Hallo miteinander, da ich neu hier im Forum bin, wollte ich mich zunächst kurz vorstellen. Ich bin der Manuel, 20 Jahre alt und mache zurzeit eine Ausbildung zum Elektroniker für Geräte und Systeme im kooperativen Studienmodell. Zurzeit sitze ich an meinem Abschlussprojekt und komme nicht weiter und hoffe deshalb, dass ihr mir hier helfen könnt. Es geht um die Erstellung einer Platine zum Messen der Spannung, die an einer angelegten Last abfällt und zum Messen des Stromes, der durch die Last fließt. Benötigt wird die Platine später zum Prüfen von Geräten die in der Schifffahrt eingesetzt werden und somit speziellen Stresssituationen ausgesetzt werden müssen. Realisiert werden soll das mittels der ICs LTC1967: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1967f.pdf Dieses IC bildet die effektive Wechselspannungsdifferenz zwischen den 2 Eingängen und gibt diese dann als Gleichspannung im Ausgang aus. Dessen Ausgangsspannungen werden dann in einen Mikrocontroller eingelesen und zum Schluss auf einem Display ausgegeben. Es funktioniert soweit auch alles ganz gut, bis auf die Strommessung. Zum einen ist diese sehr frequenzabhängig und zum anderen kommt der IC bei der Strommessung schnell an seine Grenzen und kommt ins "clipping", da er nur innerhalb seiner Versorungsspannung von 0-5V messen kann. Deswegen habe ich schon den Spannungsteiler mit den Widerständen R6 & R7 benutzt, um einen DC-Offset von 2,5V zu bekommen, sodass über einen möglichst großen Messbereich gemessen werden kann. Da ich aber trotz dessen immer noch in die Begrenzung des ICs gelange, suche ich nun hier nach Hilfe. Ist mir bei der Erstellung ein Fehler unterlaufen oder wie könnte ich das Problem noch lösen ? Noch allgemeines zum Schaltplan: Eingang - Hier wird die Sinunsspannung angelegt (3V eff.) mit wechselnder Frequenz (50 HZ - 20kHZ) und einem DC Offset von 24V. Last - Hier wird später das zu vermessende Bauteil angeschlossen sein. JP1 - Versorungsspannung 12V Auf dem Schaltplan ist zudem IC2 und IC3 vertauscht, d.h. das 7805 ist eigentlich das 7803,3 und umgekehrt. Ich hoffe, dass ich mich verständlich ausgedrückt habe, falls nicht, bitte nachfragen. Vielen Dank schonmal im voraus. Gruß Manuel
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Die Spannung und der Strom muessen als RMS Werte gemessen werden ? Im Falle von sinusfoermigen Groessen macht das zB wenig Sinn. Muessen die Harmonischen denn so hoch gemessen werden ? Ich wuerde den gewaehlten chip als eher ungeeignet fuer Netzmessungen betrachten. Schau mal die Power Metering Familie von Analog Devices an : http://www.analog.com/en/parametricsearch/10577 Die haben einen 24bit ADC drin und koennen fast alles. zB http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADE7854_7858_7868_7878.pdf
Holla, Manuel S. schrieb: > Es funktioniert soweit auch alles ganz gut, bis auf die Strommessung. > Zum einen ist diese sehr frequenzabhängig und zum anderen kommt der IC > bei der Strommessung schnell an seine Grenzen und kommt ins "clipping", > da er nur innerhalb seiner Versorungsspannung von 0-5V messen kann. > Deswegen habe ich schon den Spannungsteiler mit den Widerständen R6 & R7 > benutzt, um einen DC-Offset von 2,5V zu bekommen, sodass über einen > möglichst großen Messbereich gemessen werden kann. Da ich aber trotz > dessen immer noch in die Begrenzung des ICs gelange, suche ich nun hier > nach Hilfe. > > Ist mir bei der Erstellung ein Fehler unterlaufen oder wie könnte ich > das Problem noch lösen ? laut Datenblatt soll einer der beiden Eingänge immer DC-gekoppelt sein. Es überrascht mich, dass der Spannungseingang funktioniert... Auf jeden Fall darfst du nicht beide Eingänge per Kondensator abkoppeln, schau dir dazu die Applikationsbeispiele an... Weiterhin: Messeingang verarbeitet max 1Vpp - passt das? (Ich kenne die möglichen Grenzwerte nicht). Ahoi, Martin
