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

Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls

Decado 22 Maj 2014 01:42 14946 30
  • Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls

    Układ został zaprojektowany i wykonany na potrzeby zaliczenia przedmiotu "Konstrukcje elektroniczne" na PWr.

    Zasada działania

    Układ jest zasilany bezpośrednio z sieci poprzez mostek Gretza(dlatego nie jest to idelny detektor zera sieci, ponieważ impuls wyjściowy pojawia się w momencie kiedy napięcie na wejściu mostka spadnie poniżej ok. 1.2V), rezystor R1 ogranicza prąd płynący do bazy tranzystora do 2.5mA, rezystor R10 służy profilaktycznemu zabezpieczeniu bazy tranzystora. Na R1 odkłada się prawie całe napięcie wyprostowanej sieci, co oznacza z prawa ohma że wydzielą się na nim straty ok 0.5W. Od wartości rezystora R2 zależy szerokość impulsu wyjściowego. Dla małych wartości rezystancji(poniżej 6k) impuls wyjściowy jest bardzo szeroki a poniżej 200R układ przechodzi w tryb pracy ciągłej(na wyjściu na stałe jest "1"). Rezystory R3-R6 ograniczają prąd płynący przez dalszą część obwodu do wartości ok 11mA, zastosowałem równoległe połączenie czterech rezystorów 1W ponieważ strata mocy jaka się na nich wydzieli wynosi ok 2.3W. Sposób ich montażu zaprezentowany na zdjęciu poniżej jest nie poprawny, ale z pośpiechu nie zamontowałem ich w wystarczających odstępach od siebie i płytki. Dioda D1 separuje wyprostowany sygnał sieci który steruje tranzystorem T1 od zasilacza diody optotriaka, zbudowanego na diodzie zenera D2 i kondensatorze C1.

    Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impulsDetektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls

    Poniżej prezentuję przebiegi na wyjściu układu
    Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impulsDetektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls




    (Przebieg po lewej: 2ms/div 5V/div | Przebieg po prawej: 50us/div 5V/div

    Powyższe przebiegi przedstawiają sygnał wyjściowy dla R2=100k. Jak widać czas trwania impulsu wynosi ok 60-70us. Impuls tej szerokości informuje nas możliwie najprecyzyjniej o przejściu sinusoidy przez zero.

    Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impulsDetektor zera sieci - wy: 50us dodatni impulsDetektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls
    Przebieg lewej to sygnał zza mostka prostowniczego i sygnał wyjściowy dla R2=360R, jak widać nie wskazuje on precyzyjnie momentu przejścia przez zero sieci, oczywiście można z niego korzystać jednak wymagało by to w sterowaniu fazowym dalszej obróbki w uC.

    Przebieg środkowy to sygnał wyjściowy dla R2=232R, następna niższa wartość jaką próbowałem nastawić potencjometrem wielobrotowym powodowała przejście w stan pracy ciągłej. Jak widać wypełnienie sygnału wynosi ok 60% co sprawia że taki sygnał staje się dla nas bezużyteczny.

    Przebieg z prawej strony to sygnał wyjściowy dla R2=6k, czas trwania impulsu wynosi ok 250us(50us/div), poniżej wartości R2=6k, impuls bardzo szybko zaczyna zwiększać wypełnienie.


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Sklep HeluKabel
  • #2 22 Maj 2014 07:05
    remiorn
    Poziom 18  

    Do zasilania układu zamiast R3-R6 można użyć kondensatora do ograniczenia prądu.
    Żeby dodatkowo ograniczyć straty mocy można by pomyśleć i większych wartościach R1 i R2, a do tego tranzystor o dużym wzmocnieniu prądowym (np. identyczny model ale z grupy 40) lub układ darlingtona.

