Vooluandur on seade, mida kasutatakse elektrivoolu voolu tuvastamiseks ja mõõtmiseks juhis. See mängib olulist rolli elektrilistes mõõtmis-, seire- ja juhtimissüsteemides, muutes voolu mõõdetavaks väljundsignaaliks, nagu pinge, digitaalsed andmed või analoogsignaalid. Vooluandureid kasutatakse laialdaselt elektrisüsteemides, tööstusautomaatikas, taastuvenergia seadmetes, elektrisõidukites ja olmeelektroonikas.
Põhiline tööpõhimõte a vooluandur sõltub meetodist, mida see voolu tuvastamiseks kasutab. Üks levinumaid tüüpe on magnetvälja tuvastamise meetod. Kui elektrivool liigub läbi juhi, tekitab see André-Marie Ampère'i elektromagnetilise teooria kohaselt selle ümber magnetvälja. Vooluandurid tuvastavad selle magnetvälja ja muudavad selle proportsionaalseks elektrisignaaliks.
Laialdaselt kasutatav magnetvoolu tuvastamise tehnoloogia on Halli efekti põhimõte. Halli efekti vooluanduris asetatakse Halli element juhti ümbritseva magnetsüdamiku lähedusse. Kui vool liigub läbi juhi, kontsentreeritakse magnetväli südamiku poolt ja tuvastatakse Halli elemendi poolt. Halli element tekitab magnetvälja tugevusega võrdelise väikese pinge, mida seejärel võimendatakse ja töödeldakse kasutatavaks väljundsignaaliks. See meetod võimaldab mittekontaktset mõõtmist ja tagab elektriisolatsiooni mõõdetud vooluahela ja väljundahela vahel, parandades ohutust ja töökindlust.
Teine levinud tüüp on voolutrafo, sageli lühendatult CT. See töötab elektromagnetilise induktsiooni alusel. Kui vahelduvvool voolab läbi primaarjuhi, tekitab see muutuva magnetvälja, mis indutseerib proportsionaalse voolu sekundaarmähises ümber magnetsüdamiku. Sekundaarvool on palju väiksem ja seda on ohutum mõõta. See põhimõte järgib Michael Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadust. Voolutrafosid kasutatakse laialdaselt elektrijaotussüsteemides, kuna need on täpsed, töökindlad ja sobivad suurte vahelduvvoolude mõõtmiseks. Siiski ei saa nad alalisvoolu mõõta, kuna alalisvool ei loo muutuvat magnetvälja.
Teine tuvastusmeetod on šundi takisti tehnika. Selle meetodi puhul asetatakse täppismadala takistusega takisti vooluteega järjestikku. Kui vool läbib takistit, tekib Georg Ohmi seaduse järgi väike pingelang. Seda pinget mõõtes ja takistuse väärtust teades saab voolu täpselt välja arvutada. Šundiandurid on lihtsad, odavad ja sobivad nii vahelduv- kui alalisvoolu mõõtmiseks. Kuid need tekitavad soojust võimsuse hajumise tõttu ega taga elektriisolatsiooni.
Täiustatud vooluandurid kasutavad magnetvoo värava tehnoloogiat või Rogowski pooli. Rogowski mähistes kasutatakse õhusüdamiku pooli, mis on asetatud juhtme ümber. Muutuv magnetväli indutseerib pinge, mis on võrdeline voolu muutumise kiirusega. Pärast signaali integreerimist on võimalik saada tegelik voolu lainekuju. Rogowski poolid on kerged, paindlikud ja sobivad väga suurte vahelduvvoolude mõõtmiseks.
Kaasaegsed vooluandurid sisaldavad tavaliselt signaali konditsioneerimisahelaid, nagu võimendid, filtrid ja analoog-digitaalmuundurid. Need ahelad parandavad täpsust, vähendavad mürahäireid ja pakuvad standardiseeritud väljundeid, nagu 0–5 volti, 4–20 milliamprit või digitaalseid sidesignaale. Mõned nutikad andurid integreerivad ka mikrokontrollereid reaalajas jälgimiseks ja rikete diagnoosimiseks.
Praktilistes rakendustes aitavad vooluandurid kaitsta elektriseadmeid, tuvastades ülekoormusi ja lühiseid. Samuti võimaldavad need energiahaldussüsteemidel jälgida energiatarbimist, toetada mootori juhtimissüsteeme pöördemomendi ja kiiruse reguleerimiseks ning tagada ohutu akuhaldus elektrisõidukites ja taastuvenergia salvestussüsteemides.
Kokkuvõttes töötab vooluandur, tuvastades elektrivoolu tekitatud magnetvälja või pinge muutused ja teisendades need mõõdetavateks signaalideks. Erinevad anduritehnoloogiad pakuvad erinevaid eeliseid täpsuse, isolatsiooni, kulude ja rakendusala osas, muutes vooluandurid kaasaegsetes elektri- ja elektroonikasüsteemides asendamatuteks komponentideks.
