- Metode Penginderaan Arus Sensor Efek Hall
- Metode Penginderaan Arus Sensor Gerbang Fluks
- Metode Penginderaan Arus Rogowski Coil
- Metode Penginderaan Arus Transformator Saat Ini
- Metode Penginderaan Arus Resistor Shunt
- Bagaimana cara memilih Metode Penginderaan Saat Ini yang tepat?
Arus merupakan faktor yang sangat kritis dalam Elektronika atau Teknik Elektro. Dalam elektronik, arus dapat memiliki bandwidth dari beberapa nano-ampere hingga ratusan ampere. Kisaran ini bisa jauh lebih luas dalam domain Kelistrikan biasanya hingga beberapa ribu ampere, terutama di Jaringan Listrik. Ada beberapa metode berbeda untuk merasakan dan mengukur arus di dalam rangkaian atau konduktor. Pada artikel ini, kita akan membahas bagaimana mengukur arus menggunakan berbagai teknik penginderaan arus dengan kelebihan, kekurangan, dan aplikasinya.
Metode Penginderaan Arus Sensor Efek Hall
Efek Hall ditemukan oleh fisikawan Amerika Edwin Herbert Hall dan dapat digunakan untuk merasakan arus. Ini umumnya digunakan untuk mendeteksi medan magnet dan dapat berguna dalam banyak aplikasi seperti Speedometer, alarm pintu, BLDC DIY.
Sensor Hall Effect menghasilkan tegangan keluaran tergantung dari medan magnet. Rasio tegangan keluaran sebanding dengan medan magnet. Selama proses penginderaan arus, arus diukur dengan mengukur medan magnet. Tegangan output sangat rendah dan perlu diperkuat ke nilai yang berguna dengan menggunakan penguat gain tinggi dengan noise sangat rendah. Selain dari sirkuit amplifier, sensor Hall Effect membutuhkan sirkuit tambahan karena merupakan transduser linier.
Kelebihan:
- Dapat digunakan pada frekuensi yang lebih tinggi.
- Dapat digunakan di AC dan DC secara akurat.
- Metode berbasis non-kontak.
- Dapat digunakan di lingkungan yang kasar.
- Itu bisa diandalkan.
Kekurangan:
- Sensor melayang dan membutuhkan kompensasi.
- Sirkuit tambahan membutuhkan keluaran yang berguna.
- Mahal dari teknik berbasis shunt.
Sensor Efek Hall digunakan dalam pengukur penjepit serta di banyak aplikasi penginderaan arus Industri dan Otomotif. Banyak jenis sensor efek Hall linier dapat merasakan arus dari beberapa mili-amp hingga ribuan ampere. Oleh karena itu, Aplikasi Pemantauan Jaringan Cerdas juga menggunakan jenis sensor efek Hall yang berbeda untuk memantau arus konduktor.
Metode Penginderaan Arus Sensor Gerbang Fluks
Induktor jenuh adalah komponen utama untuk teknik penginderaan Fluxgate. Karena itu, sensor Fluxgate disebut sebagai Sensor Arus Induktor Saturable. Inti induktor yang digunakan untuk sensor fluxgate bekerja di daerah saturasi. Tingkat kejenuhan induktor ini sangat sensitif dan setiap kerapatan fluks internal atau eksternal mengubah tingkat kejenuhan induktor. Permeabilitas inti berbanding lurus dengan tingkat kejenuhan, maka induktansi juga berubah. Perubahan nilai induktor ini dianalisis oleh sensor gerbang fluks untuk merasakan arus. Jika arusnya tinggi, induktansi menjadi lebih rendah, jika arusnya rendah, induktansi menjadi tinggi.
Sensor Hall Effect bekerja mirip dengan sensor fluxgate, tetapi ada satu perbedaan di antara keduanya. Perbedaannya ada pada material intinya. Sensor Flux Gate menggunakan induktor jenuh tetapi sensor Hall Effect menggunakan inti udara.
Pada gambar di atas, konstruksi dasar dari sensor gerbang fluks ditunjukkan. Ada dua kumparan primer dan sekunder yang melilit inti induktor jenuh. Perubahan aliran arus dapat mengubah permeabilitas inti yang mengakibatkan perubahan induktansi di kumparan lainnya.
Kelebihan:
- Dapat mengukur dalam berbagai frekuensi.
- Memiliki akurasi yang tinggi.
- Offset dan drift rendah.
Kekurangan:
- Konsumsi daya sekunder yang tinggi
- Faktor risiko meningkat untuk tegangan atau gangguan arus di konduktor utama.
- Hanya cocok untuk DC atau AC frekuensi rendah.
Sensor Fluxgate digunakan di Solar Inverter untuk merasakan arus. Selain itu, pengukuran arus AC dan DC loop tertutup dapat dengan mudah dilakukan dengan menggunakan sensor Flux Gate. Metode penginderaan arus Flux Gate juga dapat digunakan dalam pengukuran Arus bocor, deteksi arus berlebih, dll.
Metode Penginderaan Arus Rogowski Coil
Kumparan Rogowski dinamai berdasarkan fisikawan Jerman Walter Rogowski. Kumparan Rogowski dibuat menggunakan kumparan inti udara berbentuk heliks dan dililitkan di sekitar konduktor yang ditargetkan untuk pengukuran arus.
Pada gambar di atas, koil Rogowski ditampilkan dengan sirkuit tambahan. Sirkuit tambahan adalah sirkuit integrator. Koil Rogowski memberikan tegangan keluaran tergantung pada laju perubahan arus pada konduktor. Rangkaian integrator tambahan diperlukan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang sebanding dengan arus.
Kelebihan:
- Ini adalah metode yang baik untuk mendeteksi perubahan arus frekuensi tinggi yang cepat.
