Cảm biến dòng điên chính xác cao-  Review chi tiết

Cảm biến dòng điện được sử dụng để giám sát dòng điện của motor, máy móc, nhà xưởng. Đo dòng điện chính xác là một trong những vấn đề khó khăn nhất trong ngành điện. Thông qua dòng điện chúng ta biết được thiết bị đang hoạt động với công suất bao nhiêu phần trăm so với thiết kế.

Cảm biến dòng điện chính xác cao

Cảm biến dòng điện chính xác cao được xử dụng cho các công trình điện có tiêu chuẩn cao đòi hỏi sự chính xác và ổn định. Chúng được sử dụng nhiều trong công nghiệp, kiểm định, hiệu chuẩn và nghiên cứu. Với công nghệ hiện tại chúng ta có cảm biến dòng điện chính xác cao gồm Hall effect và Rogowski coil.

Nguyên lý Rogowski:

• Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
• Sử dụng cuộn dây bao quanh dây dẫn có dòng điện cần đo.
• Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn, nó sẽ tạo ra từ trường biến thiên, từ đó tạo ra điện áp cảm ứng trên cuộn dây.
• Điện áp cảm ứng này tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện.
• Ưu điểm:
  • Độ chính xác cao, có thể đo dòng điện với độ chính xác lên đến 0,1%.
  • Phạm vi đo rộng, có thể đo dòng điện từ vài ampe đến vài nghìn ampe.
  • Cách ly điện, an toàn cho người sử dụng.
  • Không bị ảnh hưởng bởi từ trường stray.
• Nhược điểm:
  • Cần cuộn dây có kích thước lớn, tốn diện tích lắp đặt.
  • Độ nhạy thấp, cần sử dụng bộ khuếch đại tín hiệu.
  • Giá thành cao.

Hiệu ứng Hall:

• Dựa trên hiệu ứng Hall trong vật liệu bán dẫn.
• Sử dụng một thanh vật liệu bán dẫn đặt vuông góc với từ trường và dòng điện.
• Khi có dòng điện chạy qua thanh vật liệu bán dẫn và có từ trường tác dụng, nó sẽ tạo ra điện áp Hall tỷ lệ thuận với tích của dòng điện và từ trường.
• Ưu điểm:
  • Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt.
  • Độ nhạy cao.
  • Giá thành rẻ.
• Nhược điểm:
  • Độ chính xác thấp hơn so với cảm biến Rogowski.
  • Bị ảnh hưởng bởi từ trường stray.
  • Cần nguồn cung cấp điện áp để hoạt động.

So sánh Rogoski và Hall effect

Lựa chọn cảm biến dòng điện Rogowski hay hiệu ứng Hall phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của ứng dụng.

• Nếu cần độ chính xác cao, phạm vi đo rộng và khả năng cách ly điện, cảm biến Rogowski là lựa chọn tốt nhất.
• Nếu cần kích thước nhỏ gọn, độ nhạy cao và giá thành rẻ, hiệu ứng Hall là lựa chọn phù hợp.

Ngoài ra, cần lưu ý đến các yếu tố khác như môi trường hoạt động, độ rung, độ nhiễu,… khi lựa chọn cảm biến

Biến dòng cuộn dây Rogowski 1000-2000-4000A

Để đo dòng điện AC với cường độ dòng điện lớn thì cuộn dây Rogowski được sử dụng phổ biến hơn biến dòng sơ cấp có ngõ ra 0-5A. Bởi độ chính xác cao, đo được nhiều loại dòng tải khác nhau và thuận tiện tháo lắp.

Rogowski là gì?

Cuộn dây Rogowski đã được sử dụng để phát hiện và đo dòng điện trong nhiều thập kỷ. Chúng dựa trên một nguyên lý đơn giản: một cuộn dây “lõi khí” được đặt xung quanh dây dẫn theo kiểu hình xuyến và từ trường do dòng điện tạo ra sẽ tạo ra điện áp trong cuộn dây.

Điện áp đầu ra tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của dòng điện. Điện áp này được tích hợp, do đó tạo ra đầu ra tỷ lệ thuận với dòng điện.

Bằng cách sử dụng các kỹ thuật quấn chính xác, được phát triển đặc biệt cho mục đích này, các cuộn dây được sản xuất sao cho đầu ra của chúng không bị ảnh hưởng bởi vị trí của dây dẫn bên trong hình xuyến và loại bỏ nhiễu từ các từ trường bên ngoài gây ra, ví dụ, từ các dây dẫn gần đó.

Về cơ bản, hệ thống đo dòng điện cuộn dây Rogowski bao gồm sự kết hợp giữa một cuộn dây và thiết bị điện tử điều hòa. Bộ chuyển đổi dòng điện cuộn dây Rogowski được sử dụng để đo AC.

Trong tất cả các loại cảm biến dòng điện hay còn gọi là biến dòng đo lường thì cuộn dây Rogowski là loại có độ chính xác cao nhất. Không cần cấp nguồn, tháo lắp dễ dàng, độ chính xác cao, cách ly điện tốt, không bị ảnh hưởng bởi từ trường.

Cảm biến dòng điện cuộn Rogowski chuyên dùng để đo dòng điện xoay chiều AC, đặc biệt là dòng điện cao tới hàng nghìn Ampe. Do thiết kế mềm dẻo nên được dùng để đo dòng điện có tiết diện lớn tới 60cm và các hình dạng không đồng đều hoặc không gian hẹp.

Đặc biệt các khu vực nhỏ hẹp, dây Rogowski dễ dàng kẹp vào các khoảng hở rất nhỏ mà không có loại cảm biến dòng điện nào có thể sử dụng được. Cuọn dây Rogowski có thể tháo lắp mang đi cầm tay đo nhiều vị trí khác nhau một cách nhanh chóng.

