¿Qué es un sensor de corriente?
Las mediciones de corriente se emplean para monitorear y controlar equipos eléctricos como motores sopladores y unidades de bobina de ventilador. Estas mediciones pueden proteger un motor que consume demasiada corriente y señalar cuando no hay suficiente corriente para un funcionamiento adecuado. Otra función esencial es la submedición. Para entender el valor de estas aplicaciones, es útil analizar cómo se mide la corriente.
¿Cómo funciona un sensor de corriente?
La corriente se mide a través de sensores que cuantifican el flujo de electrones en los cables. Existen sensores para sistemas eléctricos tanto de corriente alterna como de corriente continua, y pueden proporcionar salidas analógicas o digitales.
Un sensor de corriente digital funciona 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 una señal a otro sistema de alarma. Un interruptor de corriente puede ser normalmente abierto (NO) o normalmente cerrado (NC). Al alcanzar un nivel de corriente preestablecido (punto de disparo), el interruptor se abrirá o cerrará.
Un sensor de corriente analógico muestra los amperios que fluyen en el cable mediante una señal de baja tensión que se envía a una pantalla. Esta señal puede registrarse como un dato o usarse para activar un indicador. Además, un sensor de corriente analógico puede mostrar la dirección del flujo de corriente, lo cual es crucial en aplicaciones como el control de motores.
Medición de corriente directa o indirecta
La corriente puede medirse aplicando la Ley de Ohm. La corriente produce una tensión a través de una resistencia colocada en serie con la carga, y al medir esta tensión se puede calcular la corriente. Sin embargo, este método directo consume algo de energía del sistema y genera calor en la resistencia.
Por otro lado, los métodos indirectos de medición de corriente no reducen la energía del sistema medido.
Los métodos directos de medición de corriente se utilizan para flujos de corriente más bajos y donde se acepta una menor precisión. Los métodos indirectos son preferidos para corrientes 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, basándose en las Ecuaciones de Maxwell del Electromagnetismo. Los sensores de corriente emplean uno de los siguientes métodos:
- Efecto Hall
- Inducción
- Efecto magnetorresistivo
Los sensores de efecto Hall miden la intensidad de un campo magnético. A medida que fluye más corriente, el campo magnético alrededor del conductor se vuelve más fuerte y es detectado por el sensor. Estos sensores suelen ser muy pequeños, lo que permite su uso en aplicaciones sensibles al espacio y al peso, como en vehículos y la industria aeroespacial.
En un sensor inductivo, una bobina rodea al conductor y se expone al campo magnético generado por una corriente alterna. El cambio en el flujo magnético genera una corriente en la bobina proporcional a la corriente medida. Esta corriente se amplifica y se convierte en una señal de tensión para ser visualizada o utilizada por equipos de procesamiento de señales o registro de datos. En un sensor inductivo de núcleo sólido, el conductor debe pasar por el centro. Los diseños de núcleo dividido superan esta limitación pero presentan menor linealidad y más deriva.
El efecto magnetorresistivo se refiere a una propiedad de ciertos materiales cuya resistencia eléctrica varía proporcionalmente a un campo magnético. El flujo magnético cambia el recorrido de una corriente a través del material, y un flujo más fuerte alarga el recorrido, lo que se mide como una resistencia más alta.
Además de estos métodos existen otros como:
Método de bobinado (AC)
Los sensores de corriente de CA que utilizan el método de devanado son el tipo más común de sensores de corriente empleados en las pruebas eléctricas.
Cuando la corriente alterna (CA) fluye por el conductor medido (lado primario), induce un flujo magnético (Φ) en el núcleo magnético. En respuesta a este flujo primario, se induce un flujo magnético (Φ’) en la bobina secundaria (N) debido a la corriente secundaria que trata de cancelar el flujo primario a través de la fuerza electromotriz (FEM) inversa por autoinducción.
La corriente secundaria fluye a través de una resistencia de derivación (r), generando un voltaje de salida (Vout) a través de esta resistencia. Este voltaje de salida es proporcional a la corriente que fluye a través del conductor medido, y se calcula con la fórmula: Vout = (r/N) * I.
Método de la bobina de Rogowski (AC)
El sensor de corriente que emplea el método de la bobina de Rogowski es delgado y flexible en su diseño. La estructura de la bobina con núcleo de aire es resistente a la saturación magnética, manteniendo su linealidad y permitiéndole medir grandes corrientes con precisión.
El voltaje se induce en la bobina con núcleo de aire al intersecarse el campo magnético producido por la corriente alterna en el conductor medido (lado primario del circuito) y la bobina con núcleo de aire. Este voltaje inducido representa la derivada del tiempo (di/dt) de la corriente medida.
Para obtener una señal de salida proporcional a la corriente constante, el voltaje inducido se pasa a través de un integrador. De esta manera, se consigue una salida que refleja con precisión la corriente que fluye en el conductor medido.
Aplicaciones de los sensores de corriente
Los sensores de corriente tienen numerosos usos. Algunas de las aplicaciones más importantes son:
- Control de motores: Los sensores de corriente apoyan el control de velocidad de motores grandes, como los utilizados en sistemas HVAC comerciales e industriales, que consumen mucha energía, especialmente al arrancar.
