طراحی مدار آمپر متر: مقاومت های شنت، CT و راهنمای انتخاب

هنگامی که شما نیاز به اندازه گیری جریان عبوری از ریل برق، خط تخلیه باتری یا ورودی کنتور هوشمند دارید، دقت قرائت بستگی به مدار آمپر متر شما می سازید، نه فقط روی صفحه نمایش دیجیتال. آمپر متر یک سنسور مستقل نیست. این یک حلقه با مقاومت کم طراحی شده است که باید جریان بار کامل را عبور دهد و در عین حال سیگنالی تولید کند که ADC یا حرکت متر می تواند بخواند. نتیجه گیری ساده است: شنت ها و ترانسفورماتورهای جریان را به درستی دریافت کنید و اندازه گیری جریان شما به بخش قابل اعتمادی از سیستم تبدیل می شود.

یک مدار آمپر متر باید چه کاری انجام دهد؟

وظیفه اصلی هر مدار آمپرمتر این است که اجازه دهد جریان بار واقعی با کمترین افت ولتاژ ممکن از آن عبور کند. کنتور باید به داخل وصل شود سری با بار، بنابراین همان جریان از عنصر حسگر عبور می کند. اگر آمپرمتر مقاومت قابل توجهی اضافه کند، جریانی را که می‌خواهید اندازه‌گیری کنید تغییر می‌دهد. یک طراحی خوب با یک هدف واضح شروع می شود: ولتاژ بار را پایین نگه دارید، معمولاً زیر چند ده میلی ولت در حداکثر جریان.

یک مثال معمول، محدوده 10 A در یک مولتی متر دیجیتال است. مدار آمپرمتر داخلی اغلب از یک مقاومت شنت 0.01 اهم استفاده می کند. در 10 A، افت ولتاژ تنها 100 میلی ولت است که برای اکثر اندازه گیری های میز قابل قبول است. برای جریان های کمتر، مقاومت شنت می تواند بالاتر باشد، مانند 1 اهم برای محدوده 100 میلی آمپر. این اعداد مبادله اساسی را نشان می‌دهند: مقاومت بالاتر سیگنال بزرگ‌تری می‌دهد اما از دست دادن بیشتر درج می‌کند. برای محصولات درجه تولید، این مبادله با انتخاب عنصر حسگر مناسب از ابتدا مدیریت می شود.

مقاومت های شنت و ترانسفورماتورهای جریان در مدارهای اندازه گیری

دو روش غالب برای ساخت یک مدار آمپر متر دقیق وجود دارد: مقاومت های شنت برای جریان های DC یا AC کم تا متوسط و ترانسفورماتورهای جریان (CT) برای جریان های AC که به جداسازی گالوانیکی یا فاکتورهای مقیاس بالاتر نیاز دارند.

مقاومت های شنت

یک شانت مستقیماً در مسیر فعلی قرار می گیرد. مقاومت آن بسیار کم است و ولتاژ دو طرف آن متناسب با جریان است. شنت های دقیق در کنتورهای هوشمند، سیستم های مدیریت باتری و کنترلرهای صنعتی استفاده می شوند. برای اندازه‌گیری کنتور هوشمند، شنت FHS024 با ضریب دمای پایین و مقاومت پایدار ساخته می‌شود که به کنتور کمک می‌کند تا دقت را در محدوده عملیاتی وسیع حفظ کند. شنت کنتور هوشمند FHS024 به گونه ای طراحی شده است که مستقیماً روی PCB لحیم شود و آن را به یک انتخاب عملی برای کنتورهای انرژی الکترونیکی مدرن تبدیل می کند. از آنجایی که شنت یک دستگاه دو ترمینال است، طرح PCB همچنین باید مقاومت ردیابی بین شنت و ورودی ADC را به حداقل برساند تا از اضافه کردن یک افست ناشناخته جلوگیری شود.

