Измерение переменного напряжения 380В, Подключение однополярного ОУ ко вторичной обмотке трансформатора тока. Опции

[Nikkolaj]

Добрый день.
Мне надо измерять переменное напряжение 380В, 50Гц, измерять с гальванической изоляцией.
Трансформатор напряжения на 380В получается слишком большим по габаритам,
поэтому хочу измерять с помощью трансформатора тока, его можно намотать на гораздо меньшем торе.
Напряжение 380В с помощью резистора, например 380кОм, преобразую в первичный ток трансформатора.
Для обеспечения нулевой нагрузки, вторичную обмотку трансформатора тока надо подключить ко входу ОУ.
Как подключить сюда двухполярный ОУ я понимаю, но использовать надо однополярный ОУ с одним питанием +5В.

Подскажите пожалуйста, как ко вторичной обмотке трансформатора тока подключить однополярный ОУ,
так чтобы на выходе ОУ было напряжение пропорциональное входному 380В, со смещением, например 2В.

[bav]

Напряжение 380В с помощью резистора, например 380кОм, преобразую в первичный ток трансформатора.

сразу смотрите какой тип резистора используете - обычные по 10 копеек имеют нелинейность при напряжении (амплитуде) более 200 Вольт.

так чтобы на выходе ОУ было напряжение пропорциональное входному 380В, со смещением, например 2В.

ну... неужели в гугле не набрать "смещение оу". вот к примеру

[novchok]

Подскажите пожалуйста, как ко вторичной обмотке трансформатора тока подключить однополярный ОУ,
так чтобы на выходе ОУ было напряжение пропорциональное входному 380В, со смещением, например 2В.

Рассматривайте однополярный ОУ как двуполярный у которого подключены только - и + питания. А "земли" нет.
Ее можно создать обычным делителем на резисторах, номиналы резисторов можно подобрать так, чтобы получить любое смещение
от 0 до 5V. Ну и все, ставите два резистора, средняя точка это новая сигнальная земля, реальная земля это - питания, а + это плюс питания.
И подключайте как двуполярный. В ссылке из поста выше это показано на рис. 9.

[Herz]

По-моему, с такими познаниями в электротехнике и электронике приближаться к 380В рановато...

[Nikkolaj]

сразу смотрите какой тип резистора используете - обычные по 10 копеек имеют нелинейность при напряжении (амплитуде) более 200 Вольт.

Да, конечно резистор должен быть линейным во всём диапазоне напряжения (амплитуде) + запас,
т.е. примерно до 650В.

Как сделать смещение для одполярного ОУ я разобрался, спасибо.

Получается, что я знаю только три варианта построения входного устройства
для измерения переменного напряжения 380В с гальванической изоляцией.
И у каждого из них есть свои преимущества и недостатки.
1. Трансформатор напряжения.
Преимущество - простота и легкость получения выходного напряжения нужной величины.
Недостаток - Большие габариты трансформатора и, соответственно, его стоимость.

2. Входное напряжение с помощью высокоомного резистора преобразовать в ток.
Затем трансформатор тока с небольшим резистором в нагрузке,
и ОУ для усиления напряжения на резисторе до нужной величины.
Недостаток - получается малое падение напряжения на выходном резисторе.
При входном напряжении 380В, на выходном резисторе получится не более 10мВ.
К недостатку можно отнести и дополнительный резистор в нагрузке трансформатора тока.

3. Входное напряжение с помощью высокоомного резистора преобразовать в ток.
Затем трансформатор тока с ОУ в нагрузке.
Преимущество - почти нулевая нагрузка трансформатора тока,
и лёгкость получения выходного напряжения нужной величины.
Недостаток - большой дрейф нуля на выходе ОУ.
Практически, на макете, при таком подключении я видел большой дрейф нуля на выходе ОУ.
Видел его и при двухполярном ОУ.
Единственное решение, которое я нашёл для устранения этого дрейфа -
добавить во вторичную цепь трансформатора тока электролит достаточно большой ёмкости.
Это помогло.
Возможно есть и другие решения, для устранения этого дрейфа нуля, подскажите пожалуйста.
Скажу сразу.
Не уверен, что я правильно понимаю причину появления этого дрейфа нуля,
поэтому я выскажу свои предположения, а Вы уж не серчайте пожалуйста, а поправьте если что не так.
На мой взгляд, при таком включении, коэффициент услиения ОУ по постоянному напряжению
получается очень большим, отсюда и дрейф.

