Меню

Датчик мощности электрического тока



Датчики электрического тока

Глобальные тренды — спрос на снижение выбросов CO2, повышение интенсивности энергосбережения — приводят к необходимости сбалансированного потребления энергии, для чего большую помощь могут оказать электронные схемы управления процессами. Наиболее распространённые случаи — это оптимизация эксплуатационных характеристик аккумуляторов, контроль скорости вращения двигателей и переходных процессов в серверах, управление солнечными батареями. Для операторов таких систем важно, в частности, знать, какой ток протекает в цепи. Неоценимую помощь в этом могут оказать датчики тока.

практика применения датчиков тока

Почему необходимы датчики тока

Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения (общий вид последнего представлен на следующем рисунке).

Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления.

По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества:

  1. Компактность.
  2. Безопасность в применении.
  3. Высокую точность.
  4. Экологичность.

датчик напряжения в сборе

Малые размеры и вес часто позволяют изготавливать многофункциональные датчики, например, такие, которые могут контролировать несколько параметров цепи. Таковыми являются современные датчики тока и напряжения.

В состав таких детекторов входят:

  • Контактные группы входа;
  • Контактные группы выхода;
  • Шунтирующий резистор;
  • Усилитель сигнала;
  • Несущая плата;
  • Блок питания.

Идея того, что устройства можно подключать к уже имеющейся сети, не выдерживает проверку временем, ибо часто в экстремальных ситуациях (пожар, взрыв, землетрясение) именно системы встроенного электроснабжения первыми выходят из строя.

Детекторы подразделяют на активные и пассивные. Первые не только передают конечный сигнал на управляющий элемент, но и управляют его действием.

Классификация и схемы подключения

Датчики тока предназначаются для оценки параметров постоянного и/или переменного тока. Сравнение выполняется двумя методами. В первом случае используется закон Ома. При установке шунтирующего резистора в соответствии с нагрузкой системы на нём создаётся напряжение, пропорциональное нагрузке системы. Напряжение на шунте может быть измерено дифференциальными усилителями, например, токовыми шунтирующими, операционными или разностными. Такие устройства используются для нагрузок, которые не превышают 100 А.

Измерение переменного тока выполняется в соответствии с законами Ампера и Фарадея. При установке петли вокруг проводника с током там индуцируется напряжение. Этот метод измерения используется для нагрузок от 100 А до 1000 А.

Схема описанных измерений представлена на рисунке:

слева – измерение малых токов; справа - измерение больших токов

Измерение обычно производится при низком входном значении синфазного напряжения. При помощи чувствительного резистора датчик тока соединяется между нагрузкой и землей. Это необходимо, поскольку синфазное напряжение всегда учитывает наличие операционных усилителей. Нагрузка обеспечивает питание прибора, а выходное сопротивление заземляется. Недостатками данного способа считаются наличие помех, связанных с потенциалом нагрузки системы на землю, а также невозможность обнаружения коротких замыканий.

Для слежения работой мощных систем детектор присоединяют к усилителю между источником питания и нагрузкой. В результате непосредственно контролируются значения параметров, подаваемых источником питания. Это позволяет идентифицировать возможные короткие замыкания. Особенность подключения заключается в том, что диапазон синфазного напряжения на входе усилителя должен соответствовать напряжению питания нагрузки. Перед измерением выходного сигнала контролируемого устройства нагрузка заземляется.

Как функционирует датчик тока

Работа данного элемента включает следующие этапы:

  1. Измерение нагрузки в контролируемой схеме.
  2. Сравнение полученного значения с эталонным, которое программируется в процессе настройки.
  3. Фиксация полученного результата (может быть выполнена в цифровом или аналогом виде).
  4. Передача данных на панель управления.

Для выполнения указанных функций (в частности, реализации высокой точности измерений) к элементам детектора предъявляются следующие требования:

  • Допустимое падение напряжения на шунтирующем резисторе должно быть не более 120…130 мВ;
  • Температурная погрешность не может быть выше 0.05 %/°С и не изменяться во времени работы;
  • В функциональном диапазоне значений характеристики сопротивления резисторов должны быть линейными;
  • Способ пайки токочувствительных резисторов на плату не может увеличивать общее сопротивление схемы подключения.

