Измерение напряжения в 3-х фазной сети, Нужен совет по гальванической развязке МК от сети Опции

[MSprut]

Нужно измерять напряжение в 3-х фазной сети при помощи микроконтроллера, но чтобы была гальваническая развязка. Как кто решает эту проблему, может существуют в природе миниатюрные измерительные трансформаторы напряжения? Поиск по этим трансформаторам ничего не дал. Может ссылку на фирму-производителя или на конкретный тип кто подкинет. Заранее спасибо.

[asdf]

Нужно измерять напряжение в 3-х фазной сети при помощи микроконтроллера, но чтобы была гальваническая развязка. Как кто решает эту проблему, может существуют в природе миниатюрные измерительные трансформаторы напряжения? Поиск по этим трансформаторам ничего не дал. Может ссылку на фирму-производителя или на конкретный тип кто подкинет. Заранее спасибо.

Для аналогичной задачи ставил в каждую фазу пару последовательно включенных трансформаторов типа
http://www.cec-mc.ru/comp/trans/hahn.shtml.

Пару - т.к. одиночные сильно греются и были опасения уменьшения надежности при бросках напряжения в сети. Оба, естественно, нагружены резисторами примерно на четверть номинальной мощности.

[MSprut]

Спасибо, совсем про них забыл. Мне на одной конторе когда-то предлагали, но тогда не нужны были, сейчас воспользуюсь. А как у них с повторяемостью параметров?

[nicom]

Канал все равно калибровать для приемлемой точности (дешевле в цифровом виде), так что: наплевать и забыть...

[Stanislav]

Нужно измерять напряжение в 3-х фазной сети при помощи микроконтроллера, но чтобы была гальваническая развязка. Как кто решает эту проблему, может существуют в природе миниатюрные измерительные трансформаторы напряжения? Поиск по этим трансформаторам ничего не дал. Может ссылку на фирму-производителя или на конкретный тип кто подкинет. Заранее спасибо.

Немного не в тему. А почему бы не измерять напряжение с помощью МК без гальваноразвязки, а потом передавать данные по какой-нить оптопаре, хоть бы и в другой, гальванически развязанный МК? Такой вариант будет гораздо дешевле и потребует более простой калибровки.

[MSprut]

В том-то и дело что передавать никуда не нужно. Это система управления дизель-генератором и привязка системы делается ко всему к чему только можно и чтобы косяков никаких не вылезло хочу развязаться от силовых цепей.

[Panych]

И тем не менее, думаю решение Stanislav-а тоже имеет смысл - может проще оказаться поставить два контроллера...
нет?

[CDT]

В том-то и дело что передавать никуда не нужно. Это система управления дизель-генератором и привязка системы делается ко всему к чему только можно и чтобы косяков никаких не вылезло хочу развязаться от силовых цепей.

А мне тоже сразу пришла таже мысль, что и Stanislav.

Взять AtTiny, три делителя напряжения - вот и померяли.

Если ее питать с жесткой привязкой к нулевому проводу - то и гальваническую развязку не обязательно делать (в ДГ все к нему привязано). Только со стороны выхода обычный комплект защиты.

Можно сразу произвести обработку (преобразование) результатов измерения и (через развязку или без нее) передавать уже сигнал управления (цифровой или аналоговый).

По цене - не дороже трансформаторного варианта должно получиться. Главное не переживать, что второй МК появится рублей за 30.

[EvgenyNik]