Возможно, Вы знаете и другие варианты построения входных цепей
для измерения переменного напряжения большой величины с гальванической изоляцией,
Посоветуйте пожалуйста.

[Kompot]

Возможно, Вы знаете и другие варианты построения входных цепей
для измерения переменного напряжения большой величины с гальванической изоляцией,
Посоветуйте пожалуйста.

Сделайте измеритель, гальванически связанный с сетью и от нее же и питаемый (с балластным конденсатором).
А уж результат измерения передавайте по гальванически развязанному каналу: радио, ИК, оптроны, маленький звуковой трансформатор (как в модемах) и тд. Хоть в аналоговом, хоть в цифровом виде.
Лично я бы передавал цифровой код через сверхяркий светодиод с узкой диаграммой направленности. И ловил фототранзистором на расстоянии сантиметров этак 15. Чтобы совсем безопасно.

[novchok]

Я бы пошел "от противного". Во первых разобрал бы мультиметр или поискал схемы в интернете, на предмет измерения высокого переменного напряжения.
Вас точность мультиметра должна устраивать в принципе.
Остается вопрос гальванической развязки. Для чего делаем следующее. Схема состоит из двух частей, измерительной, которая напрямую контачит с сетью 380V
и цифровой, которая развязана. Между ними стоит оптопара, которая передает данные об измеренном напряжении.

[Nikkolaj]

Хорошо, давайте засчитаем такой вариант как четвёртый.
4. Понижаем напряжение с помощью резистивного делителя, измеряем без гальванической изоляции,
а результат измерения передаём по последовательному порту с гальванической изоляцией.
Питание либо от шины, либо от изолированного DC\DC.

Такой вариант тоже имеет право на жизнь.
Правда его можно применить, если надо измерить одно трёхфазное напряжение, или два смежных.
Если надо измерять все три трёхфазных напряжения, то его применение врядли будет оправдано.

[АндрейЦ]

Правда его можно применить, если надо измерить одно трёхфазное напряжение, или два смежных.
Если надо измерять все три трёхфазных напряжения, то его применение врядли будет оправдано.

Почему 2 фазы можно, а 3 уже нет?

[dkg10]

Хорошо, давайте засчитаем такой вариант как четвёртый.
4. Понижаем напряжение с помощью резистивного делителя, измеряем без гальванической изоляции,
а результат измерения передаём по последовательному порту с гальванической изоляцией.
Питание либо от шины, либо от изолированного DC\DC.

Такой вариант тоже имеет право на жизнь.
Правда его можно применить, если надо измерить одно трёхфазное напряжение, или два смежных.
Если надо измерять все три трёхфазных напряжения, то его применение врядли будет оправдано.

Правильно - соединяем делители в звезду и измеряем относительно нейтрали по каждой фазе, а фазовый сдвиг, как правило , остается в трехфазной сети неизменен

[Microwatt]

Насколько точно нужно измерять напряжение? Амплитудное или эффективное?
Только не нужно сюда 12-разрядные АЦП путать. 2-3% достаточно?

[Plain]

Из ТЗ, и по прошествии уже практически страницы форума, так и не ясно, кто же это всё измеряет, но если это всё-таки микроконтроллер, то достаточно просто и дёшево можно измерять его защёлкой таймера (capture) по сигналам двухстадийного интегратора — например, при минусе на входе интегрировать вход, при плюсе опорное, а информацию (начало и конец второго периода) передавать короткими импульсами, подаваемыми на оптрон.

[novchok]

Правда его можно применить, если надо измерить одно трёхфазное напряжение, или два смежных.
Если надо измерять все три трёхфазных напряжения, то его применение врядли будет оправдано.

Можно и это решить "в лоб" поставить три DCDC изолированных после одного ACDC изолированного.
Получаем малогабаритную схему с полной двойной изоляцией каждого канала. Тут уже можно
не просто измерять напряжение, а снять параметры качества электроэнергии

Сообщение отредактировал novchok - Jan 4 2013, 06:32

[Nikkolaj]

Microwatt Дата Вчера, 19:22

Насколько точно нужно измерять напряжение? Амплитудное или эффективное?
Только не нужно сюда 12-разрядные АЦП путать. 2-3% достаточно?

Для этой задачи точности 2-3% достаточно.
Для измерения подойдёт как эффективное, так и среднегеометрическое значение.

