MERENJE NAPONA I STRUJE U KOLIMA ENERGETSKE ELEKTRONIKE

Predmetni profesor: Dr eljko Despotovi, dipl.el.in

VISOKA KOLA ELEKTROTEHNIKE I RAUNARSTVA STRUKOVNIH STUDIJA-VIER, BEOGRADSTUDIJSKI PROGRAM: NOVE ENERGETSKE TEHNOLOGIJESPECIALISTIKE STUDIJEPREDMET: UPRAVLJANJE ELEKTROENERGETSKIM PRETVARAIMA

UVOD Merenje napona i struje ima veliki znaaj u kolima

energetske elektronike, energetskom pretvaraimai regulisanim elektromotornim pogonima

Ova merenja se koriste radi ostvarivanja nekolikobitnih funkcija: kontrola, zatita, monitoring, upravljanje snagom

Veoma bitno je imati visoke performanse strujnih i naponskih senzora, da bi se ostvarile prethodnopomenute funkcije

Koji su najbitniji parametri koje senzor mora imati, a koje utiu na poveanje njegovih performansi?

NAJZNAAJNIJI PARAMETRI NAPONSKIH I STRUJNIH SENZORA

Tanost Cena Opseg struje ili napona (poeljno je da bude to vei) Izolacija od energetskog kola Linearnost Stabilnost (naroito temperaturna) Otpornost na tranzijente (dv/dt) Veliku brzinu odziva Kompatibilnost sa ostatkom kola u koje se ugrauje

PROUAVANJE PRINCIPA MERENJADVE NAJBITNIJE VELIINE U ENERGETSKOJ ELEKTRONICI

MERENJE NAPONA MERENJE STRUJE

MERENJE NAPONA

Merenje napona u kolima energetsks elektronikene predstavlja neki naroiti problem

Obino se kao senzor koristi razdelnik naponaija je impedansa (otpori u njemu) mnogo veaod impedanse ostatka kola u koji se postavlja

Problem se javlja ako elimo merenje napona sagalvanskom izolacijom, to se naroito trai primerenjima na visokim naponima (>1kV)

Savremeni senzori za merenje visokih naponasu bazirani na naponskim LEM modulima

RAZDELNIK NAPONA

U2=U1R2/(R1+R2) R1,R2 moraju biti

mnogo vei odimpedanse ostatkakola

Samo u tom sluajustruja razdelnika jebeznaajna i samimtim merenje jetanije

Zk

ostatak kola

KAKO SE DALJE OBRAUJE IZMERENI NAPON U2?

RAZDELNIK JE USTVARI PASIVNA MREA SA DVA PRISTUPA KOD KOJE JE SNAGA NA IZLAZU MANJA OD SNAGE NA ULAZU I ZA KOJU JE ODNOS TRENUTNIH VREDNOSTI NAPONA (STRUJA) NA IZLAZU I ULAZU STALAN.

STRUJA RAZDELNIKA

Veliine otpora R1 i R2 zavise od eljenevrednosti napona Uo

Ropt

R1,R2, R1+R2 moraju biti bar za red veliine vei od Ropt, odnosno od izlazneimpedanse izvora Ui

RAZDELNIK JE MREA SA DVA PRISTUPA ALI IMA TRI TAKE!!!!

Ulazna takaIzlazna takaReferentna (obino masa elektronike, ali nije pravilo)

izmereninapon

VoutR1/(R1+R2)

Izmereni napon sa razdelnika se poredi sa referentnim stabilnim naponom i naizlazu pojaavaa naponske greke se dobija konrolni signal, koji preko le kola i drajvera pobuuje energetski prekida.Ukoliko je Vout visok napon (ref napon je obino mali i tipino 2.5V) uzima se da jeR1>>R2, ali (R1+R2>> izlazne otpornosti, odnosno otpornosti opterenja)