شنت با دقت بالا برای سنجش جریان هوشمند شنت FHS-024 با دریفت کم و مقاومت پایدار برای اندازه‌گیری دقیق انرژی در کنتورهای هوشمند، با طراحی پایه PCB مناسب برای ماژول‌های اندازه‌گیری فشرده، ارائه می‌کند. مشاهده محصول →

ترانسفورماتورهای جریان

هنگامی که مدار AC است و جریان زیاد است یا اندازه گیری نیاز به جداسازی دارد، ترانسفورماتور جریان راه حل ترجیحی است. CT دور هادی می پیچد یا سیم پیچ اولیه دارد و جریان ثانویه تصویر کوچک شده جریان اولیه است. دستگاه هایی مانند ترانسفورماتور جریان FHDCT031D 5-60 A برای کنتورهای هوشمند دقیقاً برای این سناریو ساخته شده اند. CT کنتور هوشمند FHDCT031D یک ساختار فشرده برای نصب PCB و خطای فاز کم ارائه می دهد که برای اندازه گیری کیفیت توان ضروری است. CT همچنین ایزوله را فراهم می کند، بنابراین الکترونیک اندازه گیری نقطه مشترکی با هادی پرقدرت ندارد.

ترانسفورماتور جریان 5-60A برای کاربردهای کنتور هوشمند این سی تی ایزوله و خطای فاز پایین برای اندازه گیری جریان AC در کنتورهای هوشمند، پشتیبانی از نصب PCB و مطابقت با استانداردهای IEC را فراهم می کند. مشاهده محصول →

معیارهای انتخاب کلیدی برای اجزای مدار آمپر متر

انتخاب بین شنت و ترانسفورماتور جریان، و سپس انتخاب قطعه دقیق، مستلزم بررسی چندین پارامتر عملی است. جدول زیر مقایسه های ضروری را خلاصه می کند.

کلاس دقت اولین چیزی است که باید تأیید شود. یک CT کلاس 1، مانند ترانسفورماتور جریان 5-60A/2.5mA با دقت بالا FHCT019، می‌تواند از برنامه‌های اندازه‌گیری هوشمند که به عملکرد پایدار در دما نیاز دارند، پشتیبانی کند. CT دقیق FHCT019 نمونه‌ای از مولفه‌ای است که خطای فاز پایین و خطی بودن بالا را متعادل می‌کند، در حالی که ادغام آن در طراحی PCB آسان است.

ترانسفورماتور جریان 5-60 آمپر دقیق با خروجی 2.5 میلی آمپر FHCT-019 دقت و خطی بودن بالا را در محدوده جریان وسیعی ارائه می‌کند که برای اندازه‌گیری و نظارت صنعتی با گزینه‌های اتصال انعطاف‌پذیر طراحی شده است. مشاهده محصول →

فراتر از دقت، ضریب دما بسیار مهم است زیرا خود گرمایشی و نوسانات محیطی می توانند خروجی را تغییر دهند. برای شنت، آلیاژ کم رانش مانند منگانین ترجیح داده می شود. برای CT، مواد هسته و روش سیم‌پیچ تعیین می‌کنند که چقدر نسبت در محدوده جریان صاف بماند. همچنین امتیاز جریان انفجاری را بررسی کنید: یک شنت 100 آمپر ممکن است در برابر هجوم 500 آمپر برای چند میلی ثانیه زنده بماند، اما CT ممکن است شکل موج را در طول آن رویداد اشباع کرده و مخدوش کند.