Plain Дата Вчера, 21:26

Из ТЗ, и по прошествии уже практически страницы форума, так и не ясно, кто же это всё измеряет, но если это всё-таки микроконтроллер, то достаточно просто и дёшево можно измерять его защёлкой таймера (capture) по сигналам двухстадийного интегратора — например, при минусе на входе интегрировать вход, при плюсе опорное, а информацию (начало и конец второго периода) передавать короткими импульсами, подаваемыми на оптрон.

Конечно есть микроконтроллер, ATmega.
Извините, не совсем понял идею с применением интегратора.
Если импульсы от интегратора подаём через оптопару,
значит интегратор не будет гальванически изолирован от входного напряжения?

[bav]

попробуйте поискать "аналоговая гальваническая развязка"
вот не плохая статья

а вообще, нужна ли в Вашем случае гальваническая развязка??? опишите подробней, что в итоге должно получиться?

[Nikkolaj]

АндрейЦ Дата Вчера, 17:52

Почему 2 фазы можно, а 3 уже нет?

Измерять надо линейные напряжения.
Например напряжения АВ и ВС можно замерить относительно фазы В.
Это будет один DC-DC, один измеритель, и один изолированный канал.
Для третьей фазы придётся весь комплект схемы повторить.
Можно конечно, но это будет дороже.

novchok Дата Сегодня, 09:28

Можно и это решить "в лоб" поставить три DCDC изолированных после одного ACDC изолированного.
Получаем малогабаритную схему с полной двойной изоляцией каждого канала. Тут уже можно
не просто измерять напряжение, а снять параметры качества электроэнергии

Можно конечно, но она получится не такая уж и дешёвая.

dkg10 Дата Вчера, 18:47

Правильно - соединяем делители в звезду и измеряем относительно нейтрали по каждой фазе, а фазовый сдвиг, как правило , остается в трехфазной сети неизменен

Измерять надо линейные напряжения.
Не уверен что измерение фазных напряжений относительно виртуальной нейтрали будет правомерным.

[bav]

Не уверен что измерение фазных напряжений относительно виртуальной нейтрали будет правомерным.

это почему?

[Herz]

это почему?

просто потому, что знаний не хватает. Каждый имеет право не быть уверенным.

[novchok]

Можно конечно, но она получится не такая уж и дешёвая.

А Вам зачем дешевая? Вы ж надеюсь не на продажу делаете, а для себя. Потому что если на продажу, то это похоже на новогоднюю шутку.
И это о какой сумме речь тогда идет?
Вот цены из ЧипДип
GS06E-3P1J AC/DC 220/12/0.5A 600руб нужен 1
SPR01M-15 DC/DC 12/15/67ma 320руб нужно 3

Итого: затраты на питание 1560 рублей. Это по самым дорогим ценам. Чего тут дорогого. Вы ведь не в розетке пытаетесь напряжение измерить, а в трехфазной сети. Что опасно и дорого по умолчанию.

Сообщение отредактировал novchok - Jan 4 2013, 09:50

[Plain]

не совсем понял идею с применением интегратора.
Если импульсы от интегратора подаём через оптопару, значит интегратор не будет гальванически изолирован от входного напряжения?

Естественно, хотя бы одна деталь таки должна быть на первичной стороне. Вы же сами вполне серьёзно допускаете там резистор, первичную обмотку некоего трансформатора, и т.п.

Предлагаемая схема может потреблять порядка 150 мкА, если её делать из подножного корма, или меньше, если брать детали чуть дороже.

[Nikkolaj]

Plain Дата Сегодня, 14:01

Предлагаемая схема может потреблять порядка 150 мкА, если её делать из подножного корма, или меньше, если брать детали чуть дороже.

Спасибо за разъяснения.
Можете привести схему, или ссылку на неё?

[dkg10]

Измерять надо линейные напряжения.
Например напряжения АВ и ВС можно замерить относительно фазы В.
Это будет один DC-DC, один измеритель, и один изолированный канал.
Для третьей фазы придётся весь комплект схемы повторить.
Можно конечно, но это будет дороже.




Можно конечно, но она получится не такая уж и дешёвая.




Измерять надо линейные напряжения.
Не уверен что измерение фазных напряжений относительно виртуальной нейтрали будет правомерным.

