Cảm biến dòng điện là gì? Nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điện. Hướng dẫn sử dụng cảm biến dòng điện Hall SCT013 100A với arduino

Mục lục:

Cảm biến dòng điện là gì ?

Nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điện

Bạn đang đọc: Cảm biến dòng điện là gì? Nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điện. Hướng dẫn sử dụng cảm biến dòng điện Hall SCT013 100A với arduino

Hướng dẫn sử dụng cảm biến dòng điện Hall SCT-013 100A với Arduino

1. Cảm biến dòng điện là gì?

Cảm biến dòng điện thường được gọi là máy biến dòng hoặc CT ( Current Transformer ), là những thiết bị phát hiện dòng điện chạy trong dây bằng cách sử dụng từ trường và tạo ra tín hiệu tỷ suất với dòng điện đó. Tín hiệu được tạo ra hoàn toàn có thể là điện áp, dòng điện hoặc là đầu ra kỹ thuật số ( tùy thuộc vào loại cảm biến ). Tín hiệu được tạo ra sau đó hoàn toàn có thể được sử dụng để hiển thị dòng điện đo được tỏng ampe kế, hoặc để tàng trữ, nghiên cứu và phân tích trong mạng lưới hệ thống tích lũy tài liệu hoặc hoàn toàn có thể được sử dụng cho mục tiêu tinh chỉnh và điều khiển .
Cảm biến dòng điện rất linh động và có ưu điểm chính là không cần tiếp xúc với mạch để đo dòng điện xoay chiều. Nói cách khác, tất cả chúng ta không cần phải mở mạch điện mắc tiếp nối đuôi nhau với tải mà chỉ cần cho một dây thiết bị cần giám sát qua cảm biến là đã hoàn toàn có thể đo được dòng điện .

Các loại cảm biến dòng thông dụng hiện nay được chia làm 2 loại: split-core (lõi chia) và solid-core (lõi rắn).

• CT lõi rắn hoặc lõi vòng: là các vòng hoàn chỉnh không có khả năng mở. Do đó, cáp phải được ngắt kết nối và đặt qua cảm biến dòng lõi rắn khi lắp đặt. Các cảm biến lõi rắn cung cấp độ chính xác cao.

• CT lõi chia hoặc tách lõi: các cảm biến dòng lõi chia có thể được mở và ngắt xung quanh một dây dẫn giúp chúng dễ dàng lắp đặt hơn. Mặc dù chúng được coi là kém chính xác hơn các cảm biến dòng lõi rắn, nhưng chúng đủ chính xác để được sử dụng cho gần như tất cả các ứng dụng thực tế.

• Các cách hoạt động của cảm biến dòng điện:

– Cảm biến dòng điện trực tiếp :
Cảm biến dòng điện trực tiếp nhờ vào vào định luật Ohm. Bằng cách đặt một điện trở shunt sắp xếp với tải mạng lưới hệ thống, một điện áp được tạo ra trên điện trở shunt tỷ suất thuận với dòng tải mạng lưới hệ thống. Điện áp trên shunt hoàn toàn có thể được đo bằng những bộ khuếch đại vi sai, ví dụ như những bộ khuếch đại dòng shunt. Nó thường được triển khai cho dòng tải < 100A . – Cảm biến dòng điện gián tiếp : Cảm biến dòng điện gián tiếp phụ thuộc vào vào định luật Ampe và Faraday. Bằng cách đặt một vòng dây quanh một dây dẫn mang dòng điện, một điện áp được cảm ứng trên vòng dây tỷ suất với dòng điện. Phương pháp cảm biến loại này được sử dụng cho dòng tải lớn lên đến 1000A .

2. Nguyên lý hoạt động của cảm biến dòng điện

Để hiểu rõ hơn cảm biến dòng điện thao tác ra sao, nguyên lý ra làm sao ? Chúng ta sẽ tìm hiểu và khám phá lại một số ít khái niệm vật lý :
– Để đo dòng điện mà khồng cần tiếp xúc với mạch, cảm biến dòng điện xoay chiều này sử dụng đặc tính từ của dòng điện .

• Định luật Ampere:

Định luật Ampere nói rằng mọi dây dẫn mà dòng điện chạy qua đều tạo ra xung quanh nó một từ trường tỷ suất với cường độ dòng điện .

• Dòng điện xoay chiều:

Dòng điện xoay chiều có đặc thù là hoạt động giải trí giống như một sóng sin, do đó cường độ của nó đổi khác theo thời hạn, từ cực đại dương đến cực đại âm. Dao động này có tần số hoàn toàn có thể là 50H z hoặc 60H z tùy thuộc vào vương quốc hoặc khu vực .
Vì từ trường tỷ suất với giá trị dòng điện, nên từ trường tạo ra xung quanh vật dẫn do dòng điện xoay chiều mang theo sẽ biến hóa theo thời hạn tùy theo sự biến thiên của nó .

• Định luật Faraday – định luật cảm ứng điện từ:

Định luật Faraday nói rằng từ trường biến thiên theo thời hạn tạo ra suất điện động trong cuộn dây tạo ra dòng điện tỷ suất với cường độ của từ trường .
Trong hình trên, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể hiểu luật này trong trong thực tiễn. Lưu ý rằng khi tiếp cận nam châm đến những vòng, tất cả chúng ta đang đổi khác từ trường và điện áp trên vôn kế ( suất điện động ) đang được chỉ ra đạt gần 20V. Khi kéo nam châm ra xa, ta có hiệu điện thế đi dần về 0V .

Tóm tắt:

• Định luật Ampe: Một vật dẫn được dòng điện thì cảm ứng tạo thành từ trường xung quanh nó có giá trị tỉ lệ với cường độ dòng điện;
• Dòng điện xoay chiều : Dòng điện xoay chiều thay đổi theo thời gian, tạo ra từ trường cũng thay đổi theo thời gian;
• Định luật Faraday về cảm ứng:  Một từ trường biến thiên theo thời gian tạo ra một điện áp trong một vòng dây, và do đó một dòng điện, tỷ lệ với cường độ của từ trường.

Từ ba đặc tính ta hoàn toàn có thể hiểu được nguyên lý thao tác của cảm biến :
Khi dòng điện chạy qua một dây dẫn, nó tạo ra một từ trường tỷ suất xung quanh dây dẫn. Máy biến dòng sử dụng từ trường này để đo dòng điện .
Dòng điện xoay chiều biến hóa, khiến từ trường đổi khác liên tục. Trong một cảm biến dòng xoay chiều, dây được quấn quanh lõi. Từ trường được tạo ra bởi dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra một dòng điện hoặc điện áp tỷ suất trong dây nằm trong cảm biến dòng. Sau đó, cảm biến sẽ tạo ra một điện áp hoặc dòng điện nhất định mà một đồng hồ đeo tay được liên kết với cảm biến hoàn toàn có thể đọc và chuyển thành dòng điện chạy qua dây dẫn .

• Ứng dụng của cảm biến dòng điện

Các cảm biến CT dòng hoàn toàn có thể được sử dụng trong một loạt những ứng dụng : để đo, giám sát dòng điện và bảo vệ động cơ AC, thiết bị chiếu sáng, máy nén khí, quản trị điện năng hạ tầng … Chúng hoàn toàn có thể giúp phát hiện lỗi trong máy móc và ngăn ngừa hư hỏng thiết bị .

3. Hướng dẫn sử dụng cảm biến dòng điện Hall SCT-013 100A với Arduino:

Đối với hướng dẫn này, chúng tôi sẽ sử dụng SCT-013. Nó hoàn toàn có thể đo những giá trị từ 0 đến 100A của dòng điện xoay chiều. Đầu ra của nó sẽ có giá trị từ 0 đến 50 mA tỷ suất với giá trị hiện tại của dây dẫn chính. Vì Arduino chỉ đọc những giá trị điện áp, tất cả chúng ta sẽ cần phải thiết kế xây dựng một mạch phụ để dòng điện này chạy qua một điện trở và do đó chúng tôi hoàn toàn có thể quy đổi những giá trị dòng điện do cảm biến tạo ra thành những giá trị điện áp .

