Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Jak prawidłowo zmierzyć prąd z przekładnika prądowego i podać na A/D?

narasta 05 Lut 2012 21:54 2754 9
  • #1 05 Lut 2012 21:54
    narasta
    Poziom 21  

    Powiedzmy, że chcemy wykorzystać przekładnik prądowy 1000:1.

    Czyli np dla 10A (AC) będziemy mieć 10mA (AC) na wyjściu.

    Chcę zbudować taki układ na wzmacniaczach operacyjnych, gdzie na wyjściu układu pomiarowego uzyskałbym wartość napięcia proporcjonalną do wartości skutecznej prądu wejściowego, tak żeby dało się ją podać na przetwornik A/D (0-5V).

    aby uzyskać wartość skuteczną wystarczyłoby znać amplitudę sygnału i podzielić przez √2

    0 9
  • #2 05 Lut 2012 22:21
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Amplituda i dzielenie przez sqrt(2) dotyczy tylko sygnału sinusoidalnego. Nie da się w ten sposób podac wartości RMS przebiegu zniekształconego.

    0
  • #3 05 Lut 2012 22:44
    narasta
    Poziom 21  

    Zdaję sobie sprawę z tego, że tylko dla sinusoidalnych.

    Ogólnie to potrzebuję zrobić pomiar prądu dla zasilania w domu wiec przebiegi są może nie idealnie ale mniej więcej podobne do sinusoidy.

    W teorii mógłbym w szereg z wtórnym uzwojeniem przekładnika dać rezystor 100Ohm (co dla 20A dałoby mi 2Vpp). i teraz są dwie opcje:

    1. Zrobić offset na 2 rezystorach (Vin-R-Vout-R-+5V) - i wtedy taki sygnał będzie mieć amplitudę 2V i offset 2,5V. Napięcie podać już na ADC i w procesorze wykonywać wszelkie obliczenia

    albo

    2. sygnał przepuścić przez prostownik na op-ampach i potem scałkować żeby dostać wartość skuteczną. Ominęło by mnie wtedy obliczanie sygnału w uP



    1 opcja jest o tyle lepsza, że nadaje się do sygnałów AC o dowolnym kształcie.

    P.S. Ogółem potrzebuje zrobić to tak, żeby odczytywana wartość prądu była miarodajna względem tej przy której zadziała mi automat 16B. Jak wiadomo bezpiecznik uśrednia sygnał mierzony, więc mi potrzebna jest najprostrza konwersja byle była z izolacją galwaniczną.

    0
  • #4 05 Lut 2012 23:26
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Kombinujesz jak koń pod górę a to się nie tak robi.

    1. Nie możesz zakładać nawet w domu sinusoidalnego przebiegu prądu i cos(fi)=1 - to błąd. Jeśli chodzi tylko o bezpieczniki, to rzeczywiście nie interesuje Cię cos(fi).

    2. 20Arms, przekładnik 1:1000 i rezystor 100 omów (a nie pan Ohm) to 5.6Vpp a nie 2Vpp.

    3. Najpierw prostujesz, potem obciążasz. W ten prosty sposób unikasz kombinacji z prostownikami na wzmacniaczach operacyjnych. Mostek na diodach Schottky a potem rezystor obciążający. Z właściwości samego przekładnika wychodzi samoczynna kompensacja napięcia przewodzenia diod (w rozsądnym zakresie prądów).

    4. Skoro nie chcesz liczyć wartości RMS, to licz AVG i zastosuj współczynnik 1.11 (pi*sqrt(2)/4). Całkowanie daje wartość średnia (AVG) a nie skuteczną!

    5. Żadnych offsetów! Jak sobie poradzisz z dryfem offsetu?

    6. Bezpiecznik niczego nie uśrednia. W zakresie przeciążeniowym, gdzie działa zabezpieczenie termiczne, liczy się wartość RMS - z samej definicji - bo to właśnie o wartość wydzielanej energii chodzi. W zakresie zwarciowym też bliżej do wartości RMS niż średniej - dąży się do charakterystyki I^2*t a to znów odpowiada wartości skutecznej.

    0
  • #5 05 Lut 2012 23:41
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Ogólnie to potrzebuję zrobić pomiar prądu dla zasilania w domu wiec przebiegi są może nie idealnie ale mniej więcej podobne do sinusoidy.

    To założenie jest oparte na jakichś pomiarach, czy myśleniu życzeniowym, sprawdź ile masz urządzeń z zasilaczami impulsowymi bez PFC i zasilaczami transformatorowymi, "żarówki energooszczędne" (świetlówki kompaktowe) jak i klasyczne świetlówki też nie pobierają prądu sinusoidalnego.

    Cytat:
    2. sygnał przepuścić przez prostownik na op-ampach i potem scałkować żeby dostać wartość skuteczną.
    Na wzmacniaczach operacyjnych (i kilku tranzystorach) można zrobić miernik prawdziwej wartości skutecznej choć jest to nieco bardziej skomplikowane (Translinear circuit).

    Przejrzyj specjalizowane układy scalone do mierników energii, te lepsze mają pomiar RMS napięcia, prądu i mocy (biernej i czynnej), przetworniki A/C o dużej rozdzielczości i dużą dokładność.

    0
  • #6 06 Lut 2012 00:46
    Mirek Z.
    Moderator

    narasta napisał:
    W teorii mógłbym w szereg z wtórnym uzwojeniem przekładnika dać rezystor 100Ohm (co dla 20A dałoby mi 2Vpp)
    Na uzwojeniu wtórnym przekładnika prądowego chcesz mieć jakieś napięcie? Nie jest przecież do tego przewidziany, a nigdy nie spotkałem się z danymi, jaka max. rezystancja w obwodzie wtórnym jest możliwa dla określonych typów przekładników, żeby pracowały jeszcze stabilnie i bezpiecznie. Może jednak gdzieś są takie dane.
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic483856.html

    0
  • #7 06 Lut 2012 01:48
    Quarz
    Poziom 43  

    Mirek Z. napisał:
    narasta napisał:
    W teorii mógłbym w szereg z wtórnym uzwojeniem przekładnika dać rezystor 100Ohm (co dla 20A dałoby mi 2Vpp)
    Na uzwojeniu wtórnym przekładnika prądowego chcesz mieć jakieś napięcie? Nie jest przecież do tego przewidziany, a nigdy nie spotkałem się z danymi, jaka max. rezystancja w obwodzie wtórnym jest możliwa dla określonych typów przekładników, żeby pracowały jeszcze stabilnie i bezpiecznie. Może jednak gdzieś są takie dane.
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic483856.html
    Proste, każdy przekładnik prądowy - mający metrologiczną wiarygodność - ma podaną znamionową wartość przenoszonej mocy pozornej; SN i warunkiem poprawnej pracy jest spełnienie słabej nierówności:
    (I2N)²•Z2max ≦ SN,
    gdzie;
    I2N - nominalna wartość prądu po stronie wtórnej przekładnika,
    Z2max - sumaryczna wartość impedancji w obwodzie wtórnym przekładnika prądowego.

    0
  • #8 06 Lut 2012 02:09
    narasta
    Poziom 21  

    Dzięki za poprawienie.

    Myślałem o takim przekładniku np. http://www.tme.eu/dok/A/ac1020.pdf

    Myślałem także o LEMie, ale te są stosunkowo droższe od przekładników. Z drugiej jednak strony wystarczyło by podłączyć zasilanie i na wyjściu elegancko dostałbym wzmocnione napięcie z offsetem bez przejmowania się sposobem konwersji.

    Jeśli chodzi o jakieś gotowe układy scalone, to jakie polecacie? Nie potrzebuje dużych rozdzielczości pomiarów - wystarczy mi ta w ADC atmegi czyli 10bit.

    Mierzony sygnał koniecznie musi się pojawić w uP, ponieważ dane mają zostać wysłane do innego urządzenia.

    Jeśli chodzi o dryf offsetu to nie byłby to znaczny problem - bo po pierwsze offset zmieniałby się tak samo jak zasilanie uP, a po drugie można sobie z tym poradzić programowo - mimo, że wolałbym wszystko zrobić analogowo i dopiero na samym końcu prawie gotowy sygnał dać na A/D.