Мой совет будет не из дешёвых, конечно.
Я бы использовал связку: резистивный делитель + АЦП (с последовательным каналом) + цифровой изолятор (ADUMxxxx) и преобразователь DC/DC (из 3.3В в 5В, допустим).
Вот схемка в приложенном файле...
Кратко по применённым компонентам:
ADS7818 - дешёвый 12 битный АЦП с последовательным (SPI) каналом, встроенным опорником (2,5В) и диапазоном измерения (0-5В).
ADUMx402 - цифровой изолятор (2,5кВ/5кВ). Вам подойдёт на 2,5кВ.
DC/DC - желательно выбрать на первичку равную напряжению питания процессора (так проще) и на развязку не менее 1кВ.
Кратко по схеме:
Опорники АЦП объединены (т.к. истина где-то посередине - т.е. минимизируем разброс погрешности) и являются общей точкой измерения - это позволяет мерять отклонения от 2,5 в сторону 0В и 5В.
Интерфейсные сигналы: старт АЦП (ADC_CNV), тактовая частота (ADC_CLK), данные по трём фазам (DATA_x) и сигнал фазовой подстройки интерфейса (CC), который для измерения 50Гц сигнала не особо то и нужен (частота выборки, наверняка, будет низкая).
---
Вообще, эта схема для прямого измерения всех трёх фазных напряжений. Она требует 3 АЦП и 2 изоляторов. И проводник нейтрали, которого иногда просто нет :-)
Если в качестве проводника нейтрали на эту схему завести фазу В, например, то Вам достаточно будет измерять 2 линейных напряжения - Uab и Ucb. А это только 2 АЦП и только один изолятор! Существенная экономия, между прочим. И для несложных измерений этих данных может быть вполне достаточно.

Сообщение отредактировал Евгений Николаев - Oct 12 2006, 14:48

Эскизы прикрепленных изображений

 

[LSV]

Решал аналогичную задачу:

- сначало заказали малогабаритные трансформаторы 380/14В, 50Гц, 2Вт. Соединили треугольник- звезда, т.к. в первичке не было доступа к нулевому проводу.
Во вторичке получили три напряжения, соответствующие АВ, ВС,СА относительно
нулевого вывода во вторичке.
Напряжение мерялось нормально. Но нжно было мерять еще и переход через 0 линейных
напряжений с точностью единиц микросекунд. Оказалось, что маломощные трансформаторы вносят
большую фазовую задержку (т.к. намотаны тонким проводом) и к тому же она плавает.

Поэтому пришлось поставить трансформаторы ОСМ 0.63 380/14В. Что и Вам советую, если нет
жестких требований по массе и габаритам. И купить ОСМ не составит проблем.

- пробовали вариант на AD215BY - все работало как надо, но дорого.

Решал аналогичную задачу:

- сначало заказали малогабаритные трансформаторы 380/14В, 50Гц, 2Вт. Соединили треугольник- звезда, т.к. в первичке не было доступа к нулевому проводу.
Во вторичке получили три напряжения, соответствующие АВ, ВС,СА относительно
нулевого вывода во вторичке.
Напряжение мерялось нормально. Но нжно было мерять еще и переход через 0 линейных
напряжений с точностью единиц микросекунд. Оказалось, что маломощные трансформаторы вносят
большую фазовую задержку (т.к. намотаны тонким проводом) и к тому же она плавает.

Поэтому пришлось поставить трансформаторы ОСМ 0.63 380/14В. Что и Вам советую, если нет
жестких требований по массе и габаритам. И купить ОСМ не составит проблем.

- пробовали вариант на AD215BY - все работало как надо, но дорого.

[slimjack]

Нужно измерять напряжение в 3-х фазной сети при помощи микроконтроллера, но чтобы была гальваническая развязка. Как кто решает эту проблему, может существуют в природе миниатюрные измерительные трансформаторы напряжения? Поиск по этим трансформаторам ничего не дал. Может ссылку на фирму-производителя или на конкретный тип кто подкинет. Заранее спасибо.

Немного не в тему. А почему бы не измерять напряжение с помощью МК без гальваноразвязки, а потом передавать данные по какой-нить оптопаре, хоть бы и в другой, гальванически развязанный МК? Такой вариант будет гораздо дешевле и потребует более простой калибровки.

Никаких проблем не возникает, если измерение ведется в одной фазе. Но если в трех, то необходима нулевая точка. Если такой нет, то без развязки не обойтись. Для миниатюризации можно использовать изолирующие ОУ HCPL-7400 (или что-то такое).

[nicom]

...Хотите иной, кардинальный подход?... сейчас прилетят, побьют тяжелыми предметами...
...А не ставьте гальванику вообще...
Зачем она нужна?
...отвязаться от фазы на корпус... токи утечек...???

Ну, так и не делайте прямого соединения... Используйте дифференциальный усилитель...
... и аккуратный дифференциальный входной делитель на достаточно высокоомных резисторах... Возьмите, например, входные резисторы под 1ГОм ...