Các linh kiện cần chuẩn bị:

• 1 x Arduino Uno
• 1 x Cảm Biến Dòng Điện Hall SCT-013 100A YHDC
• 1 x Test board
• 2 x điện trở 10KΩ
• 1 x điện trở 33Ω
• 1 x tụ điện 100uF
• Dây nối

Xem thêm: Cường độ dòng điện là gì? Đơn vị, công thức tính, dụng cụ đo

Ta có điện trở R1 làm giảm điện áp AC, điện trở R1 và R2 cung ứng điện áp phân cực cho DC. Tụ điện C1 cung ứng một trở kháng thấp để nối đất cho tín hiệu AC, giá trị trong khoảng chừng 1 uF đến 100 uF là đủ tốt .
Ngõ ra dòng điện hiệu dùng của cảm biến dòng tối đa đạt 50 mA, khi mà dòng điện ngõ vào đạt 100A. Do Arduino không hề đo được nguồn có giá trị âm nên tất cả chúng ta phải cộng thêm vào điện áp ngõ ra 2.5 V của cảm biến Hall .
Vì vậy, ta có dòng điện cực đại đo được là :
Iin = 2 * i ( rms ) = 1,414 * 100A = 141,4 A
Biết rằng để dòng điện ở sơ cấp có cường độ 100A, thì ở thứ cấp là dòng điện có cường độ 50A, ta chỉ cần đấu vào công thức tỉ số biến hóa. Kết quả sẽ là :
N1 / N2 = I2 / I1
I1 = dòng điện trong sơ cấp ( dòng điện cần đo ) ;
I2 = dòng điện ở thứ cấp ;
N1 = số phiếu bầu của sơ cấp ( trong trường hợp của cảm biến này, N1 sẽ bằng 1 ) ;
N2 = số vòng ở thứ cấp .
N2 = 2000 lượt .
Dòng điện ở đầu ra cảm biến tỷ suất nghịch với số vòng ( ở đây là 2000 ) :
Iout = 141,4 A / 2000 = 0,0077 A
Arduino UNO chỉ đọc những mức điện áp ( từ 0V đến 5V ) trên những chân nguồn vào tương tự như của nó. Do đó, tất cả chúng ta cần quy đổi tín hiệu dòng điện xoay chiều SCT-013 sang giá trị điện áp mà Arduino hoàn toàn có thể đọc được .
Bước tiên phong là thêm một điện trở tải giữa những cực cảm biến hiện tại :
Khi dòng điện xoay chiều xung quanh, tất cả chúng ta sẽ chọn một điện trở tạo ra giá trị điện áp tối đa là 2,5 V .
R ( tải ) = U ( cảm biến ) / I ( cảm biến ) = 2,5 V / 0,0707 A = 35,4 Ω
Do giá trị điện trở trên không có trên thị trường nên ta hoàn toàn có thể chọn trở 33 Ω .
Bây giờ tất cả chúng ta có một tín hiệu điện áp xoay chiều đổi khác giữa 2,5 V dương và 2,5 V âm. Mà Arduino không hề đo điện áp âm, thế cho nên tất cả chúng ta cần đặt tín hiệu 2,5 V để nó biến hóa trong khoảng chừng từ 0V đến 5V. Ta phải sử dụng thêm 2 điện trở R1 và R2 có giá trị bằng nhau, 2 điện trở chỉ có công dụng phân áp nên ta hoàn toàn có thể chọn 10K – 470K, ở đây ta sử dụng trở 10K Ω .
Tụ C1 có công dụng giảm nhiễu tín hiệu ngõ ra, ở đây ra chọn là 100 uF .

Sơ đồ kết nối mạch đầy đủ:

Lập trình:

Thư viện: https://github.com/openenergymonitor/EmonLib

Code tham khảo:

Xem thêm: Thương mại điện tử là gì? Sau này làm nghề gì? Học trường nào tốt?

#include "EmonLib.h"
EnergyMonitor SCT013;
int pinSCT = A0; //cảm biến kết nối với chân A0
int vol = 230;
int cong_suat;
void setup()
{
SCT013.current(pinSCT, 60.606);
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
double Irms = SCT013.calcIrms(1480); 
cong_suat = Irms * vol; 
Serial.print("Dong dien = ");
Serial.print(Irms);
Serial.println(" A");
Serial.print("Cong suat = ");
Serial.print(cong_suat);
Serial.println(" W");
delay(500);
Serial.print(".");
delay(500);
Serial.print(".");
delay(500);
Serial.println(".");
delay(500);
}

Sau khi liên kết mạch và nạp chương trình xong, ta thực thi đo thực tiễn. Chỉ dùng một dây qua cảm biến, không dùng hai dây sẽ không đo được. Kết nối như hình bên dưới :

Kết quả đo một bóng đèn sợi đốt:

Qua bài viết này, tất cả chúng ta đã hiểu cảm biến dòng điện là gì ? Nguyên lý hoạt động giải trí của nó, và hoàn toàn có thể tự làm một thiết bị để giám sát điện năng cho mái ấm gia đình của bạn .

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử