Przekładnik prądowy – pomiar prądu ~230V przez µC

Przekładnik prądowy – pomiar prądu ~230V przez µC
4 (80%) 3 votes

Buszując pewnego czasu w internecie trafiłem na wzmiankę o czymś co zwało się przekładnik prądowy – ktoś polecał komuś jakieś rozwiązanie. W tamtym czasie nawet specjalnie mnie ten element nie zainteresował, stwierdziłem nie potrzebne mi to – zbytek nie widzę zastosowania 😛

Długo nie trzeba było czekać, pewnego dnia (sierpień 2013) zakupiłem ciekawy wynalazek. Była to listwa zasilająca do komputera. Ale nie tak pospolita – wyróżniała się wbudowanym układem elektronicznym, który pozwala między innymi na sterowanie i automatyzację włączania i wyłączania odbiorników z podziałem na odbiorniki podrzędne, oraz nadrzędne. Oraz to co najistotniejsze potrafi mierzyć prąd pobierany przez odbiorniki.

W środku urządzenia siedziały takie cosie:

moduł wykonawczy z listwy inteligentnej z cosiami

moduł wykonawczy z listwy inteligentnej z cosiami

Na tamten czas nie wiedziałem co to u licha jest te czarne trochę owalne z białymi naklejkami markowane napisem LCT228A2 z przełożonym przewodem przez środek. Domyślałem się, że pewno jakiś element indukcyjny, ale do czego on i jaką ma funkcję wtedy jeszcze nie wiedziałem. Więc fotki pojechały do znajomych, bez większego rezultatu, każdy rozpracował jak toto działa, i co w środku siedzi, ale nikt nie wiedział jak się taki element nazywa. Widocznie chłopaki nie mieli z tym styczności. Temat przymarł skutkiem naturalnym z braku danych. I tym bardziej był interesujący 😛  Długo ta niewiedza nie trwała…

W końcu jakimś trafem dotarłem do witryny krajowego producenta podobnych wynalazków. I cosie przestały być cosiami  😉 a stały się przekładnikami prądowymi.

Wtedy to do Grzegorza z miejscowości Gać wysłałem taką wiadomość:

Cosie przestały być cosiami mają swoją nazwę – zdekonspirowałem je oczywiście „niechcący”, lub inaczej mówiąc przy okazji poszukiwań czegoś innego. ((-;

Elementy te o tyle są ciekawe, bo pozwalają dokonywać pomiarów prądu przemiennego nawet gdy prąd ten jest bardzo duży, w dodatku przy wysokich napięciach obwodu mierzonego. Układ pomiarowy nie jest skomplikowany i jest odseparowany od obwodu mierzonego, nie trzeba ingerować w układ, w którym chce się dokonywać pomiarów. Takim sposobem za pomocą µC, możemy mierzyć pobór prądu w obwodzie ~230AC. Przekładniki Ferystera działają w zakresie częstotliwości f=20Hz÷1kHz. Stosunek prądów wynosi 1000:1, a rezystancja cewki jest różna. W zależności od typu przekładnika zawiera się między 18Ω a 56Ω. Do testów i zapoznania się zakupiłem przekładnik prądowy TX1V o charakterystyce jak poniżej:

charakterystyka przekładnika prądowego TX1V

charakterystyka przekładnika prądowego TX1V (grafika ze strony producenta)

Do działania przekładnika i pomiarów prądu niezbędnym elementem jest rezystor pracujący w układzie bocznika. Czyli do wyprowadzeń przekładnika przyłączamy równoległy rezystor wymuszający przepływ prądu, aby dokonać pomiaru spadku napięcia na nim. Zależnie od wartości tego opornika uzyskamy różną charakterystykę, na wykresie poszczególne kolory krzywej.