[Stanislav]

Никаких проблем не возникает, если измерение ведется в одной фазе. Но если в трех, то необходима нулевая точка. Если такой нет, то без развязки не обойтись. Для миниатюризации можно использовать изолирующие ОУ HCPL-7400 (или что-то такое).

Не нужно никаких изолирующих ОУ, даже если нет доступа к нейтрали. Развязка "по цифре" проще и дешевле.

[_artem_]

имхо , если измерять фазы и напряжения вместе то земля вроде бы не требуется, а подключение делать так - использовать любую фазу как сигнальная земля а остальные подавать на аналоговый коммутатор через делители.

[Stanislav]

имхо , если измерять фазы и напряжения вместе то земля вроде бы не требуется, а подключение делать так - использовать любую фазу как сигнальная земля а остальные подавать на аналоговый коммутатор через делители.

Да, совершенно верно. Только в долларовый МК и коммутатор, и АЦП включены совершенно естественным образом.

[_artem_]

Правда точность метода зависит от строгости соблюдения фаз в сети. Интересно каковы допустимые величины рассогласования по фазам в трехфазной сети ?

[Stanislav]

Правда точность метода зависит от строгости соблюдения фаз в сети.

Нет, не зависит. На МК можно сделать также достаточно точный измеритель фаз входных напряжений. Дополнительных аппаратных затрат это не потребует.

[_artem_]

Не знаю прав я или нет , но :
при производной от d(V1cos(a) + V2cos(a+120))/dt равной нулю (или по максимуму по максимуму производной) мы находим абсолютную фазу (а) для V1 и V2 (где V1 V2 напряжения фаз относительно земли а сумма [V1cos(a) + V2cos(a+120)] то что мы мерим в сети ) , засекая данное время (зная действительную фазу сигналов ) можно дождаться времени t при котором одна из состовляюших будет равна нулю

Код

(V1cos(B) = 0 а  V2cos(b+120)

отличная от нуля) а вторая определятся углом b (пропорциональным времени задержки от фазы ) arccos из которой и даст пиковую состовляюшую сигнала. При другой задержке фазы отличной от 120 градусов найденная фаза (а) будет иметь другое значение вследствии чего вносится погрешность в измерение.
А Ваш способ какой , если не секрет?

[_artem_]

Неeee, то что написал наверху - неправильно (справедливо для случая одинаковых амплитуд )) ).
Правильнее будет - фазовое рассоглосование от случая равных амплитуд пропорционально соотношению амплитуд сигналов (по отношению к земле). Но опять таки фазовый угол должен быть априори известным. Получать по току истинную фазу невозможно - вследствии возможной реактивной состовляющей нагрузки.

[CDT]

Неeee, то что написал наверху - неправильно (справедливо для случая одинаковых амплитуд )) ).
Правильнее будет - фазовое рассоглосование от случая равных амплитуд пропорционально соотношению амплитуд сигналов (по отношению к земле). Но опять таки фазовый угол должен быть априори известным. Получать по току истинную фазу невозможно - вследствии возможной реактивной состовляющей нагрузки.

Ну, сейчас заморочите человеку голову.
Ему же просто напряжение надо померять и (полагаю) с точностью не лучше 0.5% (а то и 5%).

- На контроллер подается измеряемое напряжение в произвольном масштабе, не превышающем диапазон АЦП (можно даже не выпрямлять). Если интересует измерение не во всем диапазоне, а, скажем, в ГОСТовском (+10/-15%=187/242В) то можно подавать только этот диапазон, чем увеличивается разрешение АЦП и точность.
- Подсчитывается среднеквадратичное значение за выбраный интервал измерения.
- масштабируется контроллером в правильный результат.

[_artem_]

Неeee, то что написал наверху - неправильно (справедливо для случая одинаковых амплитуд )) ).
Правильнее будет - фазовое рассоглосование от случая равных амплитуд пропорционально соотношению амплитуд сигналов (по отношению к земле). Но опять таки фазовый угол должен быть априори известным. Получать по току истинную фазу невозможно - вследствии возможной реактивной состовляющей нагрузки.

Ну, сейчас заморочите человеку голову.
Ему же просто напряжение надо померять и (полагаю) с точностью не лучше 0.5% (а то и 5%).

