Ampere Meter Circuit Design: Shunttivastukset, CT:t ja valintaopas

Kun sinun on mitattava virtaa, joka kulkee virtakiskon, akun purkausjohdon tai älymittarin tulon kautta, lukeman tarkkuus riippuu ampeerimittarin piiri rakennat, et vain digitaaliselle näytölle. Ampeerimittari ei ole erillinen anturi; se on huolellisesti suunniteltu matalaresistanssinen silmukka, jonka on läpäistävä täysi kuormitusvirta samalla kun se tuottaa signaalin, jonka ADC tai mittarin liike voi lukea. Johtopäätös on yksinkertainen: shuntit ja virtamuuntajat ovat kunnossa, niin virtamittauksestasi tulee luotettava osa järjestelmää.

Mitä ampeerimittarin piirin pitäisi tehdä?

Minkä tahansa ampeerimittaripiirin ensisijainen tehtävä on päästää todellinen kuormitusvirta kulkemaan sen läpi mahdollisimman pienellä jännitehäviöllä. Mittarin tulee olla kytkettynä sarjassa kuorman kanssa, joten sama virta kulkee anturielementin läpi. Jos ampeerimittari lisää merkittävästi vastusta, se muuttaa juuri sitä virtaa, jota yrität mitata. Hyvä suunnittelu alkaa selkeästä tavoitteesta: pitää kuormitusjännite alhaisena, tyypillisesti alle muutaman kymmenen millivoltin maksimivirralla.

Yleinen esimerkki on digitaalisen yleismittarin 10 A alue. Sisäinen ampeerimittaripiiri käyttää usein 0,01 ohmin shunttivastusta. 10 A:lla jännitehäviö on vain 100 mV, mikä on hyväksyttävä useimpiin penkkimittauksiin. Pienemmillä virroilla shunttiresistanssi voi olla suurempi, esimerkiksi 1 ohm 100 mA:n alueella. Nämä luvut osoittavat perusratkaisun: suurempi vastus antaa suuremman signaalin, mutta enemmän välityshäviötä. Tuotantolaatuisten tuotteiden osalta tämä kompromissi hallitaan valitsemalla oikea anturielementti alusta alkaen.

Shunttivastukset ja virtamuuntajat mittauspiireissä

On kaksi hallitsevaa tapaa rakentaa tarkka ampeerimittaripiiri: shunttivastukset pienille tai kohtalaisille tasa- tai vaihtovirroille ja virtamuuntajat (CT) AC-virroille, jotka tarvitsevat galvaanisen eristyksen tai korkeampia skaalauskertoimia.

Shunttivastukset

Shuntti on suoraan nykyisellä polulla. Sen resistanssi on hyvin pieni, ja sen yli oleva jännite on verrannollinen virtaan. Tarkkuusshuntteja käytetään älymittareissa, akunhallintajärjestelmissä ja teollisuusohjaimissa. Älykäs mittarin mittausta varten FHS024-shuntti on valmistettu alhaisella lämpötilakertoimella ja vakaalla resistanssilla, joka auttaa mittaria säilyttämään tarkkuuden laajalla toiminta-alueella. FHS024-älymittarin shuntti on suunniteltu juotettavaksi suoraan piirilevylle, joten se on käytännöllinen valinta nykyaikaisiin elektronisiin energiamittareihin. Koska shuntti on kaksinapainen laite, piirilevyasettelun on myös minimoitava shuntin ja ADC-tulon välinen jäljitysvastus, jotta vältetään tuntemattoman siirtymän lisääminen.

Erittäin tarkka shuntti älymittarin virrantunnistukseen FHS-024-shuntti tarjoaa alhaisen poikkeaman ja vakaan resistanssin tarkkaan energiamittaukseen älykkäissä mittareissa. PCB-kiinnitys sopii pienille mittausmoduuleille. Näytä tuote →

Nykyiset muuntajat

Kun piiri on AC ja virta on korkea tai mittaus tarvitsee eristystä, virtamuuntaja on suositeltava ratkaisu. CT kiertyy johtimen ympärille tai siinä on ensiökäämi, ja toisiovirta on pienennetty kuva ensiövirrasta. Laitteet, kuten FHDCT031D 5-60 A virtamuuntaja älykkäille mittareille, on rakennettu juuri tätä skenaariota varten. FHDCT031D-älymittari CT tarjoaa kompaktin rakenteen piirilevyn asennukseen ja alhaisen vaihevirheen, mikä on välttämätöntä virranlaadun mittauksessa. CT tarjoaa myös eristyksen, joten mittauselektroniikka ei jaa yhteistä maadoitusta suuritehoisen johtimen kanssa.

5-60A virtamuuntaja älymittarisovelluksiin Tämä CT tarjoaa eristyksen ja pienen vaihevirheen AC-virran mittauksessa älykkäissä mittareissa, tukee piirilevyn asennusta ja IEC-standardien noudattamista. Näytä tuote →

Tärkeimmät valintakriteerit ampeerimittarin piirikomponenteille

Valinta shuntin ja virtamuuntajan välillä ja sen jälkeen tarkan osan valinta edellyttää useiden käytännön parametrien tarkastelua. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto tärkeimmistä vertailuista.

