Измерение высокого напряжения

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Доброго времени суток.

Работаю над проектом в котором использую ардуину для управления каммутатором и отображением высокого напряжения, порядка 100кВ. Ниже преведена схема, наминалы даны ориентировочные. 

Вкратце по работе схемы: с высоковольтного трансформатора напряжение выпрямляется диодными столбиками и подается на коммутатор, переключением которого на нагрузку подается отрицательное или положительное напряжение. Высоковольтный делитель уменьшает высокое напряжение гдето в 10000 раз, далее данное напряжение подается на схему смешения сигнала, чтобы микроконтроллер смог измерить отрицательное напряжение. Преобразованое напряжение подается на аналоговых вход микроконтроллера, на другой вход подается напряжение смещения Vo. Фух!!!

Теперь о проблемме, на относительно невысоких напряжения, до 30кВ работает все более менее сносно, все переключается и измеряется, правда меряется с очень большой погрешностью и нестабильностью, но я грешу на питание контроллера. Но на высоких напряжения при переключении происходит большой БАБАХ!!! вполне нормальное явление при таких напряжениях, вот только контроллер при этом перезагружается. Первое, что напрашивается нужно делать опторазвязку, но готовых схем найти неудолось, а может плохо искал. Можно поставить АЦП и ее выход через оптопару на МК, но опять готовых схем не нашел, а на эксперименты нет времени, денег ну и самого главного - опыта.

Прошу сообшество помочь кто чем сможет. Заране спасибо.

StrangerM
Offline
Зарегистрирован: 02.11.2013

Стандартное решение - датчик напряжения на эффекте Холла (например LEM) (по сути,  датчик тока на малый ток). Дешевых для ардуино не встречал.

ЗЫ Хотя.... можно попробовать http://www.aliexpress.com/item/3pcs-lot-Electronic-building-blocks-Transformer-ammeter-AC-current-sensor-module-5A-Max/1490462236.html

Уменьшая предел измерения за счет витков. 5А 1вит - 50мА 100 вит., в любом случае очень большая мощность потерь. Может проще питание Ардуины от батарей и опторазвязка по В/В. Внимательно не смотрел - может такой?  http://www.aliexpress.com/item/ADUM4160-USB-Isolator-Board-ADI-USB-Port-...

Или даже WiFi.

StrangerM
Offline
Зарегистрирован: 02.11.2013

Но, я бы поставил ВВ измерительный тр-р, прецизионный ( или просто - в зависимости от требуемой точности и диапазона измеерений) выпрямитель. А уж потом..... Вы уж простите, но в вашей схеме нет никогого более или менее разумного согласования сопротивлений.

jeka_tm
jeka_tm аватар
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2013

как вариант можно действительно поставить опторазвязку. у нас в модулях стоял оптопары с 2 фотодиодами для выравнивания характеристики. с второй оптопары подается в цепь обратной связи операционного усилителя. в итоге имеем опторавязанный выход с достаточно неплохими характеристиками. но если вы не разберетесь с делителем покупайте сразу измерительный трансформатор

название оптопары не помню. через час гдето смогу сказать. схожу узнаю когда курить пойду

+ узнал. называется HCNR201

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Измерителный трансформатор отподает. т.к. мерят нужно постоянку. Делитель на схеме примерный, я не простовлял наминалы, на самом деле верхнее плечо 680Мом нижнее 75Ком, при 100кВ на нижнем плече 10В (примерно). Датчик холла хорош для измерения тока. но в моем случае делитель не даст достаточного тока, чтобы можно было померять датчиком холла с приемлемой точностью.

Смотрю на оптопару IL300, но HCNR201 думаю тоже подойдет, может jeka_tm сможет подсказать схему, буду очень благадарен.

Думал поставить АЦП на высокую сторону, но незнаю как она себя поведет при сильных импульсных помехах.

dimax
dimax аватар
Offline
Зарегистрирован: 25.12.2013

lubotinus, на 100киловольтах электроны с удовольствием летят как по проводнику, так и по воздуху рядом с ним :) Как вы всё это изолируете, и кстати резисторы ваши на какое напряжение рассчитаны?

trembo
trembo аватар
Offline
Зарегистрирован: 08.04.2011

http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics/ElectricityAndMagnethism/Electri...