ملاحظات طراحی هنگام ادغام یک مدار آمپر متر

هنگامی که جزء حسگر انتخاب شد، مدار اطراف باید از آن محافظت کند و سیگنال را به درستی مدیریت کند. سه جزئیات شایسته توجه است:

• مقاومت بار: برای یک CT، مقاومت بار در سراسر ثانویه ولتاژ خروجی و تغییر فاز را تعیین می کند. برای جلوگیری از اشباع، بار را در محدوده امتیازی نگه دارید.
• حفاظت از اضافه ولتاژ: مقاومت های سری و دستگاه های گیره را در ورودی ADC اضافه کنید تا گذرا در مسیر فعلی کنترل شود.
• کالیبراسیون: هر PCB دارای مقاومت ردیابی و تحمل قطعات است. در مرحله مونتاژ نهایی کالیبره کنید تا خطاهای ثابت را صفر کنید.

این شیوه ها به ویژه در کاربردهایی مانند اندازه گیری هوشمند برق ، جایی که مدار آمپر متر باید برای سالها بدون کالیبراسیون مجدد دقیق بماند. برای محصولاتی که به محکم‌ترین قوام شات به شات نیاز دارند، یک راه‌حل سنجش دقیق جریان می‌تواند فرآیند طراحی را ساده‌تر کند. می‌توانید ببینید که فنهار چگونه رویکرد سنجش جریان دقیق خود را در آن ساختار می‌دهد سنجش جریان دقیق بررسی اجمالی

دام های رایجی که باید از آنها اجتناب کنید

حتی یک شانت یا CT با دقت انتخاب شده می تواند نتایج ضعیفی را در صورت ناقص بودن طراحی اطراف ایجاد کند. در اینجا رایج ترین اشتباهاتی که در توسعه محصول می بینیم آمده است:

1. استفاده از یک شنت با مقاومت بسیار بالا برای محدوده جریان. این باعث خود گرم شدن و افت ولتاژ می شود که می تواند ریل تغذیه را بی ثبات کند.
2. فراموش کردن این نکته که یک سی تی ثانویه هرگز نباید باز بماند. ثانویه باز می تواند ولتاژ بالا ایجاد کند و به عایق یا دستگاه آسیب برساند.
3. اتصال مدار اندازه گیری با یک زمین مشترک به مدار برق. این مزیت جداسازی CT را از بین می برد و می تواند نویز را به ADC تزریق کند.
4. نادیده گرفتن خطای فاز در اندازه گیری توان. حتی یک تغییر فاز کوچک بین ولتاژ و جریان می تواند خطای بزرگی در توان واقعی ایجاد کند، به خصوص در فاکتورهای توان پایین.

سوالات متداول در مورد مدارهای آمپر متر

Q1 چرا آمپرمتر همیشه به صورت سری متصل است؟

زیرا جریان از طریق تمام عناصر در یک مسیر سری یکسان است. آمپرمتر باید جریان بار واقعی را حمل کند، بنابراین باید به صورت سری با بار باشد و مانند یک ولت متر موازی نباشد.

Q2 آیا می توانم از یک شنت برای اندازه گیری های DC و AC استفاده کنم؟

بله، یک شنت غیر القایی می تواند برای AC و همچنین DC کار کند، اما باید پاسخ فرکانس را بررسی کنید و از پایداری مقاومت در فرکانس های شبکه اطمینان حاصل کنید. ترانسفورماتورهای جریان برای شبکه AC در مواقعی که ایزوله مورد نیاز است بهتر است.

Q3 تفاوت بین شنت و ترانسفورماتور جریان چیست؟

شنت یک مقاومت ساده است که ولتاژ کمی متناسب با جریان تولید می کند. یک ترانسفورماتور جریان از کوپلینگ مغناطیسی برای کاهش جریان استفاده می کند و از سمت ولتاژ بالا جدا می شود.

Q4 چگونه ترانسفورماتور جریان را برای کنتور هوشمند انتخاب کنم؟

به محدوده جریان اولیه، خروجی ثانویه (اغلب 5-60A / 2.5mA)، کلاس دقت، خطای فاز و نیازهای نصب PCB نگاه کنید. تطبیق این مشخصات با محدوده ورودی ADC کنتور به شما کمک می‌کند خوانشی پایدار و قابل تکرار داشته باشید.