Монтажные схемы устройств, которые предназначены для контроля цепей постоянного и переменного тока представлены соответственно на рисунках.

Подключение датчика постоянного тока

подключение датчика переменного тока

Практика применения

Чаще всего данные изделия используются как измерители в схемах токовых реле, которые управляют режимами работы различного электроприводного оборудования и предохраняют его от экстремальных ситуаций.

Читайте также:  Мощность светодиодов для авто

Токовые реле способны защитить любое механическое устройство от заклинивания или других условий перегрузки, которые приводят к ощутимому увеличению нагрузки на двигатель. Функционально они определяют уровни тока и выдают выходной сигнал при достижении указанного значения. Такие реле используются для:

  • Сигнала сильноточных условий, например, забитая зёрнами доверху кофемолка;
  • Некоторых слаботочных условий, например, работающий насос при низком уровне воды.

Чтобы удовлетворить требования разнообразного набора приложений, в настоящее время используется блочный принцип компоновки датчиков, включая применение USB-разъёмов, монтаж на DIN-рейку и кольцевые исполнения устройств. Это обеспечивает выполнение следующих функций:

  • Надёжную работу на любых режимах эксплуатации;
  • Возможность применения трансформаторов;
  • Регулировка текущих параметров, которые могут быть фиксированными или регулируемыми;
  • Аналоговый или цифровой выход, включая и вариант с коротким замыканием;
  • Различные исполнения блоков питания.

В качестве примера рассмотрим схему датчика тока для управления работой водяного насоса, обеспечивающего подачу воды в дом.

отключение питающего насоса датчиком тока при низком уроне воды в резервуаре

Кавитация — это разрушительное состояние, вызванное присутствием пузырьков, которые образуются, когда центробежный насос или вертикальный турбинный насос работает с низким уровнем жидкости. Образующиеся пузырьки затем лопаются, что приводит к точечной коррозии и разрушению исполнительного узла насоса. Подобную ситуацию предотвращает токовое реле.

Когда насос работает в нормальном режиме, и жидкость полностью перекрывает его впускное отверстие, двигатель насоса потребляет номинальный рабочий ток. В случае снижения уровня воды потребляемый ток уменьшается. Если кнопка запуска нажата, одновременно включаются стартёр M и таймер TD. Реле CD настроено на максимальный ток, поэтому его контакт при первоначальном запуске двигателя не будет замкнут. При падении силы тока ниже установленного минимума реле включается, а, после истечения времени ожидания TD, включается в его нормально замкнутый контакт. Соответственно контакты CR размыкаются и обесточивают двигатель насоса.

Применение такого детектора исключает автоматический перезапуск насоса, поскольку оператору необходимо убедиться в том, что уровень жидкости перед впускным отверстием достаточен.

Датчик тока своими руками

Если приобрести стандартный датчик (наиболее известны конструкции от торговой марки Arduino) по каким-то соображениям невозможно, устройство можно изготовить и самостоятельно.

датчик тока фирмы Arduino. Стрелкой указан USB-разъём

  1. Операционный усилитель LM741, или любой другой, который мог бы действовать как компаратор напряжения.
  2. Резистор 1 кОм.
  3. Резистор 470 Ом.
  4. Светодиод.

Общий вид устройства в сборе, сделанного своими руками, представлен на следующем рисунке. В данной схеме используется эффект Холла, когда разность управляющих потенциалов может изменяться при изменении месторасположения проводника в электромагнитном поле.

самодельный датчик тока

Видео по теме

Источник

Датчик мощности электрического тока

Как проходит первичный осмотр у проктолога МедикПРО.

Современные датчики для
электротехники.

Датчик измерения активной мощности ДИМ.

Сегодня наиболее востребованными являются датчики измерения
тока и напряжения.

Пользователи давно оценили преимущества этих датчиков, благодаря чему
они успешно заменяют традиционные, но устаревшие шунты,
трансформаторы тока и магнитные усилители.