Hallo zusammen, erstmal danke für eure Antworten. @ Oder Doch Zu messen ist eine Sinuswechselspannung mit übergelagertem DC Offset, das sollte doch aber auch mit einer RMS Messung problemlos möglich sein oder liege ich da falsch ? Die Zweite frage verstehe ich nicht ganz. Zu dem von dir vorgeschlagenen Bauteil: Wenn ich das richtig interpretiere hat der IC eine Bandbreite von 2kHZ, ich müsste aber von 50 Hz - 10kHZ messen. @DocMartin Die Spannungsmessung funktioniert tatsächlich ganz gut. Meine Schaltung zur Strommessung entspricht ja ziemlich genau der Schaltung von den typical Applications, nur dass ich eben noch einen 2. Kondensator verwendet habe, aber keinen Trafo. Heißt das automatisch, dass wenn in den typical applications nur ein Eingang mit einem Kondensator gekoppelt ist, dass man dann auch niemals beide koppeln darf oder entnimmst du das irgendwo dem Text ? Den Differential Input bestimme ich ja mittels des Shunt Widerstandes beziehungsweise den Spannungsabfall am Shunt. Wenn ich diesen klein genug wähle, sollte es mit 1Vpp passen. Es liegt ja nur eine Eingangsspannung von 3Vpp an. Danke für die bisherige Hilfe. Gruß Manuel
Hallo, ich melde mich nochmal, weil ich immer noch nicht weiterkomme. Mittlerweile dachte ich, dass die die Kondensatoren durch einen Trafo ersetzen kann, wodurch der Offset weg wäre und die Spannung zudem beliebig heruntertransformiert werden könnte. Allerdings scheint auch das nicht zu funktionieren, da auch der Transformator zu frequenzabhängig ist. Wenn ich beispielsweise auf der Primärseite bei 10kHz einen Strom von 20mA habe, wird auf der Sekundärseite eine Spannung von 26mV induziert. Bei 4 kHz habe ich bei 20mA auf der Primärseite nur noch eine Spannung von 10,5 mV.
Manuel S. schrieb: > Ist mir bei der Erstellung ein Fehler unterlaufen Du misst den Strom in der Plus-Leitungs-Verbindung zwischen Eingang und Last. Damit hast du natürlich ein Problem mit der Spannung dort. Verbinde Plus von Eingang und last, und lege deinen Widerstand stattdessen in die Masse-Verbindung zwischen Eingang und Last. Dann hast du kein Problem mehr.
Manuel S. schrieb: > Wenn ich beispielsweise auf der Primärseite bei 10kHz einen Strom von > 20mA habe, wird auf der Sekundärseite eine Spannung von 26mV induziert. > Bei 4 kHz habe ich bei 20mA auf der Primärseite nur noch eine Spannung > von 10,5 mV. Meinst du mit "20mA auf der Primärseite" dass 20mA durch den Trafo fließen? Dann musst du auch auf der Sekundärseite einen Strom betrachten (also den Trafo halbwegs niederohmig abschließen und den Übertrager als Stromwandler betreiben). Das Verhältnis von Primärstrom zu Leerlaufspannung auf der Sekundärseite ist beim Trafo natürlich frequenzabhängig. Oder schickst du den Strom immer noch über den 1Ohm Shunt und überträgst die Spannung? Dann musst du darauf achten, dass dein Verhältnis von L und R so ist, dass bei allen interessanten Frequenzen der Strom (fast) nur durch den Shunt fließt und nicht durch L. Wobei ich jetzt schon wieder ins Grübeln komme: willst du denn wirklich nur den AC-Anteil des Stroms messen oder interessiert dich der Effektivwert des vollen Mischstroms? Im zweiten Fall darfst du natürlich keine AC-Kopplung machen.