TIPINA PRIMENA RAZDELNIKA NAPONA Energetski prekida

PRIMENA U KOLIMA SA PRECIZNOM REGULACIJOM NAPONA

IZLAZNI NAPON RAZDELNIKA SE VODI NA ADJ ULAZ SUPERSTABILNOG ZENER REGULATORA (nije obina Zener dioda).KOLO NA SLICI NIJE PREKIDAKI VE, LINEARNI STABILIZATOR IZLAZNOG NAPONA

VrefADJ

PREKIDAKI REGULATOR-PRIMENA RAZDELNIKA U KOLU POVRATNE SPREGE

Naponski razdelnik se postavlja eksternovan kontrolera, a nasamom optereenju

PRIMER RAZDELNIKA SA PODELJIVIM PRENOSNIM ODNOSOM

Potenciometar se dimenzionie prema eljenom opsegu promene napona povratnesprege. Obino to nije vie od +/- 10%. Napon srednje take potenciometra je diktirannaponom na ulazu u kontroler!!!

ulaz povratnesperge po naponu

Zato je bitno imati podeljiv prenosni odnos razdelnika?

PONEKAD JE SAM RAZDELNIK INTEGRISAN U SAMOM KONTROLERU PREKIDAKOGREGULATORA NAPAJANJA, TAKO DA POVRATNA SPREGA PO IZLAZNOM NAPONUDIREKTNO SE DOVDI NA IP (KONTROLER)

INTEGRACIJA RAZDELNIKA U IPU SMPS KONTROLERA

SMPS = Switch Mode Power Supply

KORIENJE RAZDELNIKA NAPONA U KOMBINACIJI SA POJAAVAEM GREKE I OPTOKAPLEROM. OVO IMA ITEKAKO SMISLA KOD PREKIDAKIH NAPAJANJA SAGALVANSKOM IZOLACIJOM IZMEU PRIMARNE I SEKUNDARNE STRANE TRANSFORMATORA

PRIMENA RAZDELNIKA I OPTOKAPLERA KAO POJAAVAA GREKE. TA JE U OVOM KOLU POJAAVA GREKE?

BLIDER OTPOR

ZATITNA ZENERDIODA

POTROA

KAKVA JE ULOGA OPTOKAPLERA U KOLU ?

R1

R2

R2 > R1

VISOKONAPONSKA MERENJA

Visoko naponski pretvarai se tipino koriste u sistemima bio jonizatorima (manje snage) i napajanje u sistemima za elektrostatiko izdvajanje dima i ai na elektrofiltrima (izdvajaima)

Visoki naponi koji se generiu u tim sluajevima su od 30kV-100kV DC

U ovim sistemima je veoma bitna regulacija izlaznog napona, te je stoga potrebno imati povratnu spregu po izlaznom naponu, odnosnoobezbediti tano merenje

Obzirom na nemirni reim rada elektrostatikih filtara potrebno je obezbediti adekvatnu filtraciju smetnji

Kako se ustvari mere ovo visoki jednosmerni napon? Najee korieni merni sistem je VN razdelnik na samim izlaznim

elektrodama, u kombinaciji sa optikom za prenos izmerenih vrednosti napona

VISOKONAPONSKI (VN) IZVOR SA KASKADNIM ISPRAVLJAEM

Merenje izlaznog napona se ostvarujerazdelnikom

OTPORNO-KAPACITIVNI RAZDELNIK

VISOKOFREKVENTNI PRETVARA ZA NAPAJANJE VISOKONAPONSKIH ELEKTRODA ELEKTROSTATIKIH PRECIPITATORA (IZDVAJAA)

Merenje napona se najee ostvaruje otpornim razdelnikom napona. Otpornik Prema VN strani je jako velike vrednosti, za malu struju, ali je znaajnih dimenzija obzirom da se vezuje na visoki napon 100kVDC. Po pravilu ima izolator na vrhu poto se mogu javiti puzajue struje i pranjenja. Otpornik prema masi moe biti tada standardni.

