¿Cómo construir un transformador de corriente de muy bajo costo?

Estoy construyendo un sistema de monitoreo de energía para el hogar de bajo costo. Quiero ver cuánta energía usa el calentador de agua, la bomba de agua grande, el equipo de cocina, la iluminación, la computadora. Sería increíble si pudiera medir cada luz y enchufe en mi casa.

Encontré transformadores de corriente relativamente baratos en el mercado local, pero son demasiado caros para un proyecto como este (necesito demasiados).

Necesito pocos rangos de corriente (5A, 10A, 20A). Quiero medir estas corrientes con un microcontrolador ADC.

Entonces, la pregunta es:

¿Cómo puedo construir un transformador de corriente de bajo costo y tamaño relativamente pequeño?

  1. ¿Tiene que ser toroidal, pequeño (menos de 2x2x2cm para 20A CT) y económico?

  2. Si tiene que ser toroidal, ¿qué tipo de núcleo puedo usar? Los núcleos de polvo de hierro son muy baratos, ¿puedo usarlos? Puedo comprar núcleos de polvo de hierro (rango AL de 33 a 83). por 0,10 EUR.

Sé que enrollar toroides es complicado, pero tengo algunas habilidades mecánicas y siento que puedo construir una pequeña máquina de bobinado de toroides si se requiere un toroide de tamaño pequeño.

Si alguien responde con una respuesta exhaustiva (¿en forma de cómo?), lo otorgaré con una gran recompensa (después de 2 días).

El más barato es un "transformador de corriente con núcleo de aire". Envuelva el alambre A alrededor del alambre B muchas veces.
Estaba pensando en esto. Pero cuantas vueltas ¿Qué tan preciso será?
Tendría que experimentar para obtener una buena cantidad de vueltas; depende del nivel de corriente que esté detectando. En cuanto a qué tan preciso, ¿definir precisión? No cambiará con el tiempo, por lo que si lo calibra correctamente, tendrá una precisión del 100%;)
@Majenko: dado que el eje del cable grande tiene que ser paralelo al eje del cable, el campo magnético está cortando el devanado, envolver el cable A alrededor del cable B no funcionará.
Nadie dijo que sería eficiente...
@Majenko: No es una cuestión de eficiencia, simplemente no funcionará. Considere, por ejemplo, un cable que transporta CA y otro junto a él con su eje paralelo al primero. ¿El campo magnético variable generado por la corriente a través del primer cable inducirá un voltaje en el segundo? ¡Absolutamente! Ahora gire el segundo cable 90 grados para que los ejes de los cables sean perpendiculares. ¿Se inducirá ahora un voltaje en el segundo cable? ¡Absolutamente no! Ahora enrolle el segundo cable alrededor del primero. ¿Se ha cambiado la disposición axial? Si no, ¿cómo se inducirá un voltaje en el segundo cable?
Todo eso es cierto si asume que un cable es un objeto unidimensional sin grosor. Sin embargo, hay algo de grosor, solo muy pequeño, por lo que se inducirá algo de corriente. Como está enrollado helicoidalmente alrededor del cable, no está a 90° sino en un ángulo ligeramente más bajo, por lo que una parte de esa pequeña corriente terminará fluyendo. Como dije, no es eficiente (tal vez 0.001% de eficiencia), pero esencialmente es gratis.
Y simplemente lo armé en mi banco y he aquí, con 3.8A, 5V, a través de un solo conductor, y un cable enrollado alrededor de ese conductor (11 veces, en una longitud de aproximadamente 6 pulgadas), veo (solo tengo un fuente de CC a mano) picos de unos pocos mV en mi osciloscopio cuando lo enciendo o apago. (eso me recuerda que debo construir ese suministro de CA que he querido).
Bueno, espaciar las vueltas tan separadas es hacer trampa, ya que hace que los cables estén más cerca de estar en paralelo, y estoy seguro de que quisiste decir cerrar la herida la primera vez, pero ¿quién es quisquilloso? ;) Sin embargo, el OP debe estar un poco decepcionado, ya que usar su método, con una eficiencia del 0.001%, probablemente obtendrá transformadores 80000 veces más grandes que los transformadores de núcleo de hierro convencionales que funcionan al 80%. Apenas lo que yo llamaría "esencialmente gratis" <G>
Deberías revisar esta respuesta .

Respuestas (3)

Encuentre los transformadores de "núcleo de hierro" de menor costo que pueda que tengan suficiente espacio dentro de una "ventana" de laminación para permitirle empujar un cable a través de ella. Espacio para dos cables aún mejor, pero espacio para uno servirá.

Inserte un cable aislado a través del orificio para que sea efectivamente un devanado de 1 vuelta.
Gire los extremos (aislados) uno alrededor del otro para que formen un lazo apretado alrededor del núcleo.
Dos cables a través (efectivamente, dos vueltas) PUEDEN hacerlo un poco menos susceptible a la perturbación por el movimiento del cable. Mayo.

Ahora tiene un transformador de corriente.

Coloque una resistencia más bien pequeña a través del devanado.
Pase corriente alterna a través del cable.
Mida el voltaje con un medidor.
Ajuste la resistencia a su gusto.

Un pequeño transformador de potencia debería funcionar bien, pero casi cualquier transformador con núcleo de acero funcionará. Los pequeños transistores de acoplamiento entre etapas de audio con núcleos de acero deberían funcionar, pero más vueltas generalmente darán más voltios por amperio.

Informar.

NB: NUNCA he probado este arreglo específico, pero estoy seguro de que funcionará.
Podrá calibrar una gama de transformadores ajustando el valor de la resistencia.