  • #3 22 Maj 2014 08:29
    michcior
    Poziom 30  

    Ja mam trochę inne rozwiązanie, zamiast transoptora, układ separacji służący do przenoszenia sygnałów rodziny ADUM, wejście praktycznie nie bierze prądu tyle że potrzebne jest zasilanie ok 1mA, to znacznie mniej niż zwykle zabierze dioda transoptora (choć są też transoptory na 1mA prądu diody). Układ prostszy i m niej grzejący się.

    Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls

    A całkiem inaczej, to najmniejsze transformatory sieciowe, o mocy 0,35VA to 2x2cm, koszt około 12zł.

  • Sklep HeluKabel
  • #4 22 Maj 2014 09:26
    komatssu
    Poziom 29  

    Wystarczy zanegować impuls sterujący diodą transoptora, przez co współczynnik wypełnienia będzie <1% i średni pobór prądu będzie sporo poniżej 1mA.

  • #5 22 Maj 2014 09:57
    Decado
    Poziom 21  

    michcior, a co z przesunięciem fazy na trafie? Co prawda przesunięcie U1 do U2 powinno być ok 0/180 ale nie wiem czy dokładność tego przesunięcia jest wystarczająca by można było tak zrobić detektor zera sieci.

  • #6 22 Maj 2014 11:07
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Rozumiem, że to na zaliczenie i ważnym aspektem jest że działa. Ale taki projekt to poziom technikum, a nie studiów...

    Układ z tego schematu, nie ma aż tak dużych strat mocy:

    Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls

    Zadowoli się prądem <0,5mA

    Po co w swoim układzie robisz zasilacz o śmiesznie niskiej sprawności. Prąd przez większość czasu płynie przez diodę zenera, a nie przez zasilany układ. Przecież do wyzwolenia optotranzystora wystarczy tylko krótki impuls np. ze zgromadzonego ładunku w kondensatorze.

  • #7 22 Maj 2014 13:35
    Decado
    Poziom 21  

    androot, tak jak powiedziałeś to było na zaliczenie i miało działać. Co do poziomu technikum, to owszem zgadzam się tylko że takie było polecenie. Układ miał być prosty, zawierać do kilkunastu elementów i tyle. Mogłem zrobić klaskacza, zmierzchówkę, czy coś podobnego, ale zdecydowałem się na taki układ.
    Bardzo się cieszę że pojawia się tak konstruktywna krytyka a nie tylko że płytka krzywa, itp.

    Niestety moja wiedza jest jeszcze nie kompletna, posiada ogromne dziury które staram się sukcesywnie łatać informacjami, i właśnie dzięki temu co piszecie, kolejna dziura się wypełniła :). Dzięki temu kolejna konstrukcja będzie bardziej przemyślana pod względem strat i wydajności :).

    Jeszcze tylko skomentuję kwestię studiów, powiedział mi swojego czasu pewien prowadzący którego bardzo szanuję że:
    "studia się zmieniły, w tej chwili studia nie są po to żeby nauczyć, tylko żeby dać szansę. Ocena z dyplomu przestaje mieć znaczenie, liczą się faktyczne umiejętności"

    Na 250 osób na roku jest, ze mną włącznie, ok 10 osób max. które już wcześniej pracowały z elektroniką, i do tego może z 20-30 które stara się samemu czegoś nauczyć i zrozumieć co i jak. Wśród reszty panuje wszechobecny MamToWDupizm.

  • #8 22 Maj 2014 15:07
    Karol966
    Poziom 30  

    remiorn napisał:
    zamiast R3-R6 można użyć kondensatora do ograniczenia prądu
    A xo z wartością przesunięcia fazowego wprowadzonego przez reaktancje kondensatora?

    Generalnie nie ma nic za darmo, albo układ jest stosunkowo skomplikowany (niekiedy taka ilość elementów może narobić problemów na maleńkich płytkach PCB) albo kształt impulsów synchronizujących wcale nie jest taki ładny. Osobiście do synchronizacji z siecią w prostych dimerach itp używam PC14 + 2 rezystory 100kOhm. Prąd jest niewielki, nic się nadmiernie nie grzeje. Cały układ składa się, łącznie z pull'upem, z 4 elementów no i działa. Czasami można jeszcze prościej jak tu: http://www.atmel.com/images/doc2508.pdf
    Czasami warto też zrobić synchronizację z siecią po stronie wtórnej głównego transformatora - wtedy komparator czy nawet zwykły tranzystor + kilka elementów SMD daje piękne przebiegi na wyjściu. Wszystko zależy od potrzeb danej aplikacji.