Standardno se problem merenja visokog napona ESI reava VN otpornikim razdelnikom, pri emu je razdelnik sastavljen od dva otpornika kao to prikazuje slika. Gornji kraj VN otpornika je vezan preko VN izolatora na VN kraj (standardno 100kV za veinu elektrostatikih izdvajaa-ESI). Standardna vrednost ovog otpornika je 100M, a nominalna struja 1mA. Otpornik koji je postavljen ka uzemljenom kraju elektroda ESI je znaajno manje vrednosti i sa njega se vri merenje napona na ESI prema odnosu razdelnika. Sa otpornika 10k se vodi naponski signal oklopljenim ("irmovanim") kablom do mernog instrumenta ili do ulaska u digitalni kontroler.

Konvencionalno merenje VN na elektrodama ESI

KAKO TO IZGLEDA U STVARNOSTI??

VN razdelnik

Transmiter

Uglavnom su prenosni odnosi razdelnika 1:1000 ili 1:2000 i u tom sluaju se koristi odgovarajui transmiter koji normalizuje signal visokog napona ESI na nivo 0-10V. Svi ovi sistemi se odlikuju znaajnim dimenzijama, a stoga i cenom. Pored ovoga oni zahtevaju specijalne uslove za montau zbog svog specifinog oblika

VN razdelnici firme North Star high Voltage, (a) tip VD60 za 60kV, (b) tip VD150 za 150kV

(a) (b)

U nekim sluajevima se jednosmerni napon ESI tj. napon negativne elektrode meri preko VN otpornika od80M (ili 265M zavisno od proizvoaa) koji zajedno sa otpornikom od 6.8k formira razdelnik napona.VN otpornik je napravljen od niza na red povezanih otpornika od 1M, 6kV. Obino se nalazi u ulju u kotlu energetske jedinice transformator/ispravlja. Mogue je reenje i sa samostalnim VN otpornikom koji se nalazi izvan posude sa uljem. Na slici je prikazan spoljni izgled samostalnog VN otpornika koji je ugraen u elektrofilteru bloka A5 u TE Kolubara A (realizacija Instituta N.Tesla-Beograd. Slika (a) prikazuje kompletan stub sa otpornikom, a slika (b) tampane ploe sa lancem otpornika koje se smetaju u ovaj stub ili u kotao transformatora.

(a) (b)

Principska ema visokonaponskog merenja struje i napona ESI

Kompaktni i integrisani elektronski modul za merenje trenutne vrednosti struje i napona ESI napajanih iz VF pretvaraa. Na slici je dat sistem za merenje trenutnog napona i trenutne struje. Obzirom da se radi o merenju na visokom naponu, izvodi se galvanske izolacije merenja (fiber optikom). Ovim se takoe obezbeuje eliminacija uticaja spoljnih signala na merenja, obzirom da je struja ESI relativno mala veliina. Klasian iani prenos nije mogu na vee daljine. Osnovna struktura merenja je da se ono sastoji od visokonaponskog i niskonaponskog dela. Visokonaponski deo ine izlazni napon ESI, skaliran impulsno preko naponskog razdelnika inherentno ugraenog u diodni VN most i izlazna struja ESI filtra koja se dovodi direktno sa santa 0-50 mV. Reenje za optiki prenos omoguava korienje samo jednog fiber vlakna za prenos proizvoljnog broja veliina i podataka (veoma bitna komponenta je multiplex predajna jedinica)

LEM NAPONSKI PRETVARALEM (vajcarska firma-LEM: www.lem.com) naponskipretvara konvertuje visoki napon u niski napon, uz izolacijuizmeu VN izvora i signalnog NN izlaza. On omoguava dobijanje naponskog signala koji je u svakomtrenutku proporcionalan primarnom naponu, i koji je pretvorensa visokim kvalitetom bez izoblienja ali je istovremenoosiguran sa stanovita bezbednosti u odnosu na VN. Ovo poslednje je veoma bitno sa stanovita monitoringa energetsih merenja i instrumentacije.

LEM naponski pretvara ustvari koristi elektrino izolovani strujni senzor zamerenje struje kroz jedan ili dva precizna visokonaponska otpornika koji se prikljuuju na visoki napon koji se meri. Signalno kolo je izolovano od primara, ak i ako se desi prekid na otpornicima u primaru.