Agregado

Diseño de un transformador de corriente:

Corto:

Dado un transformador con un solo giro primario, un secundario de N giros y una salida deseada de K voltios por amperio de entrada. La resistencia R en el secundario viene dada por

R = kx norte

Tenga en cuenta que la magnetización y la saturación del núcleo son problemas en los casos del mundo real. Para una corriente de entrada de A amperios y un primario de 1 vuelta, el núcleo debe soportar una magnetización de A amperios sin saturarse.

Más extenso

Los transformadores de corriente pueden parecer mágicos, pero en realidad operan bajo reglas de transformadores muy estándar.

Un transformador "normal" (ideal) generalmente tiene un voltaje fijo aplicado que se refleja en la salida pero se multiplica por la relación de vueltas N (Vout = Vin x N) y la corriente de salida se multiplica por 1/N, por lo que Iout = Iin/N .

Un transformador de corriente no funciona de manera diferente, PERO en lugar de restringir a Vin y dejar que Iin asuma un valor apropiado, restringimos Iin y dejamos que Vin asuma cualquier valor que suceda. De hecho, normalmente no nos importa el valor de Vin, nos importa Vout. Así que configuramos Iin, que es la corriente que se "mide", esto produce Iout = Iin/N, seleccionamos un vresistor de salida para que Iout fluya de modo que Vout sea un valor deseado para un Iin dado, y luego medimos Vout para establecer qué es Ion. Vin es Vo/N pero casi nunca se mide.

Dado un transformador con 1 vuelta primaria y N vueltas secundarias.
R = resistencia colocada en el secundario para que Iout fluya hacia adentro. Is = Isecundario
p = Iprimario.
N = relación de vueltas (Turns_in / Turns_out) . k = voltios deseados a través de R por amperio en el primario. R = resistencia a través del secundario.

Entonces

Is = Ip/N (acción estándar del transformador).
R = Vs/Is
pero Is = Ip/N
Vs = K.Ip donde seleccionamos R para hacer que K = Vout/Iin asuma el valor de nuestra elección.

Establecer Ip = 1 Amp
Is = Ip/N Vs = k
R = Vs/Is = k / (Ip/N) = KN/Ip
As Ip = 1

R = kN !!! Sorprendentemente simple. es decir, seleccione K = salida de voltios por entrada de amperios. Seleccione o use la relación de vueltas disponible N.

Establezca R = kN = Relación de voltios/amperios x vueltas

Para encontrar una resistencia en la salida para obtener K voltios por amperio. V=iR entonces R = V/I. Para Iprim = 1, Vsec = k. R = V/iseg = VN/Iprim = kN/1 = kN. | R = Relación de voltios por amperio x vueltas.

Este método es en realidad mejor que hacer todos los cálculos. Hice algo un poco diferente. Puse 200 vueltas en el núcleo, 1 vuelta primaria, puse 1A a través de él y medí la corriente secundaria (en realidad, voltaje en 10 ohmios). Eso me dio relación de CT con 200 vueltas. Ajusté el conteo de vueltas para tener la relación deseada y verifiqué si no se saturaba en el rango de CT deseado.
N = relación de vueltas. Isec = Iprim / N. Para encontrar una resistencia en la salida para obtener K voltios por amperio. V=iR entonces R = V/I. Para Iprim = 1, Vsec = k. R = V/iseg = VN/Iprim = kN/1 = kN. | R = Relación de voltios por amperio x vueltas.
+1 Russel He implementado el transformador de corriente escocés. Funciona bien durante 20 años de forma intermitente en plantillas de prueba.
@autista :-). Supongo que por "escocés" te refieres a mi método descrito de usar un transformador estándar con un cable que pasa a través de una ventana de laminación adecuada.

Creo que tendrá muchos problemas para obtener un rendimiento lo suficientemente bueno a 50 Hz de un toroide con núcleo de hierro en polvo; la inductancia no será lo suficientemente alta. Es por eso que normalmente se utilizan núcleos de permalloy enrollados en cinta.

Si usa un núcleo grande de hierro en polvo (para dar más espacio para el devanado) y coloca varias vueltas en el primario en lugar de solo una, es posible que pueda obtener un rendimiento aceptable (5 vueltas le darían 25 veces la inductancia). Comience con sus requisitos (frecuencia mínima, resolución de corriente mínima) y realice algunos cálculos de diseño del transformador. La saturación también debe tenerse en cuenta.

Si desea utilizar bobinas de núcleo de aire, siempre existe la bobina de Rogowski , que proporciona una salida que puede integrar para generar corriente.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Necesito un núcleo AL bajo, ¿verdad?
Alto AL para alta inductancia.
Creo que encontré núcleos adecuados. Rango AL de 2500 a 10000, precio 0.12EUR. Materia F860. ¿Será bueno para CT?
@Kamil Parece que tiene potencial.
@SpehroPefhany ¿Potencial? ¿Fue eso un juego de palabras? :-)

La empresa "RIB" fabrica CT y combinaciones de CT/relé capaces de medir de 0,25 a 200 A. La mayoría cuestan menos de $30. Casi cualquier suministro eléctrico o electrónico los tiene, Graybar, Johnstone Supply y Grainger, por nombrar algunos de los mejores. mi cabeza

La pregunta es sobre hacer, no comprar.
"La mayoría cuestan menos de $ 30", ¡eso es extremadamente caro! Encontré un proveedor que vende CT (rango 10-50A) por alrededor de 4-5 USD.
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