    Do sieci większość podłączonych jest odbiorników rezystancyjnych, choć są też oczywiście obciążenia impulsowe - przy tak małej rozdzielczości pomiaru i tak nie będzie widać wpływu zakłóceń - sprawdzone ;)

    Cytat:
    Na uzwojeniu wtórnym przekładnika prądowego chcesz mieć jakieś napięcie? Nie jest przecież do tego przewidziany, a nigdy nie spotkałem się z danymi, jaka max.

    No tak - w obwód prądowy uzwojenia wtórnego wpinam rezystor o odpowiedniej wartości - jedną końcówkę do masy a na drugiej pojawia się napięcie (względem masy oczywiście).
    Według noty katalogowej
    Cytat:
    Volt per Amp Ratio at 20A for 100 ohm load 0.100 V/A
    Volt per Amp Ratio at 2A for 100 ohm load 0.097 V/A

    dla 100 ohmowego obciążenia dostajemy 0,1V/A czyli tak jak napisałem wcześniej - 20A -> 2V, no chyba, że źle to rozumiem.
    Nie rozumiem, po co podałeś linka - każdy kto chce użyć przekładnika powinien najpierw dowiedzieć się dlaczego go się nie rozwiera i dlaczego najlepiej nie być w pobliżu podczas czegoś takiego. Do póki przekładnik będzie obciążony, dopóty wszystko będzie w porządku. :)

    P.S. Nie podoba mi się idea prostowania prądu na diodach, ponieważ w ten sposób nie zmierzę małych wartości.

    0
  • #9 06 Lut 2012 10:25
    Quarz
    Poziom 43  

    narasta napisał:
    Dzięki za poprawienie.

    Myślałem o takim przekładniku np. http://www.tme.eu/dok/A/ac1020.pdf

    Myślałem także o LEMie, ale te są stosunkowo droższe od przekładników. Z drugiej jednak strony wystarczyło by podłączyć zasilanie i na wyjściu elegancko dostałbym wzmocnione napięcie z offsetem bez przejmowania się sposobem konwersji.
    Miałbyś to samo co z rezystora przy zastosowaniu w/w w PDF-ie przekładnika prądowego.

    narasta napisał:
    Jeśli chodzi o jakieś gotowe układy scalone, to jakie polecacie? Nie potrzebuje dużych rozdzielczości pomiarów - wystarczy mi ta w ADC atmegi czyli 10bit.
    Dziesięć bitów na zakres - wartość międzyszczytowa - to wg Ciebie mała rozdzielczość?
    Policz sobie jaka to będzie wartość rozdzielczości w procentach w odniesieniu do zakresu/maksymalnej_amplitudy (pamiętaj, iż masz "zero" w połowie zakresu, czyli odnosisz do 9-ciu bitów -> 2^9), a jak to zamienisz - w dedykowanym przetworniku - na wartość bezwzględną wynikają z przetworzenia na True RMS, to nadal będziesz mieć 10 bitów.
    Poszukaj sobie stosownych przetworników True RMS u Analog Device, a której przedstawicielem w Polsce jest firma ALFINE

    narasta napisał:
    Mierzony sygnał koniecznie musi się pojawić w uP, ponieważ dane mają zostać wysłane do innego urządzenia.

    Jeśli chodzi o dryf offsetu to nie byłby to znaczny problem - bo po pierwsze offset zmieniałby się tak samo jak zasilanie uP, a po drugie można sobie z tym poradzić programowo - mimo, że wolałbym wszystko zrobić analogowo i dopiero na samym końcu prawie gotowy sygnał dać na A/D.
    Patrz wyżej ...

    0
  • #10 06 Lut 2012 15:09
    narasta
    Poziom 21  

    Cytat:
    Dziesięć bitów na zakres - wartość międzyszczytowa - to wg Ciebie mała rozdzielczość?

    Przecież nie napisałem, że 10bit to mało - wiem jaka będzie podziałka więc mnie całkowicie wystarczy.



    Rozwiązania AD są zdecydowanie zbyt drogie i jest to zbyt mało dostępne.
    Być może będę musiał zrobić więcej takich urządzeń dlatego muszę to rozwiązać programowo. I tak muszę użyć uP, a ten z kolei nie będzie miał wiele do roboty i spokojnie będzie miał czas na obliczenia diagnostyczne.

    0