Датчики тока и датчики напряжения, представляющие собой миниатюрные измерительные модули, сегодня широко применяются в таких разных областях,
как железнодорожный транспорт, металлургия, нефтегазовая промышленность, электроэнергетика, производство преобразовательной техники и во множестве других отраслей народного хозяйства.

Датчики тока с повышенными показателями надёжности все шире используются
в военной технике, авиационной и космических областях.

Накопленный опыт и анализ требований, предъявляемых к датчикам,
привел к тому, что кроме универсальных датчиков серии ДТХ ,
измеряющих любой вид тока, нами была разработана серия более
дешёвых датчиков серии ДТТ для измерения только переменного тока.

Наличие датчиков, измеряющих ток I и напряжение U , позволяет использовать
их и для измерения мощности.
Логическим продолжением этого было создание конструкции датчика
измерения мощности ДИМ , который схемно реализует
формулу расчёта мощности

Датчик измерения активной мощности ДИМ.

Такой датчик предназначен для преобразования активной мощности,
потребляемой нагрузкой в цепях переменного и постоянного токов в пропорциональный сигнал токового интерфейса 0-20 мА или 4-20 мА,
гальванически изолированного от измерительных цепей,
без разрыва токовой шины.

Для этого шина с током пропускается в отверстие в датчике,
а напряжение подводится к входным клеммам датчика.

Конструктивно данный принцип реализован в стационарных

корпусах для датчика ДИМ.

В первом случае диаметр отверстия под токовую шину составляет 20 мм,
30 или 40 мм.
Во втором случае — датчик мощности ДИМ смонтирован в разъёмном корпусе,
что позволяет измерять активную мощность на участках ранее смонтированных электрических цепей без их разрыва или демонтажа.

Читайте также:  Стиральная машина потребляемая мощность тока

Разъёмный датчик предназначен для измерения мощности, когда ток
течёт по плоской шине.

В этом случае датчик монтируется непосредственно на плоской токовой шине.

В случае, когда ток течёт по круглой шине, целесообразно использовать датчик мощности, смонтированный в корпусе токовых клещей с разъёмными губками.

В таблице приведены основные технические характеристики
датчиков активной мощности ДИМ.

Видно, что точность преобразования датчиков ДИМ относительно невелика
(около 2%), однако этот датчик имеет ряд преимуществ по сравнению
со своими аналогами.

В датчике ДИМ для получения значения мощности применён способ, при
котором перемножаются мгновенные значения тока и напряжения.

Перемножение осуществляется с помощью приборов, работающих
на эффекте Холла (датчики Холла).
При этом ток Холла пропорционален измеряемому напряжению,
а магнитное поле — измеряемому току.

В дальнейшем это произведение усиливается и усредняется.

Дальнейшее прохождение сигнала контролируется микро-ЭВМ,
входящей в электронную начинку датчика.

С помощью АЦП сигнал оцифровывается.

Далее при помощи калибровочных коэффициентов, записанных в энергонезависимой памяти, рассчитывается значение мощности
и выходного тока датчика.

Формируется выходной ток с помощью ЦАП и преобразователя напряжение-ток. Электрическая схема датчика сформирована таким образом, что выводы питания
и выходного сигнала имеют защиту от переполюсовки и
перегрузки по току и напряжению.

По требованию заказчиков разработана и выпускается модификация
датчика ДИМ-Т, которая позволяет общаться с датчиком по
последовательному интерфейсу RS-485 по протоколу Modbus®.

Питание датчика мощности осуществляется от источника однополярного постоянного напряжения 15 . 35 В.

Датчик выдерживает длительную перегрузку по входу до 120% от
номинальных значений напряжения и тока.

Для измерения мощности в трехфазных цепях с несимметричной нагрузкой применяются три датчика ДИМ, по одному в каждой фазе.

В этом случае выходы датчиков объединяются, а выходной сигнал будет
равен сумме сигналов всех датчиков.

Применённый в конструкции датчика ДИМ принцип преобразования позволил измерять мощность в цепях как переменных, так и постоянных токов.

