>>>>
Вимірювання великих струмів
Виміряти струм? Що може бути простіше!
Але є випадки, коли ці вимірювання простим тестером або осцилографом не провести. Наприклад, вимір великих струмів, та ще й гальванически пов'язаних з мережею. Під "виміром" я маю на увазі вивід на екран осцилографа. В іншому випадку, візуалізація струму стартера автомобіля покаже вам стан поршневої групи двигуна без викручування свічок (на багатьох моделях це вже проблема). Побачивши ток бензонасоса або форсунок автомобіля, Вам локшину на вуха автомастер НЕ навісить. При виготовленні ІБП, потужних 50Гц трансформаторів з ШІМ керуванням бажано, а якщо конструкція не клон, а новодел, то в обов'язковому порядку треба бачити, що відбувається на високій стороні. При проектуванні зварювальних інверторів потрібен робочий зварювальний струм і не на шунт, а в реалії. Інакше може вийти конструкція, яка працює тільки у автора, а повторює пристрасно мріє плюнути в фейс автору. Можна навести ще масу випадків, коли треба б виміряти струм, але стримує або відсутність приладів або ТБ при вимірюванні.
Мета цієї статті поділиться практичним досвідом вимірювання (візуалізації) великих струмів з гальванічною розв'язкою від вимірювальних приладів. Саме практичним. Те що перевірено і використовується.
1. Датчик струму на мікросхемі ACS712
Прекрасна мікросхема фірми Allegro. Як називає її фірма "Лінійний струмовий Датч на ефекті Холла з ультра низьким прохідним опором" Існує 3 клону, на 5А, 20А і 30Ампер. Виготовляється в 8-Лапкова SOIC корпусі, витримує при цьому 30А ток в довгостроковому режимі, в імпульсі до 100А! Неодноразово пропускав 50А 1-2сек. З повною документацією можна ознайомитись на сайті виробника. https://www.allegromicro.com/~/media/Files/Datasheets/ACS712-Datasheet.ashx
Коротко про хороше:
- Гальванічна розв'язка
- Можливість роботи від постійного до 80 кГц струму.
- 0,0012 Ом прохідне опір!
- все всередині (з обв'язки: два конденсатора, по харчуванню і в фільтрі.)
- хороша лінійність (1,5%)
- додаткові дуже цікаві можливості, які не наводяться в описі.
З недоліків:
-шум. Для ACS712 30А клону це 7мВ або в робочому перерахунку на рівні 0,106А вимірюваного струму. Але ця м / з не метрологічна і вона не для міні струмів. Вона заточена для використання з мікро контролером і нівелювати цей шум програмно просто. Збільшення ємності конденсатора фільтра до зменшення шуму не призводить (мало б, але у мене з незрозумілої причини не вийшло).
Фірма Allegro випускає широку номенклатуру датчиків струму, з різними параметрами. Вибрати можна для всіх поставлених завдань. Від 5А до 200 Ампер.
В даній статті піде розмова, як зробити ACS712 в застосуванні більш зручною для вимірювань в радіо лабораторії. При проведенні вимірювань у неї є два незручних параметра:
- коефіцієнт перерахунку струму 66мВ / 1А і при відсутності прохідного струму, вихідна напруга дорівнює 1/2 харчування. У класичному застосуванні в зв'язці з м / контролером це правильно і логічно. У лабораторії незручно постійно тикати пальцем в калькулятор і зовсім неможливо дивитися змінний струм з невеликою постійної складової. Вхід осцилографа не закриєш, а 1/2 постоянки на виході заважає.
Вирішення цієї проблеми дуже просте.
Операційним підсилювачем зміщуємо вихідна напруга приладу при відсутності струму через м / с ACS712 на нуль і підсилюємо вихідна напруга до коефіцієнта масштабування = 0.1В / 1А. Напруга живлення схеми (мах допустиме) вибрав 8В (рекомендоване 5В), і зробив його Двуполярность для харчування операційного підсилювача за допомогою м.с. ICL7660. Стало дуже зручно і з осцилографом, і з виходом на тестер, в розумі множимо отримане напруга на 10, отримуємо вимірюваний струм.
У мене вийшла ось така мініатюрна коробочка.
На вулицю вивів ручку змінного опору (R7) підстроювання нуля, подстроечніком R6 підстроюємо масштабування пристрою 1А = 0,1. Операційний підсилювач можна поставити більш сучасний і краще Rail-to-Rail. Плату приводити немає сенсу. Схема дуже проста і робиться по застосовуваної металевій коробочці. Саме металевої, м / схема піддається впливу зовнішніх магнітних полів.
Але в цьому недоліку і є нестандартні додаткові можливості !!! У форматі цієї статті не вийде розповісти про ці можливості. Коротко напишу, що це можливість в реальному часі побачити на екрані осцилографа напруженість магнітного поля трансформатора, дивитися петлю гістерезису, дистанційно вимірювати струм. Дуже неординарна функція - це вимірювати напруженість магнітного поля в реальному часі. Мені не зустрічалися аматорські прилади (та ще такої елементарної схемотехніки) які дозволяють це робити.
2. Струмові кліщі. АРРА-30Т.