    PS. Zastanawiam się jak to robią profesjonalne firmy w swoich urządzeniach...

  • #9 22 Maj 2014 16:04
    tehaceole

    Poziom 28  

    Karol966 napisał:
    PS. Zastanawiam się jak to robią profesjonalne firmy w swoich urządzeniach...
    Z tego typu rozwiązaniem które podlinkowałeś spotkałem się w:
    - przemysłowych analizatorach parametrów sieci energetycznej serii Diris firmy Socomec,
    - w regulatorach wentylatorów okapowych.
    Więc wychodzi na to, że tam gdzie zapewniona jest odpowiednia klasa ochronności urządzenia to rozwiązanie sprawdza się idealnie.

  • #11 22 Maj 2014 20:04
    olinek2
    Poziom 23  

    Decado napisał:
    androot
    Na 250 osób na roku jest, ze mną włącznie, ok 10 osób max. które już wcześniej pracowały z elektroniką, i do tego może z 20-30 które stara się samemu czegoś nauczyć i zrozumieć co i jak. Wśród reszty panuje wszechobecny MamToWDupizm.


    To i tak sporo ;) u mnie było mniej...

  • #12 22 Maj 2014 21:59
    kozak 22
    Poziom 13  

    Decado napisał:
    zastosowałem równoległe połączenie czterech diod 1W ponieważ strata mocy jaka się na nich wydzieli wynosi ok 2.3W.


    Czy nie chodzi o rezystory ?

  • #13 22 Maj 2014 22:35
    kozak 22
    Poziom 13  

    Mylić się rzecz ludzka, poprawa błędu nie zaszkodzi a może pomóc np. początkującym w analizie.

  • #14 23 Maj 2014 08:44
    MES Mariusz
    Poziom 36  

    Tu jest świetny układ. Zero strat mocy, brak zbijania rezystorem na wejściu.
    http://www.dextrel.net/diyzerocrosser.htm

    Sam korzystam i polecam!


    Moderowany przez androot:

    Czytaj wcześniejsze posty, zwłaszcza że ich nie ma tak dużo w tym wątku...

  • #15 23 Maj 2014 10:09
    113673
    Użytkownik usunął konto  
  • #16 23 Maj 2014 15:16
    komatssu
    Poziom 29  

    @heniuś - Nie czepiajmy się mało istotnych szczegółów.
    Dla napięcia sieciowego 230V R1 i R2 można zwiększyć do 470k, dzięki czemu pobór mocy mocy przez detektor spadnie do około 50mW. Mniej się raczej nie da - nawet ćwierćwatowy transformatorek będzie miał większe straty.

  • #17 23 Maj 2014 21:57
    Tedek123456
    Poziom 10  

    Decado napisał:
    zaprojektowany i wykonany na potrzeby zaliczenia

    A to jest powód dla którego nie można narysować oporników większych tak żeby nie trzeba było ich imadłem ściskać podczas lutowania?
    Poza tym to ludzie z politechniki teraz nie potrafią gumówką przeciąć płytki PCB, bo ta wygląda jakby była cięta i wiercona... pilnikiem do paznokci :D
    Ta antena z drutu to pirunochron? :smoke:
    Jak to możliwe, że to coś nie wylądowało w tzw. "sand box" tylko zostało wrzucone do DIY?

    Przecież to paranoja, żeby ktoś z tzaw. "polibudy" coś takiego zademonstrował, bo z tej uczelni to powinna być płytka zrobiona w prototypowni jak ktoś nie potrafi się posługiwać ogólnie dostępnymi narzędziami...