В том то и дело, что любой трансформатор - суть элемент нелинейный и так же как и аналоговый оптрон будет превносить искажения. Поэтому экономически оправдано здесь применение преобразователя напряжение-частота, например на базе операционника, с последующей дискретной гальванической развязкой импульсов обычной оптопарой. Термин "виртуальный" лучше оставить программистам и компьютерщикам. Резистивные делители можно достаточно точно откалибравать. Если их от каждой фазы взять и соединить в одну точку ("звездой") то в этой точке окажется нулевой потенциал. Расчет от фазных напряжений к линейным - известен.

Сообщение отредактировал dkg10 - Jan 5 2013, 06:40

[Zoro]

Николай- что вы хотите сделать?
просто очень давно делали простым делителем напряжения на резисторах и преобразователем ПНЧ LM331, гальваническая развязка оптронами, питание было от той же измеряемой цепи через бестрансформаторный блок питания с гасящим конденсатором+ кренка, измеряли две фазы А-В и А-С почему две... надеюсь сами поймете

[Plain]

Можете привести схему, или ссылку на неё?

Это не имеет смысла, поскольку Вам, как оказалось многие сообщения спустя, надо измерять не одно, а три напряжения.

В этом случае советую Вам поставить на первичную сторону любой микропотребляющий АЦП с интерфейсом SPI (например, MCP3004, MCP3204 и т.п.), развязать его оптронами, и измерять, как тут уже советовали выше, две фазы.

[Nikkolaj]

Спасибо всем за ответы.
Эту тему я начинал для того, чтобы лучше разобраться в методах измерения,
без жёсткой привязки к конкретной задаче.
Что бы понимать, к каким результатам может привести тот, или иной метод измерения.
Вначале я считал что измерение с гальванической изоляцией возможно только на трансформаторах,
сейчас вижу что вариант с изолированным АЦП вполне конкурентоспособный.

Вот нашёл ещё интересную информацию, посмотрите.
 Avago.pdf ( 964.36 килобайт ) Кол-во скачиваний: 2448

[vladec]

Nikkolaj
Что то все очень сложно. Вы подумайте, может Вам проще обойтись квази-гальванической развязкой? Просто собрать диференциальный усилитель с гасящими резисторами в несколько мегом, и рассчитанными на соответствующее напряжение, это всего один операционник и горсть 1% резисторов.

[Nikkolaj]

vladec Дата Вчера, 11:17

Что то все очень сложно. Вы подумайте, может Вам проще обойтись квази-гальванической развязкой? Просто собрать диференциальный усилитель с гасящими резисторами в несколько мегом, и рассчитанными на соответствующее напряжение, это всего один операционник и горсть 1% резисторов.

Спасибо за совет.
Я подумаю.
Конечно хочется найти простое решение.

[zsm991]

Можно ещё что-то типа ISO122 глянуть. Правда дорогие, собака...
http://www.ti.com/product/iso122

[AndreyVN]

Извините, если повторюсь, всю тему не дочитал...

Что мешает сделать резистивный делитель из 10-20 резисторов 1%, на каждом будет падать 1/10-1/20 высокого напряжения и измерять операционником без гальванической развязки? Я такое видел для измерения потенциала 3 кВ.

[Dikoy]

Аналогичная задача - измерить линейное напряжение и сдвиг фаз. А так же частоту и ток в КАЖДОЙ фазе.
Соответственно, мерить 2 фазы не получится, надо мерить все 3.
Нарисовал схемку по итогам этой и других тем. Но меня смущает измерение напряжения - если мостики будут на каждую пару фаз, подозреваю, что будет перекрёстный пробой, не?

[Guest_TSerg_*]

Ох, Dikoy...)

Сделай виртуальный ноль, соединив измерительные делители звездой.

[Dikoy]

И что они покажут при перекосе?

[Guest_TSerg_*]

Соотношения.

[Dikoy]

Круто. А в виртуальном нуле что будет?

2all
Нашёл трансформаторы относительно недорогие и документированные на 500 Гц http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets..._Lam_Xfrmrs.pdf
До 230В на входе, 10 на выходе, до 500 Гц.
Не хотелось бы, конечно, городить... Но, с другой стороны, проблема развязки решается. Вся измерительная часть уже отвязана от цепи, и, например, тем же АЦП можно мерить ещё несколько параметров...

[тавр]

"Напряжение 380В с помощью резистора, например 380кОм, преобразую в первичный ток трансформатора.
Для обеспечения нулевой нагрузки, вторичную обмотку трансформатора тока надо подключить ко входу ОУ"

Трансформатор тока работает в режиме КЗ, а не нулевой нагрузки.