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Cinque insidie nella progettazione dei circuiti per le applicazioni con trasformatori di corrente
Una guida avanzata per passare da "far funzionare" a "far funzionare bene"
2026-07-14
Nel corso delle nostre interazioni con numerosi clienti in merito alle applicazioni dei trasformatori di corrente, abbiamo osservato che molti ingegneri tendono a seguire soluzioni "funzionali" nella progettazione di circuiti di rilevamento della corrente. Finché il circuito funziona e i dati corrispondono approssimativamente, il progetto viene consegnato per l'utilizzo. Tuttavia, "funzionale" non equivale a "ottimale funzionamento": spesso, bastano pochi dettagli chiave per distinguere una soluzione "funzionale" da una "ottimale", ma questi dettagli possono portare a differenze qualitative in termini di precisione, affidabilità e gamma dinamica del sistema. Questo articolo affronta i comuni fraintendimenti nella selezione dei trasformatori di corrente e nella progettazione dei circuiti, illustra cinque errori di progettazione facilmente trascurabili e fornisce le relative soluzioni.
Il primo problema: il posizionamento errato della resistenza di campionamento. Il trasformatore di corrente emette corrente alternata (CA). Se è necessario un segnale di tensione in corrente continua (CC), sono necessari la rettificazione e la conversione corrente-tensione (I/V). Molti ingegneri sono abituati a utilizzare prima una resistenza per convertire la corrente CA in una tensione CA, per poi raddrizzarla e filtrarla in una tensione CC. Questo circuito può generare un segnale, ma la precisione è scarsa. La causa principale risiede nella distorsione della relazione tensione-corrente dovuta alla non linearità del diodo. L'approccio corretto richiede solo piccole modifiche: posizionare la resistenza di campionamento dopo il circuito di rettificazione, sfruttare la caratteristica di corrente costante del trasformatore di corrente e consentire al trasformatore di compensare automaticamente la non linearità del diodo, migliorando così significativamente la precisione di rilevamento. Tuttavia, questo metodo ha determinati requisiti per la capacità di pilotaggio del trasformatore. Se il segnale di uscita del trasformatore è debole, sono necessarie soluzioni alternative come la rettificazione di precisione .
Il secondo problema: l'errata corrispondenza della resistenza di carico. L'impedenza di carico di un trasformatore di corrente influisce direttamente sulla sua precisione. Quando l'impedenza di carico supera il range di tolleranza del trasformatore, la corrente di eccitazione aumenta bruscamente e il nucleo magnetico tende a saturarsi, con conseguente aumento significativo dell'errore di misura. Alcuni ingegneri aumentano arbitrariamente il valore della resistenza di campionamento per ottenere una tensione di ingresso ADC più elevata, compromettendo completamente le specifiche di precisione del trasformatore. L'approccio corretto consiste nel consultare la scheda tecnica del trasformatore di corrente o contattare il produttore prima di progettare il circuito di campionamento, verificare il range di carico nominale e assicurarsi che il valore della resistenza di campionamento non superi tale limite. Solo in questo modo è possibile raggiungere il livello di precisione dichiarato dal produttore del trasformatore.
Il terzo problema: alimentare direttamente un ADC unipolare con il segnale CA. Il segnale CA in uscita dal trasformatore di corrente (CT) è un segnale bipolare centrato intorno a 0 V, mentre la maggior parte degli ADC dei microcontrollori può accettare solo segnali unipolari positivi. Alimentare direttamente l'ADC con il segnale CA comporterà il mancato riconoscimento del segnale negativo a metà ciclo, causando gravi anomalie nei dati campionati. Esistono tre soluzioni comuni a questo problema: in primo luogo, è possibile utilizzare un software per convertire ed elaborare solo il segnale positivo a metà ciclo, soluzione adatta per applicazioni in cui la precisione non è critica. In secondo luogo, è possibile utilizzare un circuito raddrizzatore per convertire il segnale bipolare in un segnale unipolare. In terzo luogo, è possibile sovrapporre una tensione di polarizzazione CC al segnale CA per portare l' intero segnale entro l'intervallo di ingresso dell'ADC, e quindi ripristinare il valore CA originale tramite software. La terza soluzione è la più comunemente utilizzata, ma è necessario prestare attenzione alla precisione e alla deriva termica del circuito di polarizzazione stesso, che possono essere compensate tramite campionamento differenziale o calibrazione software.