    BTW: Oczywiście sobie zrobiłem kopię do PDFa tego DIY, gdyby jakiś znajomy moderator mi skasował tego posta, bo dawno już tak się nie ubawiłem oglądając elektrodowe DIY 8-)

  • #18 23 Maj 2014 22:08
    Decado
    Poziom 21  

    Tedek123456
    Płytka wycięta piłą taśmową a następnie wyrównana na szlifierce taśmowej, "antena z drutu" była mi potrzebna do pomiarów oscyloskopem, jak byś się przyjrzał to zauważył byś że jest dopięta do masy części "sieciowej". Płytka wiercona w większości dremlem 4000 na stojaku, wiertłami z węglikiem spiekanym , a otwory montażowe wkrętarką AEG i wiertłem tej samej firmy. To jakość laminatu zadecydowała o tym jak pięknie wyglądają otwory i krawędzie płytki.

    Płytka robiona w prototypowni? Jakiej niby prototypowni? Nie wiem jakie masz wyobrażenie o studiach i PWr ale jest ono błędne.

    Gdybyś przeczytał uważnie mój post, to zauważył byś że z pośpiechu przeoczyłem to i nie zastosowałem odpowiedniego footprinta do tych rezystorów.

  • #19 23 Maj 2014 22:15
    remiorn
    Poziom 18  

    Karol966 napisał:
    remiorn napisał:
    zamiast R3-R6 można użyć kondensatora do ograniczenia prądu
    A xo z wartością przesunięcia fazowego wprowadzonego przez reaktancje kondensatora?


    Hmmm.... Nic?
    Kondensator wprowadzi przesunięcie fazowe w prądzie płynącym przez układ zasilający, natomiast nie wpłynie na przesunięcie fazowe sygnału sterującego tranzystor. No chyba, że uwzględnimy przesunięcie fazowe wynikające z impedancji sieci zasilającej, rezystancji dynamicznej diod prostujących i rezystancji ścieżek w układzie itd. Raczej nie spodziewałbym się, że będzie to znaczący efekt.

  • #20 24 Maj 2014 01:45
    lelekx
    Poziom 29  

    Mam wrażenie, że popełniłeś błąd przy projekcie płytki. Uważam, że powinna być zachowana większa odległość między ścieżkami między "gorącą" i "zimną" stroną. 2,5mm (na oko tak to wygląda) to zdecydowanie za mało.

  • #21 24 Maj 2014 11:09
    Decado
    Poziom 21  

    lelekx, dzięki że zwracasz na to uwagę. Też się zastanawiałem czy ta odległość nie jest zbyt mała ale podobno dla 230V odległość powinna wynieść min właśnie 2mm. Jeśli by ktoś posiadał jakieś źródła na ten temat to bardzo chętnie bym swoją wiedzę zweryfikował.

  • #22 24 Maj 2014 14:40
    lelekx
    Poziom 29  

    Decado napisał:
    Jeśli by ktoś posiadał jakieś źródła na ten temat to bardzo chętnie bym swoją wiedzę zweryfikował.


    Chyba coś znalazłem: Link
    Cytat:

                                                     
    Voltage Between ConductorsB1B2B3B4
    0-300.05mm (.002 in.)0.1mm (.004in.)0.1mm (.004 in.)0.05mm (.002 in.)
    31-500.1mm (.004 in.)0.6mm (.024in.)0.6mm (.024 in.)0.13mm (.005)
    51-1000.1mm (.004 in.)0.6mm (.024 in.)1.5mm (.06 in.)0.13mm (.005)
    101-1500.2mm (.008 in.)0.6mm (.024 in.)3.2mm (.126 in.)0.4mm (.016 in.)
    151-1700.2mm (.008 in.)1.25mm (.05 in.)3.2mm (.126 in.)0.4mm (.016 in.)
    171-2500.2mm (.008 in.)1.25mm (.05 in.)6.4mm (.252 in.)0.4mm (.016 in.)
    251-3000.2mm (.008 in.)1.25mm (.05 in.)12.5mm (.492 in.)0.4mm (.016 in.)
    301-5000.25mm (.01 in.)2.5mm (.1 in.)12.5mm (.492 in.)0.8mm (.0315 in.)
    >500 add --->0.0025mm/volt( .0001in.)0.005mm/volt(.0002 in.)0.025mm/volt(.001 in.)0.00305mm/volt(.00012 in.)