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Hallo & danke für die schnellen Antworten. Ich habe jetzt mal den Schaltplan schnell so abgeändert, dass er meiner Meinung nach zu deiner Beschreibung passt, allerdings bin ich mir nicht sicher, was das an meinem Problem helfen soll bzw. hast du dir es überhaupt so vorgestellt, wie ich es aufgefasst habe ? Bisher wollte ich eigentlich nur das Verhältnis von dem im der Primärseite durchfließenden Strom zur induzierten Spannung auf der Sekundärseite wissen oder ist das Unsinn, so vorzugehen ? Im Anhang habe ich mir Paint kurz den Schaltplan gezeichnet, die Sekundärseite ist komplett unbelastet, an der Primärseite habe ich zurzeit einen 56 Ohm Leistungswiderstand.
Edit: Meinst du also, dass ich auf der Sekundärseite den 1 Ohm Widerstand einbauen soll, also möglich niederohmig & dort den Spannungsabfall messen soll um auf den Strom zu schließen ? Mich interessiert nur der AC-Anteil des Stroms.
Trafomessung schrieb: > Mich interessiert nur der AC-Anteil des Stroms. ok, dann passt die Kopplung per Übertrager. Du musst nur darauf achten, dass das der Gleichanteil des Stroms den Übertrager noch nicht in Sättigung bringt. Trafomessung schrieb: > Bisher wollte ich eigentlich nur das Verhältnis von dem im der > Primärseite durchfließenden Strom zur induzierten Spannung auf der > Sekundärseite wissen oder ist das Unsinn, so vorzugehen ? ja, das ist Unsinn. Ein Stromwandler will an der Sekundärseite ziemlich genau den selben Strom fließen sehen wie an der Primärseite. Na ja, nicht wirklich den selben sondern das Übersetzungsverhältnis der Windungszahlen geht natürlich ein. Dazu braucht es auf der Sekundärseite einen passend dimensionierten Shunt. Da sich die Magnetfelder der beiden Ströme aufheben ist der Fluss im Kern klein (und der Übertrager kann linear arbeiten). Außerdem bleibt damit Spannungsabfall auf der Primärseite klein.
Bezüglich der Sättigung meinte meine Projektbetreuer, dass es verschiedene Kernmaterialien gäbe, für die das kein Problem wäre. Angenommen ich habe jetzt einen Trafo mit einer Übersetzung von 1:1. Auf der Primärseite fließt ein Strom von 20mA bei einer angelegten Spannung von 1,27V. R = U/I R = 1,27V/0,02A = 63,5 Ohm Also brauche ich auf der Sekundärseite einen Widerstand von ca. 63,5 Ohm ? Edit: Mittlerweile habe ich das hier durchgelesen: https://www.mikrocontroller.net/articles/Stromwandler Beim Beispiel wird ein Shunt Widerstand durchgerechnet, aber trifft das überhaupt auf mein Beispiel zu ? Am Anfang des Eintrags wird der Stromtrafo nämlich mit einer Primärwicklung beschrieben, ich habe aber sowohl auf der Sekundärseite, wie auch auf der Primärseite 10 Wicklungen. Zudem könnte ich mir vorstellen, dass man bei einer Wicklung deutlich höhere Ströme braucht, wie sie in meinem Beispiel vorkommen.