Ваши 100 КВ   50  миллиметров прбивают

резисторы МЛТ точно не подойдут

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Эхх, ну конечно все расчитано на такое напряжение, в делителе стоят 20 специальных высоковольтных (на 10кВ) резисторов Vishay, поэтому опасаться тут нечего установка расположена на расстоянии в 3 метра от блока управления, все заземлено, вопрос как избавится от помехи которая идет по земляному проводу (это то место куда заземляется делитель) я считаю, что от этого спосет гальваническая развязка, завтра куплю IL300 буду пробовать. Может подскажете недорогой АЦП и скетч как с ним работать?

dimax
dimax аватар
Offline
Зарегистрирован: 25.12.2013

lubotinus, а схему делителя и подключения к операционнику вы как выбирали?  Я далеко не специалист по высоковольтному измерению, но мне кажется резистивный делитель на таких напряжениях не подойдёт, и сопротивление 680 Мом не мало ли? Это ощутимая нагрузка, не удивительно что подключается к ней с феерверком.  И к оперу не корректно включено,  лучше бы отдельный опер -повторитель, а потом уже смешивать-сравнивать. Я бы на вашем месте поискал делитель промышленного изготовления..

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

   Не совсем понятно, как ардуина может с приемлемой точностью измерить переменное напряжение - я не вижу ни одного конденсатора в цепи измерения.

jeka_tm
jeka_tm аватар
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2013

ну как. интерполяцией

и правда а где фильтры?

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Уважаемые, я ведь выше написал меряем постоянку, но с переменным знаком.

jeka_tm
jeka_tm аватар
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2013

может диодные мостики снабжены конденсаторами? но по схеме с выхода диодных мостов не постоянка по идее идет, а импульсы половинки от синусойд

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Просто нагрузка емкосная и как следствие БАБАХ при переключении полярности.

jeka_tm
jeka_tm аватар
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2013

балуетесь значит))

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

  А если после подачи постоянки одного знака выключить генератор, подождать некоторое время пока отсутствующие на схеме конденсаторы разрядятся (хотя бы частично), а уж затем менять полярность напряжения? Возможно БАХ и не сыграет симфонию по которой ардуина перезапускается. Или добавить реле, которое будет замыкать часть высоковольтных резисторов для ускорения разряда отсутствующих на схеме конденсаторов.

jeka_tm
jeka_tm аватар
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2013

100кв со сменой полярности. похоже бах это цель. скорее всего типа установки на пробой оборудования

StrangerM
Offline
Зарегистрирован: 02.11.2013

После установки опторазвязки хорошо еще в экран конструкцию поместить. Провод экранированный применить и батарейное питание ввести. Кроме завязки по земле еще ведь мощный э/м импульс есть там.

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Сегодня проводил эксперименты, положил плату без подключения к делителю и исполнительным механизмам, помеха настолько сильная, что контроллер перегружается сам по себе, даже при питании от батареи.

Знающие люди говорят, что нужно экранировать желательно сталью, т.к. помеха электромагнитная и имеет магнитную сотовляющею, нужно экспериментировать. Разводить новую плату с правельной землей, и вообще куча чего делать подругому. Буду изобретать дальше.

paf
Offline
Зарегистрирован: 25.01.2013

Где - то может не особенно в тему, и все же киловольты, знаете ли... Совет или пожелание.  Все действия и опыты фиксировать видео. Ну ежели что. Следователи восстановят картину...

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Зря я написал про киловольты, сильно отвлекает от основной проблемы :). Так что забудьте, просто сильная импульсная помеха, нужны методы уменьшения ее влияния на микропроцессор.

jeka_tm
jeka_tm аватар
Offline
Зарегистрирован: 19.05.2013

методы обычные. экранирование. экранированные провода. при возможности заземление корпуса

у меня ардуина перезагружалась при выстреле рядом гаусс пушки. смысл тот же. экранировать надо

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

  Для того, что бы люди дали совет, им всё же нужно знать причинно-следсвенную связь явления.

dimax
dimax аватар
Offline
Зарегистрирован: 25.12.2013

lubotinus, вы бы хоть написали нам что вы вообще делаете-то, для чего? ) Зачем нужно полуволны переключать? Из вашего проекта многое не понятно, по части схемных решений практически всё странно, но некоторе вещи совсем удивляют, например вас не смущает, что делитель напряжения сам по себе кушает 15 ватт?  Если переключать полуволны действительно нужно, то какой переключатель вы используете, не простой же тумблер, а специализированный, высоковольтный со всеми разрядниками и гасителями. Наверное бороться нужно с причиной, иначе пока не поместите ардуину в стальной бокс, и не закапаете на 3 метра в землю от помехи изьбавится не получится :-)

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Установка служит для испытания различных материалов и высоковольтных изделий, например: конденсаторов, кабелей, изоляторов и т.д. Так как по большей части нагрузка является емкостная, то БАБАХ будет в любом случае и убрать его пока не научились. 15 Вт для 10кВт трансформатора ерунда, при переключении и заряде нагрузки протикают токи в сотни раз больше.

Может мое схемное решение несовершенно но оно работет и меряет с более-менее приемлемой точностью. Я поэтому к Вам и обратился за советом и подсказкой более совершенных решений.