    B1 - Internal Conductors
    B2 - External Conductors, uncoated, Sea level to 3050m ( 10K ft.)
    B3 - External Conductors, uncoated, over 3050m ( 10K Ft.)
    B4 - External Conductors, coated with permanent polymer coating

    So, for your 1000 Volts AC/DC at sea level to 10,000 ft ASL (3048 m) conductor to conductor spacing on your board should be:

    Std 500v spacing 0.1 in.(2.54mm) plus the remainder(1000v-500v)= 500v
    500V x .0002 in/volt or .1 inches (2.54mm) add that to the original .1 in. and you get 0.2 inches or (5.08mm)

    Różnica potencjałów miedzy gorącą a zimną stroną może być chwilami wyższa niż 500V.

  • #23 24 Maj 2014 18:04
    Tedek123456
    Poziom 10  

    Decado napisał:
    Płytka robiona w prototypowni? Jakiej niby prototypowni?

    Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls
    Np tej. http_smart-prototyping_com całkiem przyzwoicie cenowo i sensowny dobry kontakt z supportem.
    Jak bym komuś coś dawał tym bardziej że to jakieś zaliczenie, to przecież zwykłą gumówką noname i tarczą 1mm taką płytkę moża przyzwoicie wyciąć i nie zostawiać "piorunochronów" tylko zwyczajnie od spodu przylutować kawałek przewodu w koszulce termokurczliwej w miejscu lutowania żeby izolacji brzydko nie stopiło i usztywniło-zabezpieczyło przed zniszczeniem podczas jakiś zginań.
    Nie trzeba wiele, żeby coś przyzwoicie wyglądało, tylko się przyłożyć...

  • #24 24 Maj 2014 18:18
    Decado
    Poziom 21  

    lelekx dzięki za ten link, szukałem też równolegle z Tobą jakichś informacji, i faktycznie pokrywają się z tym co zaprezentowałeś. Będę miał to na uwadze następnym razem.

    Tedek123456, to nie była praca inżynierska, ani jakiegoś rodzaju wielki projekt zaliczeniowy. Wybacz ale nie będę zamawiał takiej płytki w firmie jeśli ktoś tego nie wymaga, nie lubię marnować pieniędzy. Dla prowadzącego liczyło się sprawdzenie wiedzy i umiejętności studenta a nie tego czy płytka jest perfekcyjnie wykonana.

    Wydaję pieniądze na rzeczy które faktycznie powinny wyglądać jak np:
    Detektor zera sieci - wy: 50us dodatni impuls

    "Piorunochron" został odlutowany zaraz po zakończeniu pomiarów, być może pewnym błędem było wstawienie zdjęcia zrobionego przed tym faktem.

  • #25 25 Maj 2014 21:44
    Karol966
    Poziom 30  

    remiorn napisał:
    Hmmm.... Nic?
    Miałem na mysli bezpośrednie podłączenie transoptora przez układ RC do sieci... Wtedy przesunięcie fazowe wprowadzi już zamieszanie. Dobrym rozwiązaniem może być jednak właśnie układ z reaktancją do ładowania np kondensatora a do sterowania diodą transoptora osobny tranzystor. W sumie to chyba właśnie piszę o podobnym układzie jak prezentowany :D

  • #26 28 Maj 2014 16:49
    patrx
    Poziom 16  

    Czy próbowałeś podgrzać transoptor? Podejrzewam, że szerokość przebiegu na wyjściu będzie pływać z temperaturą. Z tego względu uważam, że bardziej niezawodny w takiej aplikacji jest klasyczny transformatorek sieciowy niewielkiej mocy :)

  • #27 28 Maj 2014 17:03
    Decado
    Poziom 21  

    patrx, jak nie zapomnę to podłączę układ i podgrzeję transoptor hotairem i napiszę jakie to miało skutki.