Il quarto errore: concentrarsi esclusivamente sul rapporto di trasformazione trascurando la classe di precisione e le caratteristiche di saturazione. Molti ingegneri, nella scelta dei trasformatori di corrente (TC), prestano attenzione solo al rapporto di trasformazione, trascurando le differenze in termini di classe di precisione e caratteristiche di saturazione. I TC di misura mantengono un'elevata precisione entro l'intervallo di corrente nominale di esercizio, ma si saturano rapidamente in caso di guasti ad alta corrente per proteggere le apparecchiature a valle. I TC di protezione, d'altro canto, devono mantenere una trasformazione lineare anche a correnti decine di volte superiori alla corrente nominale per garantire il corretto funzionamento del dispositivo di protezione. Se un TC di misura viene utilizzato in un'applicazione di protezione, la rapida saturazione del nucleo magnetico può causare malfunzionamenti del dispositivo di protezione; se un TC di protezione viene utilizzato in un'applicazione di misurazione , la sua precisione a carichi normali potrebbe non soddisfare i requisiti. Nella scelta di un TC, è fondamentale considerare lo specifico scenario applicativo, valutare in modo completo la classe di precisione, il carico nominale e le caratteristiche di saturazione e scegliere il prodotto più adatto.
La quinta trappola: circuito aperto sul lato secondario del trasformatore di corrente. Questo è il rischio per la sicurezza più grave. Quando il trasformatore di corrente funziona normalmente, la corrente secondaria esercita un effetto smagnetizzante sulla corrente primaria, con conseguente tensione molto bassa al terminale secondario. Una volta che il lato secondario è aperto, l'effetto smagnetizzante scompare e la corrente primaria diventa interamente corrente di eccitazione. Il nucleo magnetico si satura rapidamente e, a causa dell'elevato numero di spire nell'avvolgimento secondario, può indurre un'alta tensione di migliaia di volt, sufficiente a rompere l'isolamento e mettere in pericolo la vita. Pertanto, è assolutamente vietato installare un fusibile nel circuito secondario del trasformatore di corrente, né è consentito interrompere il circuito arbitrariamente durante il funzionamento. Se l'interruzione è effettivamente necessaria, è necessario adottare preventivamente misure affidabili per prevenire i circuiti aperti.
Esaminando i cinque problemi sopra menzionati, risulta evidente che condividono un punto in comune: il circuito "funziona", ma il progettista non possiede una reale comprensione delle caratteristiche fondamentali del trasformatore di corrente come "sorgente di corrente". Inoltre, non viene prestata sufficiente attenzione ad aspetti cruciali come l'adattamento del carico, il condizionamento del segnale, la selezione e l'adattamento, nonché le norme di sicurezza. Il divario tra "funzionalità" e " prestazioni ottimali" risiede proprio nella trascuratezza di questi dettagli.
Shenzhen Deheng Technology Co., Ltd. è da molti anni profondamente coinvolta nel settore dei sensori di corrente di precisione. La sua gamma di prodotti comprende sensori di corrente a effetto Hall, sensori di corrente fluxgate, trasformatori di corrente di precisione, trasmettitori di corrente e trasformatori combinati di corrente e tensione, con precisioni fino allo 0,01% . L'azienda non solo fornisce trasformatori di corrente di precisione di alta qualità, ma offre anche soluzioni applicative complete per trasformatori di corrente a clienti in numerosi settori, tra cui veicoli a energia alternativa, colonnine di ricarica, apparecchiature di distribuzione dell'energia, alimentatori per telecomunicazioni, IoT, strumentazione, domotica, sistemi di alimentazione, generazione di energia fotovoltaica, sistemi di accumulo di energia e trasporto ferroviario. Dalla selezione del prodotto e l'abbinamento del carico alla progettazione del circuito di campionamento e all'elaborazione del segnale, Deheng aiuta gli utenti a superare l'ostacolo del semplice "utilizzo" di un dispositivo e a "utilizzarlo efficacemente". Se durante la progettazione di circuiti di rilevamento della corrente si riscontrano problemi quali scarsa precisione, scarsa linearità, intervallo insufficiente o difficoltà di selezione, il team di supporto tecnico di Deheng Technology può fornire soluzioni e suggerimenti applicativi mirati.
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