Кроме того, существенно расширен частотный диапазон, что позволяет измерять мощность в цепях нагрузок импульсных и сложных форм тока и напряжения, например, в преобразователях частоты.

Применение в датчике специального магнитопровода из аморфного железа
решило проблему смещения в показаниях при измерении
в цепях постоянного тока.

Максимальные значения тока и напряжения ограничены 1=500 А и u=300 В,
а величина измеряемой мощности при этом не превышает 200 кВт ( ДИМ-200 ).

Конструкция датчика мощности такова, что позволяет в процессе
изготовления прибора изменять (в сторону уменьшения) номинальные
значения измеряемой мощности.

При этом необходимо учесть, что при токах менее 50 А точность
преобразования падает.

Напряжение, без ухудшения точности, может быть снижено до единиц вольт.
В случае измерения мощности, когда ток значительно ниже номинального, для сохранения заданной точности допускается в отверстие датчика пропускать токовую шину несколько раз.

В этом случае полученный с помощью датчика результат необходимо разделить
на количество витков обмотки.

Датчик мощности ДИМ-1 Ф.

Датчики ДИМ-200 или ДИМ-20 , как это показано выше, предназначены для преобразования активной мощности, потребляемой в цепях и переменного, и постоянного токов.

Однако, в большинстве случаев мы имеем дело с сетями частотой 50 Гц.

Такие типы сетей широко используются в промышленности и повсеместно в быту. Именно для таких сетей и был разработан датчик мощности ДИМ-1Ф .

Такой датчик преобразует активную мощность, потребляемую нагрузкой
в сетях переменного тока частотой 50 Гц в пропорциональный сигнал
токового интерфейса 0-20 мА или 4-20 мА, гальванически
изолированного от измерительных цепей.

Измерение мощности в цепях переменного тока может быть осуществлено
с большей точностью, чем в цепях постоянного.

Дополнительным преимуществом датчика мощности ДИМ-1Ф является также возможность подключения первичного трансформатора тока
(аналогично счётчикам электроэнергии), при этом номинальная измеряемая мощность ДИМ-1Ф увеличивается пропорционально коэффициенту
трансформатора тока.

Конструктивно датчик выполнен в прямоугольном пластмассовом корпусе и предназначен для монтажа на динрейку.

Электрическая схема датчика ДИМ-1Ф выполнена на основе интегральной микросхемы-счётчика электрической энергии.

Питание датчика осуществляется от стабилизированного источника
постоянного напряжения 15 . 35 В, что позволяет без проблем запитать его практически в любом щите промышленной автоматики.

Для обеспечения гальванической изоляции цепей измерения от цепей
интерфейса в датчике применён вторичный источник питания, гальванически развязанный от первичного посредством трансформатора.

Читайте также:  Блок питания для компа мощность

Вторичный источник, имеющий электрическую мощность порядка 1 Вт, обеспечивает питание измерительной части датчика ДИМ — 1 Ф.

Основа датчика ДИМ- 1Ф — многофункциональный интегральный измеритель активной, реактивной и полной электрических мощностей и
энергий AD7753 от Analog Devices.
Измерение мощности нагрузки в цепях переменного тока может быть сделано
с большей точностью, чем в цепях постоянного благодаря исключению влияния
на результат измерения смещений входных аналоговых каскадов микросхемы.

Микросхемы производят интегрирование активной мощности по времени путём непрерывного накопления (суммирования) сигнала мгновенной мощности во внутренних регистрах.

Содержимое этих регистров может быть считано из микросхемы-счётчика посредством микроконтроллера.