  • #28 30 Maj 2014 04:45
    Januszcz22
    Poziom 14  

    Decado co z pomiarami po podgrzaniu transoptora hotairem, drugi dzień nie mogę spać czekając na wyniki.

  • #29 31 Maj 2014 10:04
    jarek_lnx
    Poziom 43  

    Cytat:
    Czy próbowałeś podgrzać transoptor? Podejrzewam, że szerokość przebiegu na wyjściu będzie pływać z temperaturą.
    A na czym opierasz swoje podejrzenia? Elektronika to dziedzina ścisła tu nie ma miejsca na gdybanie, za szerokość impulsu odpowiada próg przełączenia tranzystora i zmiana napiecia przewodzenia diod, współczynnik temperaturowy tego napiecia będzie -0,33%/°C a więc przy zmianie temperatury o 40°C szerokość impulsu sterującego na diodzie LED transoptora zmieni się o 13% (oszacoweanie nie jest bardzo dokładne ale w zakresie 10-15% na pewno sie zmieści).

    Jaki jest wpływ transoptora? prąd LED to ok 6mA, prąd kolektora w nasyceniu ok 0,4mA "najsłabszy" CNY17-1 ma CTR min 40% z rezystorem Rbe=100kΩ moze on spaść o połowę do 20%, ale tranzystor i tak będzie nasycony, wzrost temperatury z 25°C do 75°C zmniejszył by CTR do 16% ale na wyjście z nasycenia nie ma szans. Prąd ciemny gwarantowany 50nA (bez Rbe, więc może być tylko lepiej) więc spadku napiecia na rezystorze 10kΩ znacząco nie zmieni.
    Czyli najważniejsze, wiadomo że ukłąd nie przestanie działać po podgrzaniu, a o ile się "rozjedzie" od zmiany CTR? jeśli CTR spadnie o 20%/50°C to mozna oszacowć na oko, że na zboczu trwającym 10µs (oscylogram z pierwszego postu) spowoduje to dodatkowy błąd rzędu 1µs.

    Cytat:
    Z tego względu uważam, że bardziej niezawodny w takiej aplikacji jest klasyczny transformatorek sieciowy niewielkiej mocy.
    Mam pod ręką taki 2W, to policzę, rezystancja uzwojenia 2kΩ, prąd jałowy 20mA, z czego wynika że impedancja wynosi 11,5kΩ z tego mozna wyliczyć że rezystancja uzwojenia wnosi przesunięcie fazy 10,2° czyli 0,56ms,
    jeśli podgrzejemy transformator o 40°C jak w przykładzie powyżej rezystancja uzwojenia zmieni sie o 16% czyli będzie 2,32kΩ oraz 11,8° przesunięcie fazy (0,65ms).

    Podsumowując sam transformator 2W wprowadzi błąd rzędu 0,5ms który z temperaturą popłynie o 90µs/40°C, uklad z transoptorem będzie duzo lepszy.

    Transformator 2W zajmuje sporo miejsca, jeśli ktoś zastosuje mniejszy stosunek rezystancji do reaktancji będzie jescze bardziej niekorzystny, a błędy większe.

  • #30 31 Maj 2014 12:07
    komatssu
    Poziom 29  

    jarek_lnx napisał:
    Mam pod ręką taki 2W, to policzę, rezystancja uzwojenia 2kΩ, prąd jałowy 20mA

    Łatwo policzyć, że straty mocy na samej rezystancji uzwojenia pierwotnego tego transformatorka wyniosą 0,8W - a więc układ z transoptorem pod tym względem też zdecydowanie wygrywa.