Изолированная схема измерения параметров сети, Прошу совета Опции

[Arlleex]

Добрый вечер!
Однажды при обсуждении темы измерения параметров сетевого напряжения промелькнула мысль использовать гальванически развязанную схему.
Итак, есть вход 220В переменного напряжения, и я хочу оцифровывать это напряжение для дальнейшего спектрального состава (а попутно мерить RMS).
Накидал вот такую схемку:



На правой стороне - плата с микроконтроллером. Ее питает обычный AC/DC-преобразователь от Meanwell. От этого же источника питается гальванически развязанный DC/DC для формирования напряжения, питающего АЦП (возможно, и другие аналоговые компоненты вместо резисторов).

Казалось бы, я все заизолировал. Но я что-то сделал не так. Вот по-любому
Где те изъяны, подскажите? Я не могу понять, возможно, элементарных вещей - в каких случаях подключение фазы и нуля имеет значение, а в каких - нет (и имеет ли в моем случае)? Как будет чувствовать себя АЦП, ведь он будет "на одном проводе" с сетевым напряжением (каков будет результат оцифровки сигнала при таком подключении по сравнению со схемой, когда на АЦП подается напряжение с понижающего трансформатора?).

[Alex11]

Посмотрите лучше на ADE7912, 7913 - там все в одной посуде. Если Вам не нужна бешеная точность, то толучится дешевле. В Вашей схеме идеологически все нормально, но аналог нужно будет делать по-другому. На четырех резисторах, скорее всего не заработает.

[sgs]

Однажды при обсуждении темы измерения параметров сетевого напряжения промелькнула мысль использовать гальванически развязанную схему.
Итак, есть вход 220В переменного напряжения, и я хочу оцифровывать это напряжение для дальнейшего спектрального состава (а попутно мерить RMS).

Как будет чувствовать себя АЦП, ведь он будет "на одном проводе" с сетевым напряжением (каков будет результат оцифровки сигнала при таком подключении по сравнению со схемой, когда на АЦП подается напряжение с понижающего трансформатора?).

Логично сделать измерительную схему по типу электросчетчика (см. Analog Device) с питанием от сети и опторазвязкой интерфейса измерителя. Кстати, так сделаны 3-фазные отечественные счетчики серии "Нева" - там на каждой фазе стоит по измерительной микросхеме со своим фазовым блоком питания (конденсаторный гаситель и стабилитрон), а три выхода идут через опторазвязки к обрабатывающему процессору. Если измерять только напряжение, то достаточно одного делителя фаза-ноль, такого, чтобы попасть в допустимый диапазон измеряемого микросхемой напряжения. При этом один из сетевых проводов становится "землей" для этой микросхемы. А в качестве измерителя можно использовать как специализированные микросхемы, так и обычный контроллер с АЦП.

Сообщение отредактировал sgs - Jan 23 2018, 15:55

[Arlleex]

Логично сделать измерительную схему по типу электросчетчика (см. Analog Device) с питанием от сети и опторазвязкой интерфейса измерителя. Кстати, так сделаны 3-фазные отечественные счетчики серии "Нева" - там на каждой фазе стоит по измерительной микросхеме со своим фазовым блоком питания (конденсаторный гаситель и стабилитрон), а три выхода идут через опторазвязки к обрабатывающему процессору. Если измерять только напряжение, то достаточно одного делителя фаза-ноль, такого, чтобы попасть в допустимый диапазон измеряемого микросхемой напряжения. При этом один из сетевых проводов становится "землей" для этой микросхемы. А в качестве измерителя можно использовать как специализированные микросхемы, так и обычный контроллер с АЦП.

Второй делитель сделан для смещения уровня входного напряжения из отрицательной области в положительную.

Остался тогда по сути один вопрос

Как будет чувствовать себя АЦП, ведь он будет "на одном проводе" с сетевым напряжением (каков будет результат оцифровки сигнала при таком подключении по сравнению со схемой, когда на АЦП подается напряжение с понижающего трансформатора?).

[@Ark]

Добрый вечер!
... Казалось бы, я все заизолировал. Но я что-то сделал не так. Вот по-любому
Где те изъяны, подскажите? Я не могу понять, возможно, элементарных вещей - в каких случаях подключение фазы и нуля имеет значение, а в каких - нет (и имеет ли в моем случае)? Как будет чувствовать себя АЦП, ведь он будет "на одном проводе" с сетевым напряжением (каков будет результат оцифровки сигнала при таком подключении по сравнению со схемой, когда на АЦП подается напряжение с понижающего трансформатора?).

Если Вам нужно готовое, дешевое в производстве, решение - обращайтесь (пишите в личку). Схему здесь выкладывать не буду. Даже не просите. Качество - гарантирую. Отвечу только на письмо с проектом Технического Задания в приложении и Вашей оценкой стоимости данной разработки.

[sgs]

Второй делитель сделан для смещения уровня входного напряжения из отрицательной области в положительную.