W zaufaniu zdradzę że to działa i nawet nieźle. Ale pamiętać trzeba, że zasada działania jest identyczna  jak w transformatorze i powstałe napięcie jest przemienne, więc nie nadaje się bezpośrednio do pomiaru przez µC. Mój układ testowy z przekładnikiem:

moja płytka testowa z przekładnikiem TX1V

moja płytka testowa z przekładnikiem TX1V

 Teraz przedstawię kilka fotografii z pomiarami wykonanych podczas testowania i obczajania o co tu chodzi. Fotki uwieczniają multimetry, jeden podłączony do przekładnika, mierzy napięcie w zakresie AC – to co się wyindukuje w przekładniku. Drugi natomiast pokazuje prąd jaki przepływa w obwodzie z obciążeniem. Obciążeniami są wentylator dwubiegowy i żelazko.

Przygotowane przyrządy i akcesoria do przeprowadzenia doświadczeń z przekładnikiem TX1V

Przygotowane przyrządy i akcesoria do przeprowadzenia doświadczeń z przekładnikiem TX1V

Na poniższych fotkach będą uwiecznione wyniki pomiarów gdy obciążeniem był wentylator pracujący na biegu pierwszym, potem wentylator na biegu drugim, żelazko, następnie, żelazko i wentylator na biegu pierwszym, oraz żelazko i wentylator na biegu drugim. Można obejrzeć pomiar prądu w obwodzie obciążenia (multimetr pomarańczowy), oraz pomiar napięcia AC w testowym obwodzie przekładnika (multimetr szary). Przekładnik na swojej płytce testowej posiada równoległy rezystor 220Ω, oraz kondensator ceramiczny 100nF.

test1 test2 test3 test4 test5

No to pięknie widać że to nie żadne bujdy … Działa i to wyśmienicie. 😆 W takim wypadku trzeba by zająć się sprowadzeniem napięcia AC do stanu „namierzalnego” przez µC, a dokładnie jego ADC. W komercyjnym rozwiązaniu, które już znam zamiast prostownika zastosowano filtr RC, długo się nie mogłem nadziwić jak to działa …. Niemniej standardowy prostownik do jakiego przywykłem nie ma racji bytu z tytułu spadku napięcia na diodzie, w przypadku gdzie występują miliwolty.

widok mozaiki ścieżek rozwiązania komercyjnego

widok mozaiki ścieżek rozwiązania komercyjnego

Tak że przy ogromnej ilości próbek i całej masie obliczeń matematycznych pewno ma to rację bytu, jednak dalej w takie rozwiązanie nie wierzę …. Dlatego oddałem się długim poszukiwaniom rozwiązania lepszego i natrafiłem na temat prostownika liniowego opartego o wzmacniacz operacyjny. wtedy to natrafiłem na ciekawy wątek rozmowy na elektrodzie, który rozwiązał wszelkie moje wątpliwości.

przykład z elektrody

przykład z elektrody

Interesująca w temacie może być dodatkowo rozmowa:

Przepraszam, że się wtrącę. Jak zmienić ten układ, jeżeli mam na wejściu max 333mV a na wyjściu chcę max 5V?

Wzmocnienie ma być 15.
Czyli R2 =16 kΩ.
A R3 zostaje.
W zasadzie duża dowolność- R3/R2 ma być=15 – w granicach rozsądku.
Poza tym dioda D2 1N4148- bo BAT może zacząć obcinać szczyty.
R1-też dowolnie w granicach rozsądku.
Taki akurat wpadł mi w ręce.
Poza tym jak się robi w mikrokontrolerach- to elektronika analogowa gryzie po kostkach i szarpie za nogawki.
Małe- ale uciążliwe.

Mozna dać LM358

I tym sposobem dobiegłem do wydaje się szczęśliwego końca? No tak tylko dlaczego okociło się tyle elementów … Układu prostownika liniowego jeszcze nie testowałem – ale uczynię to.