Над экранировкой сейчас работаю, сделаю металлический корпус и буду искать правельный способ экранировки. Также купил внешний АЦП MCP3421-дешево и намного больше точность чем АЦП дуины, сделать опторазвязку по цыфровой шине значительно проще чем по аналаговой. Ввиду опторазвязку на все исполнительные устройства, переделаю разводку платы. Пока все, что я придумал.

Не теряю надежду увидеть проверенное схемотехническое решение :).

StrangerM
Offline
Зарегистрирован: 02.11.2013

А какой процесс вы контролируете (установившийся, переходной - может вам и точность не нужна, а нужна скорость - для той схемы, что вы нарисовали вполне подойдет и 8 разрядный АЦП (ошибка набежит в других местах). Не вполне ясно где вы расположите (в пространстве) АЦП. Да еще куча вопросов без которых дать совет невозможно....  А то уж я смотрю вы обижаться стали. Мол где тут практики? :-) Ну поставите вы АЦП у измерительной цепочки,  а вдруг вы схему сунуте в экран, абатарейку нет - бам. А сигнал передавать - витую экранированную пару с согласованными приемо-передатчиками ставить будите? Ну и тп

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

  Поскольку не ясно, что сбивает ардунику, я бы попробовал "загрубить" вход RESET, установив на него внешний резистор 1 кОм. Может быть на период экспериментов даже замыкая его на +5В. Т.е. понять - сбой по RESET или нет. Затем запаять прямо к выводам микроконтроллера танталовый конденсатор на 10 мкФ и качественный конденсатор на 0,1 мкФ. Далее - экранирование, питание от батареии, передача измеренного напряжения через гальваническую развязку или радиоканалом (блютуз). Возмжно сделать ЖК индикатор "на борту" ардуины, что бы было поменьше всяких лишних проводов для наводки.

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Да я не обижаюсь, просто не люблю пустоую балтавню. Батарея вещь конечно хорошая, но не практичная, всетаки я сторонник пиатния от сети. Витая пара это мысль, спасибо. Куда ставит АЦП пока не знаю, спаяю и буду тулить. Поговорил тут с людьми которые делали подобные вещи, они умудряются просто за счет правильной разводки платы, даже без гальванической развязки получать стабильную работу контроллера в условиях импульсных помех, правда эту разводку методом проб и ошибок изобретали год. Смотрю поле для деятельности огромное.

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

  Ещё по схемотехнике. Я бы поставил между диодами и трансформатором Tr1 ограничительный резистор. Иначе получается чуть ли не короткое замыкание при смене полярности: подали высокое "+", накопился заряд, затем сменили полярность -> через D4, D5, D6 идёт огромный ток от потенциала +100 кВ к -100 кВ. Есть чему БАХАТЬ. Кстати. Включите радиоприёмник на диапазоне длинных волн и послушайте, если ли  радиопомехи в момент переключения.

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

RESET по умолчанию подтянут через резистор к питанию, емкость на питание ставил, ЖКИ на борту. По поводу радиоканала - возникает вопрос если мерять АЦП сигнал то его нужно всеровно обрабатывать микроконтроллером, а он уже будет подавать на модуль радиоканала? Или можно с выхода АЦП напрямую к модулю радиоканала подать сигнал? Если второй вариант то это имеет смысл.

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

Токоограничивающий резистор есть, просто я его не нарисовал, но не очень большой иначе процесс разряда будет очень долгим, а нам этого не надо. С приемником попробую.

Вот интересное наблюдение - с сотовыми все впорядке, хотя у них тоже проц стоит и радиоканал, по идеи должно глючить не по детски. но работет и проблем не замечено, почиму?

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

  Я не совсем понимаю, что значит "RESET по умолчанию подтянут через резистор к питанию" - как это себе представить физически. Под радиоканалом понимаю следующее: ардуина меряет напряжение и через UART передают данные на блютуз модуль (например HC-04). Этот модуль передаёт на ПК или блютуз донгл (USB приёмник, размером с флешку). Вы на ПК можете строить график или просто наблюдать за напряжением через СОМ терминал.

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

 Если разобрать мобильник, то можно увидеть массу блокировочных конденсаторов и много "земляных" дорожек, полигонов. Возможно это  + малые размеры и спасает.  Мы даже не знаем какая у Вас ардуина.

 

lubotinus
Offline
Зарегистрирован: 04.02.2014

упс забыл написать arduino duemilanove, но конечная цель все делать на отдельной плате.

"Подтянут" это значит соединен через резистор на питание. Радиоканал не спасет, т.к. долежн быть отдельный носимый блок с простой индикацией, ноут здесь абсолютно не нужен.

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

Я всё же эксперимент с замыканием RESET побробовал бы. Хотя бы для собственного опыта.

gena
Offline
Зарегистрирован: 04.11.2012

  А вот на период создания рабочего макета построение графика очень даже полезно. Уже потом, когда заработает правильно, можно упростить до простой индикации. Сейчас же период проб и ошибок.