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jueves, 23 de octubre de 2014

Sensores Hall

Los sensores de efecto Hall son aptos para mediciones de corriente en circuitos de potencia, para control o para protecciones.
Allegro MicroSystems tiene una amplia gama de sensores para este tipo de aplicaciones.
La serie ACS758 lleva un sensor montado sobre un conductor de muy baja resistencia, que permite conectarlo en serie con el circuito a medir, y obtener lecturas aisladas de buena precisión en un ancho de banda de hasta aprox. 100KHz.



Para aplicaciones menos precisas, se puede evitar abrir el circuito midiendo en algún elemento magnético.
Por ejemplo, en convertidores CC/CA sinusoidales, en fuentes conmutadas, en cargadores que usan fuentes conmutadas, etc. casi siempre hay un inductor con núcleo de ferrite, y con un entrehierro en el núcleo.
Un sensor como el UGN3503 o su reemplazo actual A1301, se pueden insertar directamente en el espacio del entrehierro.

 
 Los sensores se alimentan con 5Vcc y en ausencia de flujo magnético la rensión de salida es de ~2,5Vcc, según la dirección del flujo, la tensión aumenta o disminuye respecto de este valor.

Los oscilogramas siguientes se obtuvieron con un UGN3503 en el inductor de la foto, ¿porque con un sensor ya considerado obsoleto?, bueno, porque es lo que tenía disponible en el cajón de los sensores Hall, las mediciones con un A1301 serán similares.

 El trazo 1 es la corriente en el inductor, el trazo 2 es la tensión de salida del sensor, se observa que en este caso se satura antes que el inductor, por lo cual si hubiera una condición de sobrecorriente en el circuito que superara ~80A, un circuito de protección que tomara la tensión del sensor no "vería" la anormalidad.

La solución es simplemente montar el sensor algo mas afuera en el núcleo para reducir el flujo que lo atraviesa

Con este montaje las ondas son:
 En este caso hay lectura lineal del sensor incluso durante una condición severa de saturación del núcleo.
De paso puede observarse que como la teoría lo indica, la inductancia permanece constante mientras el flujo magnético sube linealmente (la pendiente en la curva de corriente es di/dt=V/L, si la pendiente es lineal, siendo la tensión aplicada al circuito una constante, significa que L es también constante).
Cuando el núcleo comienza a saturarse, y por lo tanto el flujo ya no aumenta linealmente, la pendiente de corriente aumenta, indicando una reducción de la inductancia. Un inductor debe utilizarse solamente en la zona lineal (porque en la zona de saturación prácticamente ya no es un inductor), en este caso hasta una corriente de ~100A.

En caso de un circuito sin un inductor, se puede montar el sensor en un anillo:

 En el sitio de Allegro se pueden ver notas de aplicación para mas detalle.
 
En resumen, se puede leer corriente con aislación, en un ancho de banda razonable, y sin abrir el circuito.
Las aplicaciones en circuitos industriales son muchas, claramente el ancho de banda de los sensores no permiten utilizarlos por ejemplo en fuentes conmutadas de alta frecuencia, pero todos los circuitos con IGBT rara vez superan por el momento los 10 ó 20KHz.

La introducción de semiconductores de alta tensión GaN (Nitruro de Galio) y SiC (Carburo de Silicio), va a permitir aumentar la frecuencia de operación en circuitos de alta tensión y alta potencia.

Finalmente un cálculo, con las lecturas del primer oscilograma, y con el dato de que la tensión aplicada al inductor es de 15Vcc, calcular la inductancia.










jueves, 19 de septiembre de 2013

Inductores sobre un mismo núcleo



En los casos en que necesitamos poner en paralelo o en serie inductores devanados sobre un mismo núcleo, la situación se presta a fallas en la lógica de razonamiento.

En la nota analizamos el caso, y comprobamos si el simulador es apto para resolver el problema.

Nota en pdf

domingo, 6 de marzo de 2011

Energía almacenada en un inductor, 2a parte

Completo la nota con las mediciones en un circuito real, y algunas consideraciones sobre los osciloscopios a emplear.


















La parte II, en formato pdf, siguiendo este vínculo.

Nota

martes, 14 de diciembre de 2010

Energía almacenada en un inductor

En esta primera parte de la nota, verificamos mediante simulador las ecuaciones de la energía almacenada en un inductor en función de la corriente circulante.
En la segunda parte verificaremos las mismas, además de los resultados del simulador, mediante mediciones en un circuito real.

La parte 1 de la nota, en formato pdf, en el vínculo siguiente

Nota

Erratas: en el esquemático del circuito a simular, el capacitor C2 está conectado con su polaridad al revés.

sábado, 6 de diciembre de 2008

Medición de inductores

El objetivo es determinar el valor de inductores utilizando los instrumentos estándar del laboratorio de electrónica (generador de audio o de funciones y osciloscopio en este caso).

Se trata de determinar la frecuencia de resonancia de un circuito R-L-C serie, en el cual se utiliza un capacitor de referencia, y el inductor cuyo valor se trata de determinar.

La frecuencia de resonancia es aquella a la cual el valor de la reactancia inductiva es igual al valor de la reactancia capacitiva. Ambas se cancelan mutuamente, y el circuito opera como si sólo existiera la resistencia serie.
De manera que en resonancia serie se cumple: la tensión aplicada está en fase con la corriente del circuito, la corriente alcanza un punto máximo, la tensión cae a su valor mínimo (debido a la caída en la resistencia interna del generador al alcanzarse la máxima corriente en el circuito).


Procedimiento:

Busque algunos capacitores de la mejor precisión que consiga (existen con tolerancia 1% como en la foto, pero para la mayoría de las aplicaciones los capacitores de marca de poliester, o bien los Siemens caja plástica sirven), de valores del orden de entre 1uf y 10nf.

Conecte el circuito como en la figuras








































La resistencia puede ser de cualquier valor entre 10 y 100 ohms.
Utilice un valor tentativo de C para empezar.
El canal 1 mide la tensión aplicada, el canal 2 la corriente (caída en la resistencia).
Aplique tensión sinusoidal, sin componente de continua (para permitir la máxima excursión de salida del generador si es necesario), de una amplitud en el rango alto del generador (2 ó 3 Vrms son suficientes).
Empiece con una frecuencia de 1KHz.
Centre ambos trazos verticalmente en el centro de pantalla.
Adecue la ganancia de ambos canales del osciloscopio, y de la base de tiempo, para obtener lecturas en pantalla.
Observará dos ondas desfasadas entre si.
El objetivo ahora es barrer en frecuencia, reajustando la ganancia de los canales del osciloscopio y la base de tiempo en cada caso para mantener las ondas visibles, hasta reducir el desfasaje entre las ondas a cero.
Cuando se obtenga esta condición, el circuito está en resonancia, se cumple que:

XL=XC, es decir 2 π f L = 1/ 2 π f C

Donde f es la frecuencia de la onda aplicada al circuito, L la inductancia en Henrios y C la capacidad en faradios.

Si despejamos L en la fórmula L= 1/ [(2 π f )^2 C] entiendase (2 π f) elevado al cuadrado

Conocida la frecuencia de resonancia y el capacitor, podemos calcular la inductancia.
Cambie el capacitor, si es necesario, para obtener una frecuencia de resonancia en el rango de los KHz, o bien para el rango de frecuencias que su generador puede suministrar.

En el ejemplo utilicé un capacitor al 1% de 0,01uf y una resistencia de 10 ohms.

Me dió una frecuencia de resonancia de 73,06 KHz.

Aplicando la fórmula L= 1/ [(2 π 73060 )^2 0,01e-6] =474uHy

El inductor que medí estaba marcado como de 470uHy

La precisión de la lectura depende de la precisión de la lectura de frecuencia, y de la exactitud del valor del capacitor.

Las ondas en resonancia se ven mas o menos asi:





















La frecuencia la podemos leer en el dial o el display del generador, en un frecuencímetro externo, en el frecuencímetro del osciloscopio si lo tiene, en un multímetro con la función de medir frecuencia, o, si no disponen de ninguna de estas opciones, contando las divisiones de un período en el osciloscopio, multiplicando por la base de tiempo, y haciendo f=1/T



 
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