Tarkkuusluokka on ensimmäinen asia, joka tarkistetaan. 1-luokan CT, kuten FHCT019 korkean tarkkuuden 5-60A/2,5mA virtamuuntaja, voi tukea älykkäitä mittaussovelluksia, jotka vaativat vakaata suorituskykyä yli lämpötilan. FHCT019-tarkkuusCT on esimerkki komponentista, joka tasapainottaa pienen vaihevirheen ja suuren lineaarisuuden, mutta on silti helppo integroida piirilevysuunnitteluun.

Tarkka 5-60A virtamuuntaja 2,5mA ulostulolla FHCT-019 tarjoaa korkean tarkkuuden ja lineaarisuuden laajalla virta-alueella, suunniteltu teolliseen mittaukseen ja valvontaan joustavilla liitäntävaihtoehdoilla. Näytä tuote →

Tarkkuuden lisäksi lämpötilakerroin on kriittinen, koska itsekuumeneminen ja ympäristön heilahtelut voivat muuttaa tehoa. Shunttia varten on parempi käyttää vähän drift-seosta, kuten manganiinia. CT:ssä ydinmateriaali ja käämitysmenetelmä määrittävät, kuinka hyvin suhde pysyy tasaisena koko virta-alueella. Tarkista myös purskevirran luokitus: 100 A:n shuntti voi kestää 500 A:n sysäyksen muutaman millisekunnin, mutta CT saattaa kyllästää ja vääristää aaltomuotoa tapahtuman aikana.

Suunnittelunäkökohdat integroitaessa ampeerimittarin piiriä

Kun anturikomponentti on valittu, ympäröivän piirin on suojattava se ja käsiteltävä signaali oikein. Kolme yksityiskohtaa ansaitsevat huomion:

• Rasituskestävyys: CT:ssä toisiojohdon yli oleva kuormitusvastus määrittää lähtöjännitteen ja vaihesiirron. Pidä taakka nimellisalueella välttääksesi kyllästymisen.
• Ylijännitesuoja: Lisää sarjavastuksia ja kiinnityslaitteita ADC-tuloon käsitelläksesi transientteja virtatiellä.
• Kalibrointi: Jokaisella piirilevyllä on jälkivastus ja komponenttien toleranssi. Kalibroi lopullisessa kokoonpanovaiheessa nollataksesi korjatut virheet.

Nämä käytännöt ovat erityisen tärkeitä sovelluksissa, kuten älykäs sähkönmittaus , jossa ampeerimittarin piirin on pysyttävä tarkana vuosia ilman uudelleenkalibrointia. Tuotteille, jotka tarvitsevat tiukimman johdonmukaisuuden, tarkkuusvirrantunnistusratkaisu voi virtaviivaistaa suunnitteluprosessia. Voit nähdä, kuinka Fanhar rakentuu tarkan virrantunnistuksen lähestymistapaansa tarkkuusvirran tunnistus yleiskatsaus.

Yleisiä sudenkuoppia, joita sinun tulee välttää

Jopa huolellisesti valittu shuntti tai CT voi tuottaa huonoja tuloksia, jos ympäröivä suunnittelu on virheellinen. Tässä ovat yleisimmät virheet, joita näemme tuotekehityksessä:

1. Käytetään shunttia, jonka resistanssi on liian suuri nykyiselle alueelle. Tämä aiheuttaa itsekuumenemisen ja jännitteen laskun, joka voi horjuttaa syöttökiskoa.
2. Unohtaen, että toissijaista CT-laitetta ei saa koskaan jättää auki. Avoin toisio voi synnyttää korkeajännitteitä ja vahingoittaa eristystä tai laitetta.
3. Mittauspiirin liittäminen yhteismaadolla virtapiiriin. Tämä kumoaa CT:n eristysedun ja voi ruiskuttaa kohinaa ADC:hen.
4. Tehonmittauksen vaihevirheen huomioiminen. Pienikin vaihesiirto jännitteen ja virran välillä voi aiheuttaa suuren virheen todellisessa tehossa, erityisesti pienillä tehokertoimilla.

Usein kysyttyjä kysymyksiä ampeerimittarin piireistä

Q1 Miksi ampeerimittari on aina kytketty sarjaan?

Koska virta on sama kaikkien sarjapolun elementtien läpi. Ampeerimittarin tulee kuljettaa todellista kuormitusvirtaa, joten sen on oltava sarjassa kuorman kanssa, eikä sitä saa kytkeä rinnan kuin volttimittari.

Q2 Voinko käyttää samaa shunttia sekä DC- että AC-mittauksiin?

Kyllä, ei-induktiivinen shuntti voi toimia sekä vaihto- että tasavirralla, mutta sinun on tarkistettava taajuusvaste ja varmistettava, että vastus on vakaa verkkotaajuuksilla. Virtamuuntajat ovat parempia verkkovirtaan, kun tarvitaan eristystä.

Q3 Mitä eroa on shuntilla ja virtamuuntajalla?

Shuntti on yksinkertainen vastus, joka tuottaa pienen jännitteen verrannollisen virtaan. Virtamuuntaja käyttää magneettista kytkentää virran pienentämiseen ja tarjoaa eristyksen suurjännitepuolelta.

Q4 Kuinka valitsen virtamuuntajan älymittarille?

Katso ensiövirta-alue, toisiolähtö (usein 5-60A / 2,5mA), tarkkuusluokka, vaihevirhe ja piirilevyn asennustarpeet. Näiden tietojen sovittaminen mittarisi ADC-tuloalueeseen auttaa sinua saamaan vakaan ja toistettavan lukeman.