- Pengoperasian yang aman dalam hal penanganan belitan sekunder.
- Solusi berbiaya rendah.
- Fleksibilitas penanganan karena konstruksi loop terbuka.
- Kompensasi suhu tidaklah rumit.
Kekurangan:
- Hanya cocok untuk AC
- Memiliki sensitivitas yang rendah dibandingkan trafo arus.
Kumparan Rogowski memiliki berbagai aplikasi. Misalnya, pengukuran arus dalam modul daya besar, terutama di seluruh MOSFET atau transistor daya tinggi atau di seluruh IGBT. Koil Rogowski memberikan opsi pengukuran yang fleksibel. Karena respons kumparan Rogowski sangat cepat terhadap transien atau gelombang sinusoidal frekuensi tinggi, ini adalah pilihan yang baik untuk mengukur transien arus frekuensi tinggi di saluran listrik. Dalam distribusi daya atau jaringan pintar, koil Rogowski memberikan fleksibilitas yang sangat baik untuk pengukuran arus.
Metode Penginderaan Arus Transformator Saat Ini
Trafo arus atau CT digunakan untuk merasakan arus dengan tegangan sekunder yang sebanding dengan arus pada kumparan sekunder. Ini adalah Trafo Industri yang mengubah nilai besar tegangan atau arus menjadi nilai yang jauh lebih kecil pada kumparan sekundernya. Pengukuran dilakukan pada keluaran sekunder.
Pada gambar di atas, konstruksi ditampilkan. Ini adalah transformator CT yang ideal dengan rasio primer dan sekunder 1: N. N tergantung pada spesifikasi trafo. Pelajari lebih lanjut tentang transformer di sini.
Kelebihan:
- Kapasitas penanganan saat ini besar, lebih dari metode lain yang ditunjukkan dalam artikel ini.
- Tidak membutuhkan sirkuit tambahan.
Kekurangan:
- Membutuhkan perawatan.
- Histeresis terjadi karena magnetisasi.
- Arus primer yang tinggi memenuhi bahan inti ferit.
Penggunaan utama teknik penginderaan arus berbasis trafo CT adalah di jaringan listrik karena kapasitas pengukuran arus yang sangat tinggi. Beberapa klem meter juga menggunakan trafo arus untuk pengukuran arus bolak-balik.
Metode Penginderaan Arus Resistor Shunt
Ini adalah metode yang paling banyak digunakan dalam teknik penginderaan saat ini. Teknik ini didasarkan pada hukum Ohm.
Resistor bernilai rendah secara seri digunakan untuk merasakan arus. Ketika arus mengalir melalui resistor bernilai rendah, itu menghasilkan perbedaan tegangan di seluruh resistor.
Mari kita ambil contoh.
Misalkan arus 1A mengalir melalui resistor 1-ohm. Sesuai hukum ohm, Tegangan setara dengan arus x resistansi. Oleh karena itu, ketika arus 1A mengalir melalui resistor 1-ohm, itu akan menghasilkan 1V melintasi resistor. Watt resistor merupakan faktor penting yang harus dipertimbangkan. Namun, ada resistor bernilai sangat kecil yang juga tersedia di pasaran, di mana resistansinya dalam kisaran mili-ohm. Dalam kasus seperti itu, perbedaan tegangan pada resistor juga sangat kecil. Penguat gain tinggi diperlukan untuk meningkatkan amplitudo tegangan dan akhirnya, arus diukur menggunakan dasar perhitungan terbalik.
Pendekatan alternatif untuk jenis teknik penginderaan arus ini adalah dengan menggunakan jejak PCB sebagai resistor shunt. Karena jejak tembaga pada PCB menawarkan resistansi yang sangat kecil, jejak tersebut dapat digunakan untuk mengukur arus. Namun, dalam pendekatan alternatif semacam itu, beberapa dependensi juga menjadi perhatian besar untuk mendapatkan hasil yang akurat. Faktor utama yang mengubah permainan adalah pergeseran suhu. Bergantung pada suhu, tahanan jejak berubah sehingga menghasilkan kesalahan. Seseorang perlu mengkompensasi kesalahan ini dalam aplikasi.
Kelebihan:
- Solusi yang sangat hemat biaya
- Dapat bekerja di AC dan DC.
- Peralatan tambahan tidak diperlukan.
Kekurangan:
- Tidak cocok untuk operasi arus tinggi karena pembuangan panas.
- Pengukuran shunt memberikan penurunan efisiensi sistem yang tidak perlu karena pemborosan energi di seluruh resistor.
- Penyimpangan termal memberikan hasil kesalahan dalam aplikasi suhu tinggi.
Penerapan resistor Shunt mencakup amp meter digital. Ini adalah metode yang akurat dan lebih murah selain sensor Efek Hall. Resistor shunt juga dapat memberikan jalur resistansi rendah dan memungkinkan arus listrik melewati satu titik ke titik lain dalam suatu rangkaian.
Bagaimana cara memilih Metode Penginderaan Saat Ini yang tepat?
Memilih metode yang tepat untuk penginderaan saat ini bukanlah hal yang sulit. Ada beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan untuk memilih metode yang tepat, seperti:
- Seberapa akurat dibutuhkan?
- Pengukuran DC atau AC atau keduanya?
- Berapa konsumsi daya yang dibutuhkan?
- Berapa kisaran dan bandwidth saat ini yang akan diukur?
- Penetapan biaya.
Selain itu, sensitivitas yang dapat diterima dan penolakan interferensi juga perlu dipertimbangkan. Karena setiap faktor tidak dapat dipenuhi, beberapa trade-off dilakukan untuk mengkompromikan satu fitur dengan fitur lainnya tergantung pada prioritas persyaratan aplikasi.