida analógica de 0 a 5V. Un sensor, sin embargo, monitorea y envía una señal en un nivel de acción o punto de disparo. Un sensor puede incorporar un relé, lo que le permite actuar como un interruptor.
Confundiendo aún más las cosas, a veces se utiliza el término "transformador de corriente" al hablar de sensores de corriente. Este es una forma de transductor de corriente que utiliza la corriente que se está monitoreando para generar una señal de salida.
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