Sensores de corriente de flujo cero: ¿como en «Regreso al futuro»?
El «compensador de flujo» de este clásico es, por supuesto, pura ficción, pero el término suena bastante científico… y muy molón. El «Zero-Flux» de los «sensores de corriente Zero-Flux» de HIOKI, por el contrario, no es ni un producto de la imaginación ni un término publicitario que se haya inventado el equipo de marketing japonés de HIOKI.
¿Qué significa «Zero-Flux»?
Para entender qué significa «Zero Flux», echemos primero un vistazo al término «Flux»: El término «flujo» se utiliza en diversos ámbitos científicos y técnicos y tiene un significado específico según el contexto. Sin embargo, el principio básico sigue siendo el mismo: siempre se trata del flujo de una magnitud física determinada a través de una superficie definida.
Dado que en este caso se trata de sensores de corriente, el flujo magnético es relevante. Este describe la cantidad total de campo magnético que atraviesa una superficie determinada, definida por la intensidad del campo y su extensión espacial. Por lo tanto, el flujo magnético representa la presencia, la intensidad y la dirección de un campo magnético en una superficie determinada.
En primer lugar, la pregunta: ¿cómo funciona un transformador de corriente clásico?
¿Por qué nos centramos primero en esta tecnología? Porque el flujo magnético también desempeña aquí un papel fundamental; se podría decir que se trata, en cierto modo, del «preludio» de un sensor de corriente de flujo cero.
Los sensores de corriente basados en este principio clásico del transformador solo son aptos para corriente alterna (CA). No se encuentran entre los sensores de corriente más precisos, pero su fabricación es relativamente sencilla. Un ejemplo típico de este tipo de sensor es una pinza amperimétrica, utilizada por los técnicos de mantenimiento en instalaciones eléctricas.
Funcionamiento de un transformador de corriente alterna (TA) clásico
Un transformador de corriente alterna convencional funciona de manera similar a un transformador, con la diferencia de que el devanado primario tiene una sola espira. 1. La corriente que se va a medir genera un flujo magnético (Φ) en el núcleo del sensor de corriente. 2. Este flujo induce una corriente secundaria en la bobina (N), que fluye a través de una resistencia en derivación (r). 3. La corriente secundaria genera un flujo magnético opuesto (Φ'), que, en condiciones ideales, compensa el flujo magnético original (Φ). Este mecanismo de retroalimentación negativa evita la saturación del núcleo magnético y garantiza la precisión del sensor. Si esta compensación funcionara a la perfección, el sensor equivaldría ya a un sensor de corriente de flujo cero: el flujo magnético estaría completamente compensado. Lamentablemente, esto solo funciona a frecuencias más altas; a bajas frecuencias persiste un flujo residual.
Sensores de corriente de flujo cero
A altas frecuencias, los transformadores de corriente clásicos compensan muy bien el flujo magnético. Sin embargo, para bajas frecuencias o corriente continua (CC), este principio no es suficiente, ya que —al igual que en un transformador— requiere corriente alterna. Para que un sensor de corriente funcione con precisión también a bajas frecuencias o con corriente continua, es necesario integrar un mecanismo adicional que compense por completo el flujo magnético. Eso es precisamente lo que ocurre en los sensores de corriente de flujo cero.
¿Qué mecanismos caracterizan a los sensores de corriente de flujo cero?
Un transformador de corriente puede convertirse en un sensor de corriente de flujo cero mediante uno de los tres métodos siguientes:
- 1. Bobina de medición (no apta para corriente continua)
- 2. Elemento Hall
- 3. Tecnología Fluxgate
Dado que el principio de la bobina de medición es el que más se acerca al principio clásico del transformador, lo utilizaremos aquí como ejemplo de un sensor de corriente de flujo cero. Aunque este principio no es adecuado para la corriente continua, ya que se basa en una bobina adicional, en el caso de los sensores de corriente alterna permite el flujo cero en un rango de frecuencias muy amplio.
¿Cómo funciona un sensor de corriente de flujo cero con bobina de medición?
En el caso de las altas frecuencias, el sensor de flujo cero funciona según el mismo principio que un transformador de corriente clásico: la corriente secundaria compensa el flujo magnético a través de la bobina de retroalimentación.
En el caso de las bajas frecuencias, ocurre lo siguiente: el flujo magnético residual (Φ - Φ') induce una tensión en la bobina de medición. A continuación, un circuito amplificador genera una corriente de retroalimentación negativa adicional que se conduce a la bobina de retroalimentación, con lo que el flujo magnético queda completamente compensado incluso a bajas frecuencias: se alcanza el «flujo cero».
Conclusión: ¿viaje en el tiempo o tecnología de medición de alta precisión?
Aunque «Zero-Flux» suene a ciencia ficción, esta tecnología no tiene nada que ver con los viajes en el tiempo. Sin embargo, permite realizar mediciones de corriente de alta precisión, desde corriente continua hasta bajas y altas frecuencias.
Por cierto: HIOKI lleva desarrollando sensores de corriente desde 1971. ¡Echa un vistazo a la historia de la tecnología de medición de corriente de HIOKI!