Відмінність від широко розповсюджених кліщів - вихід на осцилограф. Дуже зручний і надійний інструмент, якість виготовлення високе, але для аматорського застосування виходить щодо дорогувато. Користуватися зручно, вимірює як постійний так і змінний струм на двох межах 40А і 300А (дивився сам 500А, але мабуть на таких токах велика нелінійність). Дуже добре дивитися стартерні струми автомобіля з пишучим осцілоскопом. І втягує видно і сам стартер і роботу кожного циліндра. Відсутність цифрового дисплея не напружує. У будь-якому випадку при вимірах тестер поруч. Можна включити паралельно осцилографа якщо вже припекло. Додаткові конектори прикладені.
3. Пояс Роговского.
Малюнок з вікіпедії:
Це самий казусний прилад в моїй лабораторії. З'явився для вимірювань струмів в тисячі ампер. Прикинувши, ніж можна виміряти такі струми зупинився на Поясі (кільці) Роговского, так як зробити щось інше проблематично або дорого. Зневажати по інету. Описаний можливостей цього чуда багато, готові вироби в продажу є. Реальних вимірювань нуль, не дивлячись на масу публікацій. Плюнув і за вечір зробив конструкцію.
Кільця з ламина для підлоги, шматочки каналізаційних труб діаметром 100мм і 50мм, ВЧ роз'єм ось і вся механіка.
Шматок від фідера невідомої породи.
На нього щільно намотаний провід D = 0,22mm.
Витки не рахував, перерахував по довжині і щільності намотування. Вийшло 1500вітков. Терпіти не можу мотати котушки, але цей пояс намотав за 20хв. Початок проведення припаяв до центральної жили кабелю. Центральна жила в кінці намотування і сам кінець дроту котушки це два виходи котушки.
Пояс зручно встав в ущільнюючий паз труби. Довжина пояса звичайно була визначена заздалегідь.
Навантажив пояс на опір 220ом. Зібрав, отримав таку конструкцію.
Пропустивши через експериментальний провідник синусоїдальний струм силою 400Ампер, заміряв вихідна напруга вироби, одночасно зняті показання з кліщів АРРА-30. Вийшло, що струм силою 1000А створює в поясі Роговского ЕРС дорівнює 0.22вольт. У Кита Сукера в книзі "Силова електроніка" є имперический розрахунок котушки Роговского. Порахував, отримав 0.23вольта. Залишився задоволений, витки я точно не рахував, та й розрахунок у Кита имперический. Крутить прилад фазу? Ну і Бог з нею, нехай крутіт.Поіметь за вечір такий потрібний прилад, задарма, дуже вдало. Все було добре до початку реальних вимірів. Підключивши потужний 50Гц трансформатор, до автоматики з ШІМ модуляцією струму і побачивши на екрані жах електрика, поматерілся Вікіпедію, інших авторів-теоретиків, себе і зрозумів чому цей прилад так і не отримав широкого поширення з'явившись аж в 1912р.
Всі автори публікацій характеризують цей прилад (мабуть переписуючи один у одного) як трансформатор струму (це мене і ввело в ступор, хоча формула наводиться ЕРС говорить інше). І бубонять про необхідність інтегратора на виході, для відновлення форми струму. Вихідна напруга пояса Роговского залежить не від сили досліджуваного струму, а від швидкості і вектора його зміни!
Це далеко не трансформатор струму і ніяким інтегратором реальну форму струму не відновити. Прилад, звичайно, використовується, іншим приладом я і не можу виміряти 1000-5000Ампер в провіднику. Результат я отримую правильний, але тільки тоді, коли форма струму чиста синусоїда, 50Гц і я в цьому впевнений на 100%. В енергетиці він застосовується мабуть теж з обмеженнями. Мої знайомі енергетики про пояс Роговского ні гу-гу.
Пристрій специфічне, з масою обмежень в застосуванні ітд. Але при необхідності можна працювати, так як виготовлення швидке і нічого не варто.
Висновки: Вимірювати великі струми сьогодні для радіоаматора не складно і дешево. Мій улюблений прилад це датчик струму на ACS715. Років п'ятнадцять тому робив автоматику на саморобних трансформаторах струму. Але сьогодні в багатьох конструкціях не раціонально їх застосовувати. За ціною дорожче виходить, лінійність гірше і подовжується час налагодження приладу. З інтегральним датчиком, як на калькуляторі порахував, так в реалії і отримав. Хоча звичайно трансформатори струму мають свою незамінну нішу в конструкціях.
Скажу коротко, що експерименти з датчиком струму на ACS715 в корінь розвінчали міф аудиофилов про насичення трансформатора робочим струмом. Привели до переосмислення і до зовсім нового алгоритму керування зварювальним струмом апарату контактного зварювання. Доводиться до розуму автомат пуску (з системою захисту і перезапусків) трифазного двигуна в однофазної мережі. На них зараз оформляється патент на корисну модель. І Т. Д. і Т. П. І все це в напрямку електрики і електроніки, яка жувала-пережована ще в минулому столітті. З'явилися нові компоненти і то що було неможливо зовсім недавно, сьогодні вже рутина. Але це буде вже інша історія.
p
файли:
документ PDF
Формула
Всі питання в Форум .
Крутить прилад фазу?