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Nein: viel niederohmiger. Der Primärstrom soll ja durch die Last bestimmt sein und du möchtest möglichst wenig Spannungsabfall am Übertrager. Kennst du das T-Ersatzschaltbild des Trafos? Wenn du die Sekundärseite offen betreibst muss der gesamte Primärstrom durch die Hauptinduktivität fließen. Entsprechend hoch (und frequenzabhängig) ist der Spannungsabfall auf der Primärseite. Wenn du die Sekundärseite mit 1Ohm kurzschließt, dann kann der Strom durch die Hauptinduktivität fließen oder parallel dazu durch den (transformierten) Sekundärwiderstand. Und der transformierte Sekundärwiderstand sollte viel niederimpedanter sein als die Hauptinduktivität (damit der magnetische Fluss im Kern klein bleibt) und viel niederohmiger als die Last (damit die Spannung größtenteils an der Last abfällt und nicht am Messgerät). Also war dein Ansatz vorher, nur ~1Ohm auf der Sekundärseite anzuschließen, schon mal ganz gut. Oder du nutzt einen Übertrager mit anderem Übersetzungsverhältnis, dann kannst du mit dem Sekundärwiderstand nach oben gehen und hast höhere Spannungswerte für deine folgende Signalverarbeitung. Manuel S. schrieb: > Bezüglich der Sättigung meinte meine Projektbetreuer, dass es > verschiedene Kernmaterialien gäbe, für die das kein Problem wäre. Klar könnenunterschiedliche Kernmaterialien unterschiedlich große Flussdichten, ehe sie in Sättigung gehen. Aber trotzdem muss man sich ausrechnen/überlegen, ob wie groß die Flussdichte aufgrund des DC-Primärstroms wird.
Das T-Ersatzschaltbild habe ich nun vor mir liegen, auch wenn ich mir die 3 Spulen noch nicht ganz erklären kann. Immerhin verstehe ich deine Erklärung jetzt soweit, allerdings schreibst du: "Entsprechend hoch (und frequenzabhängig) ist der Spannungsabfall auf der Primärseite." Wie kommt es dazu ? Wahrscheinlich eine total dumme Frage, aber ich komme einfach nicht drauf. Durch 2 Spulen muss der Strom ja mindestens, entweder komplett durch die Hauptimpendanz, wenn die Sekundärseite offen ist oder aber bei einem entsprechend klein genug gewählten Widerstand an der Sekundärseite eben durch die Spule an der Sekundärseite und teilweise auch noch durch die Hauptimpendanz. Warum steigt jetzt aber die Frequenzabhängigkeit und die Höhe des Spannungsabfalls, wenn alles durch die Hauptinduktivität fließt ? Den Trafo den ich verwende hat pro Spule eine Induktivität von 100µH, also 2x100µH und einen mit dem Multimeter gemessenen Wirkwiderstand von 0,26 Ohm. Die Frequenz variiert von 50Hz bis 10kHz. Eine Spule hat also eine Impendanz von: Xl = 2 π f * L = 2 π 50Hz * 100µH = 0,031Var = 2 π 10000Hz * 100µH = 6,283Var Z² = R² + L² Z² = 0,26Ohm² + 0,031Var² = 0,069 Va -> Z = 0,26 VA Z² = 0,26Ohm² + 6,283Var² = 39,5 Va -> Z = 6,29 VA Meine kleinste Impendanz beträgt als 0,26 VA. Das heißt für mich also, dass ich einen Widerstand bräuchte, dessen Impendanz bzw. Wirkwiederstand wesentlich geringer als 0,26 Ohm wäre, habe ich das richtig verstanden ? Da das wohl nur schwer zu realisieren ist, müsste wohl die Spule geändert werden.
100µH? Was ist das für ein Teil? Eher kein Stromwandler, der für 50Hz-Einsatz vorgesehen ist, oder? Nichts für ungut, aber vielleicht solltest du einfach einen kommerziellen Stromwandler suchen, der für den gewünschten Freuqenzbereich geeignet ist. Da steht dann auch im Datenblatt, welcher Bürdenwiderstand (d.h. Widerstand an Sekundärseite) maximal verwendet werden darf. Oder (bzw. parallel dazu) schaust du dir die Grundlagen an. Einen pragmatischen Einstieg findest du hier: https://www.mikrocontroller.net/articles/Stromwandler Bei den Wandler-Herstellern (als erstes fällt mir immer der Name LEM ein) findest du auch einiges an technischen Erklärungen.
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