Przetwornik prądu przemiennego AC/DC TRMS

Przetwornik prądu przemiennego AC/DC TRMS
Pobierz PDF Download icon

Niewielki moduł przetwornika prądu przemiennego współpracujący z przekładnikiem prądowym. Układ przydatny np.: w domowej automatyce do pomiaru wartości True RMS, prądu pobieranego przez urządzenia. Zastosowanie przekładnika prądowego o konstrukcji otwieranej, ułatwia bezpieczną instalację w typowych rozdzielnicach itp.

Podstawowe parametry:
  • R1, R2: 100 kV/1% (SMD 0805)
  • R3: 100 V/1% (SMD 0805)
  • R4: 10 kV/1% (SMD 0805)
  • R5: 9,1 kV/1% (SMD 0805)
  • RV1: 2,2 kV (VR-64W, potencjometr wieloobrotowy, stojący)
  • C1, C3, C5: 0,1 mF (SMD 0805)
  • C2: 10 nF (SMD 0805)
  • C4: 1 mF (kondensator foliowy R=5 mm)
  • CE1: 10 mF/10 V (SMD „B”)
  • U1: LTC1966 (MSOP8)
  • U2: AD8605ART (SOT-23-5)
  • CS: FC68133 (złącze mini jack stereo 3,5 mm)
  • CS1: złącze 2 mm 2 pin (opcja)
  • OUT : złącze 2 mm 4 pin

Każda z metod pomiaru prądu ma swoje wady i zalety. Najtańszy jest pomiar spadku napięcia na rezystorze pomiarowym, lecz wymaga to ingerencji w obwód pobierający prąd. Podobnie sytuacja wygląda w nowoczesnych czujnikach typu ACSxx, które dodatkowo są czułe na obce pola magnetyczne. Najłatwiej przy zachowaniu rozsądnych kosztów mierzyć prąd przemienny przekładnikiem prądowym. Stosując przekładnik z otwieranym obwodem magnetycznym, montaż sprowadza się do założenia go na przewód. Dodatkową zaletą jest separacja galwaniczna obwodu pomiarowego. Do pomiaru prądu wykorzystany jest typowy przekładnik SCT-013-xxx, który w zależności od typu umożliwia pomiar prądu w zakresie 5…60 A, skalując go do wartości 0…1 V na wbudowanym rezystorze pomiarowym. Wygląd przekładnika SCT-013-005 (0…5 A) pokazano na fotografii 1.

Fotografia 1. Przekładnik prądowy SCT-013-005 (0-5A) zastosowany w prototypie

Sygnał wyjściowy z przekładnika, doprowadzony jest do płytki konwertera AC/TRMS, którego schemat przedstawia rysunku 2. Układ oparty jest o LTC1966 konwertera AC/TRMS. Sygnał z przekładnika prądowego doprowadzony jest do standardowego złącza CS typu mini jack 3,5 mm (opcjonalnie do złącza CS1). Dzielnik R1/R2 zapewnia polaryzację wejść U1, niezbędną dla prawidłowej pracy przy zasilaniu niesymetrycznym. Kondensator C4 pełni rolę filtru uśredniającego, wymaganą jest więc od niego stałość parametrów i niski upływ, ze względu na wartość pojemności konieczne jest zastosowanie kondensatora foliowego. Pozostałe kondensatory filtrują zasilanie.

Rysunek 2. Schemat ideowy modułu przetwornika

Po konwersji, wyjściowe napięcie stałe z U1 podawane jest na wzmacniacz-bufor U2 oparty o wzmacniacz AD8605. Układ U2 separuje wyjście LTC1966 o względnie dużej impedancji (ok. 85 kV) od wejść A/C zapewniając minimalny błąd przetwarzania. Dodatkowo, sygnał jest wzmocniony ×2, a dokładną wartość podczas skalowania układu można ustawić potencjometrem RV1. Sygnał wyjściowy oraz zasilanie 3,3…5 V/20 mA są doprowadzone do złącza OUT. Zakres 0…2 V może zostać rozszerzony poprzez zmianę R5 po uwzględnieniu zakresu napięcia współpracującego A/C.

Moduł zmontowano dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku 3. Montaż jest łatwy i nie wymaga opisu. Po poprawnym montażu przetwornik wymaga kalibracji. W tym celu należy go zasilić z zasilacza 3,3…5 V/20 mA, a do wyjścia dołączyć woltomierz prądu stałego. W obwód prądu przemiennego włączyć amperomierz. Następnie założyć przekładnik prądowy podłączony do przetwornika. Po włączeniu zasilania do obwodu mierzonego, należy za pomocą RV1 ustawić jednakowe wskazania przyrządów, pamiętając o dodatkowym wzmocnieniu 2 V/V wprowadzonym przez układ U2. Warto skalowanie przeprowadzić przy maksymalnej wartości prądu przekładnika (np. 5 A).

Rysunek 3. Schemat montażowy modułu przetwornika

Dla sprawdzenia przetwornika wykonano kilku pomiarów, których wyniki umieszczono w:

  • tabela 1 – prąd sinusoidalny, obciążenie żarówką,
  • tabela 2. – prąd sinusoidalny po prostowaniu jednopołówkowym),
  • tabela 3 – prąd odkształcony zasilający fazowy sterownik tyrystorowy dla różnych obciążeń.

Dla modelu z przekładnikiem 5 A, współczynnik przetwarzania wynosi 2,5 A/V, a dokładność przetwarzania w zakresie 50 Hz…1 kHz jest lepsza od 2%.

Adam Tatuś, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
grudzień 2018
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon

Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2021

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio czerwiec 2021

Świat Radio

Magazyn krótkofalowców i amatorów CB

Automatyka Podzespoły Aplikacje maj 2021

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2021

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2021

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów