Con la entrada de hoy comienzo una serie de entradas en las que voy a describir algunos de los componentes eléctricos/electrónicos que voy a usar en mis montajes. Yo no es que sea un genio en el campo de la electrónica ni de la electricidad: lo poco que estudié fue ya hace muchos años, pero conozco los fundamentos porque siempre me ha gustado. Como curiosidad, todavía en casa de mis padres conservo un par de cajas de Electro-L como el de la imagen:
(No, el de la foto no soy yo, aunque lo parezca...)
Lo que quiero decir con esto es que voy a intentar explicar los fundamentos como para tontos, y así nos enteramos todos, incluido yo.
El transformador
Para entender el funcionamiento de nuestro sensor de corriente eléctrica, tenemos que hablar antes del transformador (enlace a Wikipedia)
Un transformador es uno de los componentes fundamentales de la distribución de la electricidad tal y como la conocemos hoy. Su fundamento es la inducción electromagnética: ese famoso fenómeno que he tenido que volver a aprender este año al preguntarle a mi hija de 12 años un tema de Conocimiento del Medio que dice que al mover con rapidez un campo magnético en las cercanías de un conductor eléctrico enrollado a modo de espiral sobre un núcleo de hierro, en dicho conductor se produce una corriente eléctrica que es proporcional a la velocidad con la que muevas el campo magnético, y viceversa; que al recorrer una corriente eléctrica pulsante por dicho conductor se induce un campo magnético proporcional...
El transformador hace uso de los dos efectos al mismo tiempo. Básicamente son dos bobinas enrolladas sobre un núcleo común (normalmente un núcleo de hierro o ferrita en forma circular o cuadrangular). Al circular una corriente alterna sobre la bobina número 1 (el primario), esto genera un campo magnético que se propaga por el núcleo común, induciendo una nueva corriente en la bobina número 2 (el secundario).
Una de las características más interesantes de este componente es que en él confluyen dos circuitos eléctricos independientes, cada uno con unas características, pero la potencia se conserva (idealmente, aunque siempre puede haber alguna pérdida) en ambos circuitos. Otra de las características interesantes es que la intensidad de la corriente inducida en el secundario es inversamente proporcional al número de vueltas de su bobina, y directamente proporcional al número de vueltas de la bobina principal. De este modo, obtenemos las siguientes fórmulas:
Vp * Ip = Vs * Is (potencia invariable)
Np/Ns = Is/Ip (proporcionalidad de las intensidades)
Siendo Vp el voltaje del circuito primario, Vs el del secundario, Np el número de vueltas de la bobina del primario, Ns el número de vueltas del secundario, Ip la intensidad de la corriente que circula por el circuito primario e Is la que circula por el secundario.
Pongamos un ejemplo para comprender todo esto. Si tenéis una cierta edad, supongo que habréis conocido esos transformadores que había en nuestras casas cuando teníamos la corriente a 125V y las televisiones y otros electrodomésticos funcionaban a 220V. Estos transformadores tenían por tanto un primario cuyo Vp = 125V y un secundario cuyo Vs = 220V. Si nuestra tele tenía un consumo digamos de unos 100W, podemos calcular las intensidades de ambos circuitos porque sabemos que la potencia es (aproximadamente) la misma a ambos lados del transformador:
P = V * I, 100W = 125V * Ip = 220V * Is
Despejando, Ip = 100W / 125V = 0,8A
Igualmente, Is = 100W / 220V = 0,45A
Vemos por tanto que la intensidad de la corriente que pasa por este secundario es inferior a la del primario mientras que el voltaje es superior, manteniéndose siempre el producto de ambos, que es la potencia, invariable.
Podríamos también calcular el número de vueltas de cada bobina según la proporción que hemos visto antes. Supongamos que el primario tenía un devanado de 1000 vueltas. ¿Cuantas vueltas tendría el secundario?
Is/Ip = 0,45A / 0,8A = 1000/Ns
Ns = 0,8A * 1000 / 0,45A = 1760 vueltas
Vemos por tanto que, si el número de vueltas del secundario es superior al del primario, aumenta proporcionalmente el voltaje y disminuye inversamente la intensidad. De hecho, si tuviéramos el mismo número de vueltas en ambos lados, ambos circuitos,tendrían las mismas características, con la diferencia de que serían dos circuitos aislados.
El sensor de corriente
Bueno, pues ya está bien de teoría. El componente que nos traemos entre manos, el sensor de corriente (también llamada pinza amperimétrica en algunos sitios) es un tipo específico de transformador, con ciertas características particulares:
- El núcleo del transformador se puede abrir y cerrar, para poder situarlo alrededor de un conductor sin tener que desconectarlo.
- El devanado primario lo constituye el conductor a medir al pasar por dentro del núcleo, y tiene por tanto una sola vuelta.
El resto de las características (y las fórmulas matemáticas empleadas) son exactamente iguales que en el resto de los transformadores.
En la imagen pongo el que yo he comprado:
Se trata de un sensor SCT013 de la marca yhdc (chino) que se puede comprar en muchas partes. Yo el mío lo compré en Aliexpress y me costó unos 5€ puesto en casa. El enlace al producto en cuestión es el siguiente:
Este sensor admite una intensidad máxima de 100A en el primario, transformándola en una intensidad máxima de 50mA en el secundario. Como hemos dicho, el primario tendrá una única vuelta, por lo que aplicando la fórmula de proporcionalidad obtenemos que el secundario esta formado por una bobina con 2000 vueltas en su devanado.
100A / 0,05A = 2000 / 1
El sensor viene con un cable de aproximadamente un metro y con un conector de tipo minijack en su extremo, con tres contactos (minijack audio stereo) de los cuales el intermedio no tiene conexión. El secundario por tanto se accede por medio de los otros dos contactos.
El sensor es pasivo (no requiere alimentación) y su funcionamiento es lógicamente muy sencillo si sabemos cómo funciona un transformador: en el primario (el conductor a medir) se aplica una corriente alterna con un consumo determinado y como resultado tenemos la intensidad a medir. Dicha corriente genera otra corriente inducida en el secundario que tiene una intensidad 2000 veces menor. Lógicamente, lo que nos interesa no es obtener una intensidad proporcional, sino un voltaje proporcional que podamos medir más fácilmente, pero eso es otra historia y ya la veremos cuando conectemos el sensor al arduino.
Por otra parte, una vez calculada la intensidad en el primario, calcular la potencia o consumo eléctrico es tan fácil como multiplicarla por el voltaje de entrada (normalmente 230V).
Como ya digo, este artículo es tan sólo una introducción al funcionamiento de este componente. Su utilización practica la veremos más adelante, mediante un montaje con arduino.
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