Источник

Ваттметры

Ваттметр Robiton PM-3 BL1 15427

Max ток нагрузки: 16 А

Защита от перегрузок по току: нет

Диапазон измеряемой мощности: 0,2 — 4416 Вт

Ваттметр Robiton PM-1 BL1 12145

Max ток нагрузки: 16 А

Точность: +/-1% или +/-0.1 Вт (0-100 Вт); +/-1% (100-3600 Вт)

Защита от перегрузок по току: нет

Диапазон измеряемой мощности: 0 — 3600 Вт

Ваттметр Robiton PM-2 BL1 12146

Max ток нагрузки: 16 А

Защита от перегрузок по току: нет

Диапазон измеряемой мощности: 0,2 — 4416 Вт

Ваттметр Robiton PM-2 white BL1 12532

Max ток нагрузки: 16 А

Точность: +/-1% или +/-0.01 A

Защита от перегрузок по току: нет

Диапазон измеряемой мощности: 0,2 — 4416 Вт

Ваттметр PROconnect PC-1 10-6101

Max ток нагрузки: 16 А

Защита от перегрузок по току: нет

Ваттметр с функцией таймера МЕГЕОН 71003

Max ток нагрузки: 10 А

Точность: уровень 1

Защита от перегрузок по току: да

Диапазон измеряемой мощности: 0,2 — 2200 Вт

Ваттметр МЕГЕОН 71010

Max ток нагрузки: 10 А

Защита от перегрузок по току: нет

Диапазон измеряемой мощности: 1 — 2200 Вт

Ваттметр МЕГЕОН 71001

Max ток нагрузки: 1 А

Защита от перегрузок по току: нет

Диапазон измеряемой мощности: 1 — 220 Вт

Ваттметр МЕГЕОН 71016

  • ЖК-дисплей с интегрированной подсветкой для работы при слабом освещении

Max ток нагрузки: 16 А

Защита от перегрузок по току: нет

Диапазон измеряемой мощности: 1 — 3520 Вт

Ваттметр Energenie EHB12-1

Max ток нагрузки: 16 А

Диапазон измеряемой мощности: 0 — 3680 Вт

Измерители мощности, или ваттметры, предназначены для определения мощности энергопотребителей, подключаемых к сети. Это нужно для подсчета суммарной нагрузки приборов или определения потребляемой мощности бытовой техники в домашних условиях. Приборы пригодятся также в лабораториях, на машиностроительных предприятиях и в мастерских по ремонту оборудования.

Какие бывают ваттметры

Аналоговые приборы в основном используются в лабораторных условиях. Они бывают показывающие, например, с механическим табло, или самопишущие. На смену им приходят более удобные и современные цифровые устройства. У них есть встроенный микрочип и дисплей для вывода данных. Некоторые модели могут подключаться к компьютеру для передачи результатов измерений. Работают цифровые ваттметры очень просто: датчик напряжения и датчик силы тока посылают полученные измерения от цепи на микросхему. Она делает простейшее вычисление: при умножении силы тока на напряжение получается мощность. Полученную цифру выводит на дисплей. Кроме мощности, цифровые устройства способны показывать силу тока, частоту и напряжение. Это дает возможность получать полную информацию по работе подключенного оборудования и состоянию сети.

О подключении устройств

Все измерители мощности имеют четыре клеммы для подключения – два входа и два выхода. В цифровых устройствах это реализовано следующим образом: есть вилка, которая включается в розетку электросети, и разъем на корпусе для подключения нагрузки. Например, подключив через ваттметр холодильник или стиральную машину, можно замерить потребление мощности за определенный промежуток времени и подсчитать, во сколько рублей обходится работа техники.

Параметры выбора

Диапазон измеряемой мощности – основная характеристика, которая показывает, насколько мощными могут быть потребители, которые измеряет ваттметр. Например, для осветительных приборов, зарядных устройств и других маломощных потребителей достаточно значений от 1 до 220 Вт. Если вы планируете измерять параметры у холодильника, насоса, стиральной машины или станка, следует обратить внимание на модели с верхним значением до 2000 – 3000 Вт и выше.

Максимальный ток нагрузки важно учесть также в зависимости от подключаемых потребителей. Значение у разных устройств может составлять от 1 до 16 А.

При выборе стоит обратить внимание на дополнительные функции, которые сделают работу с измерительным прибором проще. Производители дополняют ваттметры подсветкой, встроенной памятью и таймером. Изучайте модели, сравнивайте и выбирайте подходящую на нашем сайте!

Источник