- Ahorro de energía: En aplicaciones como ventiladores sopladores, unidades de bobina de ventilador y bombas para enfriamiento de agua.
- Submedición precisa en tiempo real: Los sistemas de gestión de edificios a menudo incorporan sensores de corriente para la submedición y una mejor utilización de la energía.
- Eficiencia en instalaciones de energía solar: Proporcionan información sobre la eficiencia y el funcionamiento.
- Monitoreo de carga de baterías: Ayudan a monitorear la velocidad de carga y el nivel de carga de los sistemas de baterías.
Otras aplicaciones potenciales incluyen ascensores, transportadores y otros equipos industriales.
Hay alguna diferencia entre sensores de corriente y transductores de corriente
Sí, aunque los términos “sensores de corriente” y “transductores de corriente” se utilizan a menudo de manera indistinta, existen algunas diferencias entre ellos.
- Transductor de corriente: Un transductor convierte una entrada en una salida diferente. Por ejemplo, puede medir una corriente nominal de 100A y emitir una salida analógica de 0 a 5V. Los transductores son dispositivos que transforman una forma de energía en otra, en este caso, la corriente en una señal de voltaje analógica o digital que puede ser utilizada por otros sistemas de medición o control.
- Sensor de corriente: Un sensor de corriente monitorea y envía una señal cuando se alcanza un nivel de acción o punto de disparo específico. A menudo, un sensor de corriente incluye un relé que le permite actuar como un interruptor, activándose o desactivándose según los niveles de corriente detectados. Los sensores de corriente están diseñados para detectar cambios en la corriente y reaccionar ante ellos, proporcionando una señal que puede ser utilizada para indicar una condición de sobrecorriente o subcorriente.
Para complicar más las cosas, a veces se utiliza el término “transformador de corriente” al hablar de sensores de corriente. Un transformador de corriente es una forma específica de transductor de corriente que utiliza la corriente que se está monitoreando para generar una señal de salida. Los transformadores de corriente son utilizados principalmente en aplicaciones de alta corriente y son capaces de reducir la corriente a niveles más manejables para la medición y el monitoreo.
Características – Tabla de comparación
De tu interés…
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Te has preguntado…¿Cómo elijo el sensor de corriente adecuado para mi aplicación?
- Debes considerar el rango de corriente, exactitud, sensibilidad, respuesta frecuencial, aislamiento galvánico, consumo de energía, tamaño, y el tipo de salida del sensor. La elección depende de las necesidades específicas de tu aplicación, como la frecuencia de la corriente, el entorno operativo, y los requisitos de precisión.
- ¿Qué diferencia hay entre un sensor de corriente de efecto Hall y un transformador de corriente?
- Sensor de efecto Hall: Mide tanto corriente AC como DC y ofrece aislamiento galvánico. Es adecuado para una amplia gama de aplicaciones.
- Transformador de corriente (CT): Principalmente mide corriente AC y puede tener una respuesta frecuencial limitada. Ofrece buen aislamiento galvánico pero no es adecuado para medir corriente DC.
- ¿Qué es el aislamiento galvánico y por qué es importante?
- El aislamiento galvánico es la separación eléctrica entre el sensor y el circuito de carga para proteger el equipo de medición de voltajes peligrosos y ruidos eléctricos. Es importante para garantizar la seguridad y la precisión de las mediciones, especialmente en aplicaciones industriales y de alta potencia.
- ¿Cuál es la diferencia entre la salida analógica y digital en los sensores de corriente?
- Salida Analógica: Proporciona una señal continua que varía en proporción a la corriente medida, como voltaje o corriente. Es simple y directa pero puede requerir más procesamiento para integrarse con sistemas digitales.
- Salida Digital: Ofrece una señal discreta que representa la corriente medida, a menudo en forma de valores digitales o datos seriales. Facilita la integración con sistemas digitales y el procesamiento de datos.
- ¿Qué es la respuesta frecuencial de un sensor de corriente?
- La respuesta frecuencial se refiere a la capacidad del sensor para medir corrientes en diferentes frecuencias. Es crucial para aplicaciones que implican señales de alta frecuencia o corrientes transitorias.
- ¿Cómo afecta la temperatura de operación al rendimiento de un sensor de corriente?
- La temperatura de operación puede afectar la precisión y la estabilidad del sensor. Algunos sensores están diseñados para funcionar en un amplio rango de temperaturas, mientras que otros pueden requerir compensación para mantener la precisión en condiciones extremas.
- ¿Qué es la linealidad en un sensor de corriente y por qué es importante?
- La linealidad se refiere a la capacidad del sensor para mantener una relación proporcional entre la corriente medida y la salida del sensor a lo largo de su rango de operación. Es importante para asegurar mediciones precisas y consistentes.
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¿Qué consideraciones debo tener en cuenta para la instalación de un sensor de corriente?
- Asegúrate de seguir las recomendaciones del fabricante para la instalación, incluyendo la orientación del sensor, el tamaño del conductor, y la configuración de la conexión. Verifica el aislamiento y protege el sensor contra condiciones ambientales extremas y posibles interferencias electromagnéticas.