- На контроллер подается измеряемое напряжение в произвольном масштабе, не превышающем диапазон АЦП (можно даже не выпрямлять). Если интересует измерение не во всем диапазоне, а, скажем, в ГОСТовском (+10/-15%=187/242В) то можно подавать только этот диапазон, чем увеличивается разрешение АЦП и точность.
- Подсчитывается среднеквадратичное значение за выбраный интервал измерения.
- масштабируется контроллером в правильный результат.

Даже в мыслях не было )

Вообше то человеку, насколько я понял, нужно развязаться от сети :

Код

Нужно измерять напряжение в 3-х фазной сети при помощи микроконтроллера, но чтобы была гальваническая развязка. Как кто решает эту проблему, может существуют в природе миниатюрные измерительные трансформаторы напряжения? Поиск по этим трансформаторам ничего не дал. Может ссылку на фирму-производителя или на конкретный тип кто подкинет. Заранее спасибо.

[Stanislav]

...Правильнее будет - фазовое рассоглосование от случая равных амплитуд пропорционально соотношению амплитуд сигналов (по отношению к земле). Но опять таки фазовый угол должен быть априори известным...

Да нет же. Его легко определить, измерив два междуфазных напряжения относительно третьей фазы. Как определить сдвиг фаз между двумя гармоническими колебаниями известной амплитуды, надеюсь, пояснять не нужно. Далее, построить треугольник по двум сторонам и углу между ними сможет даже пятиклассник. Длина третьей стороны и будет искомым "третьим" междуфазным напряжением.

...Получать по току истинную фазу невозможно - вследствии возможной реактивной состовляющей нагрузки.

При чём здесь ток? Ведь мы измеряем напряжение.

[_artem_]

[quote name='Stanislav' date='Oct 20 2006, 19:16' post='167171'] [quote name='_artem_' post='166888' date='Oct 20 2006, 05:39']
...Правильнее будет - фазовое рассоглосование от случая равных амплитуд пропорционально соотношению амплитуд сигналов (по отношению к земле). Но опять таки фазовый угол должен быть априори известным...[/quote]Да нет же. Его легко определить, измерив два междуфазных напряжения относительно третьей фазы. Как определить сдвиг фаз между двумя гармоническими колебаниями известной амплитуды, надеюсь, пояснять не нужно. Далее, построить треугольник по двум сторонам и углу между ними сможет даже пятиклассник. Длина третьей стороны и будет искомым "третьим" междуфазным напряжением.
[/quote]

Я и об этом . Просто подразумевал что, для точного определения напряжения Фазы сдвиг по фазе каждого из трех сигналов (не того напряжения, что измеряем (межазного) а того что надо найти - сигнал Фаза относительно земли) относительно друг друга должен быть равен точно 120.


[quote name='Stanislav' date='Oct 20 2006, 19:16' post='167171'] [quote name='_artem_' post='166888' date='Oct 20 2006, 05:39']
[quote name='_artem_' post='166888' date='Oct 20 2006, 05:39']...Получать по току истинную фазу невозможно - вследствии возможной реактивной состовляющей нагрузки.[/quote]При чём здесь ток? Ведь мы измеряем напряжение. [/quote]

Ток я сказал для того случая когда мы хотим узнать истинную фазу сигнала относительно земли по фазе тока и через нее вычислить напряжение каждой фазы. В обшем к этому отношения не имеет .

[Stanislav]

Просто подразумевал что, для точного определения напряжения Фазы сдвиг по фазе каждого из трех сигналов (не того напряжения, что измеряем (межазного) а того что надо найти - сигнал Фаза относительно земли) относительно друг друга должен быть равен точно 120.

Нет, не должен!
Если "земля" или нейтраль нам не дана, мы можем говорить об измерении только междуфазных напряжений. Напряжения относительно "земли" в этом случае измерить не представляется возможным вообще (по причине её отсутствия), и фазовый угол здесь не при чём.
Если "земля" или нейтраль дана, для измерения фазных напряжений достаточно тупо померять напряжения на каждом из фазных проводов относительно неё, без учёта "фи". Для измерения междуфазных напр-й нужно также измерить "фи", что даже на долларовом МК делается элементарно.

PS. "Фи" между фазными проводами относительно нейтрали может быть и не 120гр даже при чисто активной нагрузке, по причине неравномерно нагруженных фаз и, вследствие этого, сдвига напряжения на нейтрали.