Cuộn dây Rogowski RC150 và RC190

Cuộn dây Rogowski RC150 và RC190 giống nhau về nguyên lý, hình dáng bên ngoài, cách sử dụng. Sự khác biệt để nhận biết chính là màu dây. TC150 sẽ có màu vàng và RC190 sẽ có màu đỏ.

Ngoài ra sẽ có vài sự khác biệt đáng để về thông số kỹ thuật:

• Độ nhạy 1mV/A – RC150 và 0,5mV/A – RC190
• Tín hiệu ngõ ra: 100mV/kA – RC150 và 333mV/kA – RC190
• Đường kính: 8mm – RC150m, 12mm RC190
• Sai số: 1% FS
• Điện áp max 1000V
• TEST Voltage 7400 VRMS / 1 min

Rogowski RC190 có độ phân giải cao hơn có thể đo dòng dưới 75A cho tới 1200A với độ phân giải cao hơn RC150.

Rogowski RC150 đo dòng từ 250A cho tới 4000A với độ phân giải thấp hơn nhưng có thể đo được dòng cao hơn.

Bộ chuyển đổi tín hiệu Rogowski RC150 và RC190

Để lấy được tín hiệu analog 4-20mA từ biến dòng Rogowski RC150 và RC190 thì cần một bộ chuyển đổi tín hiệu dòng 100mV, 333mV chuyên dụng.

Seneca S201RC-LP được thiết kết chuyên dùng cho các biến dòng Rogowski nói chung và RC150, RC 190 nói riêng.

S201RC-LP chỉ có duy nhất chức năng đọc tín hiệu từ Rogowski coil với chức năng được cài đặt sẵn: 75A, 150A, 250A, 300A, 500A, 600A, 1000A, 2000A, 4000A tương ứng 4-20mA.

Tức là bạn chỉ cần đo dòng trong khoản 0-250A thì chúng ta chỉ cần xoay vít cài đặt tới mức 250A, tương tự với các dòng lớn 2000A, 4000A cũng vậy. Chúng ta chỉ cần thay đổi bước cài đặt để lấy tín hiệu ra cho chính xác.

Biến dòng Hall effect 50A, 100A, 300A, 600A

Biến dòng hall effect có ưu điêm là độ chính xác khá cao so với biến dòng Rogowski nhưng lại bị hạn chế ở dòng tải không được lớn như Rogowski. Tải lớn nhất của Hall Effect tới thời điểm hiện tại là 600A.

Biến dòng Hall effect là gì?

Biến dòng Hall effect, hay còn gọi là cảm biến dòng điện Hall effect, là thiết bị sử dụng hiệu ứng Hall để đo dòng điện một cách chính xác và đáng tin cậy. Với sai số từ 0,2-1% trên toàn dãy đo, chính xác hơn rất nhiều so với biến dòng sơ cấp có ngõ ra 0-5A.

Biến dòng Hall effect có tín hiệu ngõ ra Analog 4-20mA, 0-10V trực tiếp

Khác với các loại biến dòng khác thì biến dòng sử dụng công nghệ hall effect lại cho tín hiệu ra trực tiếp: 4-20mA, 0-10V và modbus RTU RS485.

Có nghĩa rằng, Biến dòng có tải 0-150A thì sẽ xuất ra tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V trực tiếp ngay trên biến dòng mà không cần qua bộ chuyển đổi tín hiệu.

Các loại biến dòng 4-20mA, 0-10V, Modbus RTU

Seneca cho ra rất nhiều phiên bản khác cho với công nghệ Hall effect với nhiều tùy chọn đẩu và đầu ra:

• T201: 0-5A, 0-10A, 0-15A, 0-20A, 0-25A, 0-30A, 0-35A, 0-40A
• T201DCH50-LP: 0-50A AC, -50…+50A DC
• T201DCH100-LP: 0-50A AC , 0-100A AC , -50…+50A DC, -100…+100A DC
• T201DCH300-LP: 0-150A AC, 0-300A AC, -150…+150A DC, -300…+300ADC
• T201DCH600-MU: 0-300A AC, 0-600A AC, -300…+300A AC, -600 …+ 600ADC
• T201DCH100-OPEN: 0-50A AC, 0-100A AC, -25…+25A DC, -50…+50A DC, -100…+100A DC
• T201DCH300-OPEN: 0-75A, 0-150A, 0-300A AC, -150…+150A DC, -300…+300A DC
• T201DCH600-OPEN: 0-150A AC, 0-300A AC, 0-600A AC, -300…+300A DC

Ngõ ra của các các biến dòng được Seneca quy đinh:

• T201, T201DCH50-LP, T201DCH100-LP, T201DCH300-LP sẽ có ngõ ra 4-20mA
• T201DCH, T201DCH100, T201DCH300 sẽ có ngõ ra 0-10V
• T201DCH50-M, T201DCH100-M, T201DCH300-M: ngõ ra modbus RTU RS485
• T201DCH50-MU, T201DCH100-MU, T201DCH300-MU, T201DCH560-MU sẽ có ngõ ra Modbus RTU và 0-10V + Relay
• T201DCH100-OPEN, T201DCH300-OPEN, T201DCH600-OPEN sẽ có ngõ ra Modbus RTU và 0-10V + Relay. Loại OPEN là biến dòng hở có thể tháo lắp dễ dàng.

Biến dòng Hall effect vối nhiều lựa chọn từ dãi đo của tải cho đến loại tín hiệu ngõ ra. Đây cũng chính là ưu điểm lớn nhất của loại cảm biến dòng điện hall effect so với các loại biến dòng khác.

Chúc các bạn thành công !

Kỹ sư Cơ – Điện Tử

Nguyễn Minh Hòa