Большинство специализированных микросхем от AD работают в диапазоне +/- 0.5 Vac и не требуют дополнительного смещения.
Если нужно смещение - можно использовать китайское решение



для счетчиков с трансформаторным входом.
Обратите внимание, что в основном применяется дифференциальный вход АЦП. Это связано с довольно высокими синфазными наводками от сети.
Что касается трансформаторного входа - это вопрос частотной полосы сигнала.
Любой трансформатор искажает высокие частоты. Если это не принципиально, трансформатор напряжения - нормальное решение.

[Arlleex]

Посмотрите лучше на ADE7912, 7913 - там все в одной посуде. Если Вам не нужна бешеная точность, то толучится дешевле. В Вашей схеме идеологически все нормально, но аналог нужно будет делать по-другому. На четырех резисторах, скорее всего не заработает.

Спасибо, действительно интересное решение. Нужно посидеть полистать характеристики.

Что касается трансформаторного входа - это вопрос частотной полосы сигнала.
Любой трансформатор искажает высокие частоты. Если это не принципиально, трансформатор напряжения - нормальное решение.

С трансформатором было бы очень здорово, если бы производители трансформаторов писали в технических описаниях эту самую полосу частот и линейность характеристик в этой полосе... Ведь моя задача - оцифровать показания для дальнейшего проведения фурье-анализа в полосе от 0 до 16...20кГц. Именно из-за линейности и равномерной частотной характеристики была идея сделать делитель напряжения на обычных резисторах. Но трансформаторный вход кажется более правильным и более экономичным, но какие трансформаторы рассматривать - НЧ понижающие сетевые или согласующие? В одном устройстве ставил вообще импульсный в режиме трансформатора тока, по которому считал входное напряжение, но там большая точность и, тем более, частотный анализ не требовались.

Сообщение отредактировал Arlleex - Jan 24 2018, 05:51

[halfdoom]

От этого же источника питается гальванически развязанный DC/DC для формирования напряжения, питающего АЦП (возможно, и другие аналоговые компоненты вместо резисторов).

Очень внимательно смотрите на изоляцию DC/DC. В мелких преобразователях обычно зазоры весьма малы и не ответствуют требованиям для объектов связанных с первичной сетью.

[sgs]

С трансформатором было бы очень здорово, если бы производители трансформаторов писали в технических описаниях эту самую полосу частот и линейность характеристик в этой полосе...

Боюсь, что с широкополосным трансформатором будут проблемы. Обычно трансформаторная схема применяется, когда интересна только основная частота сети.
Как вариант - http://www.eltranstech.ru/products/malogab...ry-napryajeniya
Обратите внимание на фазовые погрешности измерений (Рис.3).
Лучше уж делать оцифровку на высокой стороне, а обработку - после развязки.

[Arlleex]

Очень внимательно смотрите на изоляцию DC/DC. В мелких преобразователях обычно зазоры весьма малы и не ответствуют требованиям для объектов связанных с первичной сетью.

Боюсь, что с широкополосным трансформатором будут проблемы. Обычно трансформаторная схема применяется, когда интересна только основная частота сети.
Как вариант - http://www.eltranstech.ru/products/malogab...ry-napryajeniya
Обратите внимание на фазовые погрешности измерений (Рис.3).
Лучше уж делать оцифровку на высокой стороне, а обработку - после развязки.

Именно поэтому, обобщая, я склоняюсь к варианту, предложенному Alex11. ADE7912 как раз оцифровывает на силовой стороне, а передает на МК уже развязанные сигналы. Но это для измерения напряжения.
P.S. Кстати тоже видел эту контору, даже написал туда - тоже пообсуждали возможность изготовления такого трансформатора.

А ток все-таки буду измерять не этой микросхемой, а отдельными датчиками тока ACS770:


Они на эффекте Холла и автоматически развязаны с силовой линией.
Только интересно (а проверить пока не на чем) - как будет влиять наличие металлических поверхностей (типа корпуса прибора), расположенных около таких датчиков, на показания?

Сообщение отредактировал Arlleex - Jan 24 2018, 12:28

[Myron]

Только интересно (а проверить пока не на чем) - как будет влиять наличие металлических поверхностей (типа корпуса прибора), расположенных около таких датчиков, на показания?

...и другие изменения внешних полей.

[sgs]

ADE7912 как раз оцифровывает на силовой стороне, а передает на МК уже развязанные сигналы. Но это для измерения напряжения.
А ток все-таки буду измерять не этой микросхемой, а отдельными датчиками тока ACS770:

А это зачем? Если применять ADE7912, то сразу получается и ток (с шунта) и напряжение (с делителя) в одном флаконе.

[Arlleex]

...и другие изменения внешних полей.

Вот именно... Поможет ли в этом случае применение клетки Фарадея (металлического пермаллоевого экрана, соединенного с общим проводом прибора)?

А это зачем? Если применять ADE7912, то сразу получается и ток (с шунта) и напряжение (с делителя) в одном флаконе.

У меня токи до 50А, боюсь с шунтом будут большие тепловые потери

[sgs]

У меня токи до 50А, боюсь с шунтом будут большие тепловые потери

Обычно на шунте падает 20-50 mVac...

[stells]

У меня токи до 50А, боюсь с шунтом будут большие тепловые потери

а что это за шунт такой 350мкОм, кто знает, где на него посмотреть?:
 AN559_R.pdf ( 2.78 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 63