 

A.D. 2016-03-17

Feryster, krajowy producent podzespołów indukcyjnych, wdrożył do swojej produkcji dwa certyfikowane przez UL elektryczne systemy izolacji zgodne z UL 1446: klasy B (130°C) oraz klasy F (155°C). Zgodne z tymi systemami wyroby oznaczane są symbolami odpowiednio FER-130 oraz FER-155 i mają oficjalne uznanie UL o numerze E481059 (OBJY2). Uzyskanie certyfikatu UL jest ważnym krokiem potwierdzającym zdolność firmy do zapewnienia wysokiej jakości produktów w aspekcie międzynarodowym. Jest to też ważny czynnik zapewnienia bezpieczeństwa dla użytkownika wyrobu końcowego.


 

Materiały zaczerpnąłem z: komercyjnego produktu, witryny producenta przekładnika – Feryster, forum elektroda.
Eagle v5.x i nowsze – libs przekladnik_feryster.lbr_.zip (15 pobrań) plik dostępny po zalogowaniu 😛

Eagle lib przekladnik TK1V

Share Button
Tagi , , , , .Dodaj do zakładek Link.

5 odpowiedzi na „Przekładnik prądowy – pomiar prądu ~230V przez µC

  1. Pluto mówi:

    Fajny wpis, jak chcesz zrobić fajny miernik/licznik prądu to polecam zapoznać się z układem ADE7758 i jego rodziną. Pozdrawiam.

    • kaktus mówi:

      A dziękuję, na pewno się przyglądnę propozycji.
      Od dawna posiadam też moduły ze scalakami ACS712, ale brak mocy przerobowych na zrobienie prezentacji. Mierzą AC oraz DC w szerokim zakresie, łącznie z napięciem sieci energetycznej. 😀
      Oraz coś bardziej zaawansowanego -> M90E39A AU

  2. Lazor mówi:

    „Niemniej standardowy prostownik do jakiego przywykłem nie ma racji bytu z tytułu spadku napięcia na diodzie, w przypadku gdzie występują miliwolty.”

    Cóż, nie jest to prawda, przekładnik działa jako źródło prądowe, jedyną wadą rozwiązania na prostowniku to większe obciążenie i straty na przekładniku.
    Komercyjnie stosuje się przekładniki korzystające z mostka prostowniczego i to w dodatku na 4 diodach.

  3. Lazor mówi:

    Nie dotyczy się to wszystkiego co nazwiemy przekładnikiem prądowym.

    Dla przykładu przekładniki firmy LEM mają całkowicie inną zasadę działania i one są w stanie mierzyć prąd stały oraz nie mają problemów z składową stałą.
    Przekładnik to transformator, to już nawet pisałeś. Jednak jak przerzucić teorię na praktykę? A no bardzo prosto.

    Jeśli przez stronę pierwotną płynie prąd 1A to tworzy strumień pola magnetycznego o wartości X, strona pierwotna z prawa indukcji magnetycznej indukuje prąd który będzie przeciwdziałał temu strumieniowi.
    Tak więc jak mam przekładnię 1 : 50 i po pierwotnej stronie mamy 1A to po stronie wtórnej powinien nam popłynąć prąd 1/50 A. Dlatego musimy dać rezystor bocznikujący, by ten prąd mógł popłynąć inaczej napięcie pójdzie w górę, a jego wartość będzie przybliżona do:
    E = 4,44*10^-4*B*S*f*N
    E – siła elektromotoryczna [V]
    B – indukcja[T]
    S – przekrój rdzenia
    f – częstotliwość (sinus)
    N – ilość zwoi

    Dlatego gdy zwiększa się rezystancję bocznika to charakterystyka przekładnika leci w górę z napięciem oraz pamiętaj że przez rezystor płynie ciągle taki sam prąd, więc i więcej energii wytraca się na nim.
    Dlatego też diody nie mają zbytnio znaczenia dla jeśli chodzi o pomiar, ponieważ prąd po stronie wtórnej zawsze będzie dążył do tej samej wartości.

    Oczywiście wchodzą jeszcze niedoskonałości przekładników, takie jak strumień rozproszenia, straty na rezystancji oraz prądy wirowe.

    Pozdrawiam,
    Marcin Szajner
     

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

thirteen + six =