Za ulazni visoki napon V i redno vezan otporR1, primarna struja je I = V/R1. PRIMER: V = 1000V i R1 = 0.5M, tada je I = 2mA. Disipacija na R1 jePd=(2mA)2*1M = 4W. Ova snaga je gubitak u primarnom kolu. LEM pretvara jeveoma osetljiv (ba zato to se koristi otpornost) .KAKO SE POSTIE LINEARNOST NAPONSKOG PRETVARAA?

PRINCIP RADA NAPONSKOG PRETVARAA

Za dobijanje visoke linearnosti strujnog dela senzora , sam strujni senzor je izveden sazatvorenom povratnom spregom ("closed loop) ili kompenzovanim magetnim tipom gde se u magnetnom jezgru uvek odrava fluks na vrednosti jednakoj nuli ili magnetno poljekoje je jednako nuli. Korienjem vie namotaja na primaru magnetnog jezgra , strujni senzor ima veomaveliku efektivnu osetljivost .LEM naponski pretvara ima strujni senzor sa odnosom primarna struja / sekundarnastruja od 1:1.5 do 1:20.

DOBIJANJE VISOKE LINEARNOSTI NAPONSKOG LEM MODULA

KAKO SE VEZUJE NAPONSKI LEMSABIRNICA (+) VISOKOG NAPONA

SABIRNICA (-) VISOKOG NAPONA

+Vcc

-Vcc

GND

MERNI OTPORNIK KOJEG MORAMO DODATI U KOLO

LEM NAPONSKI PRETVARA

Merenje visokih napona LEM serije AV 100 koristi iskljuivo elektronske komponente od kojih je najbitnija IZOLACIONI OPERACIONI POJAAVA. Mereni napon (Vp) je direktno primenjen na ulazni operacioni pojaava ali preko interne otporne (razdelnike ) mree i dodatne elektronike za napajanje izolacionog pojaavaa. U sekundarnom kolu se koristi U/I pretvara koji daje strujni izlaz proporcionalan ulaznom naponu Vp. DC/DC pretvara stabilie napajanje elektronike u sekundarnom kolu. Napon +Vc i Vc se dovodi eksterno

OPTIKA

MERENJE STRUJE

Merenje struje u kolima energetske elektronike je neobino znaajno sa vie stanovita (kontrole i regulacije, obezbeenje funkcija zatite, monitoringa, kvaliteta elektrine energije, spektralne analize, merenja harmonijskog sadraja i sl...)

Postoji nekoliko tehnika za merenje struje i one e biti detaljno obraene u ovom delu predavanja

Ovo merenje je neto komplikovanije od naponskih merenja

Treba obezbediti merenje AC i DC komponenti, uz napomenu da je zahtevani propusni opseg merenja DC-200MHz (ovo nije ba lako ostvariti!!!)

Koje su interesantne merne take za struju u jednom tipinom energetskom pretvarau ili regulisanom elektromotornom pogonu?

U energetskom pretvarau je mogue meriti struje na vie mesta. Zavisno od aplikacije odabrae se eljena lokacija. Nekada to diktira sam pretvara i nije ba mogue meriti struju na eljenom mestu. Pozicija (1) je dobra za merenje ukupne struje (DC ili talasnosti).Ova pozicija se koristi u kolima energetskih pretvaraa kada se zahteva korekciju faktora snage, strujna zatita, zatita od kratkog spoja, merenje ulazne snage. Pozicija (2) meri struju prekidaa, ona je zgodna kada se kontrolie vrna vrednost struje. Pozicija (3) daje informaciju o srednjoj vrednosti struje. Isto to daje i pozicija (4). Pozicija (3) nije efikasna zbog velike promene napona u toj taki. Mnogo bolja je situacija u poziciji (4), i ona se koristi u kontroli srednje vrednosti struje tzv. Average Mode Control. U ovoj poziciji merimo i struju induktora L ali i srednju vrednost struje optereenja. ZATO!!!! Pozicija (5) daje informaciju o struji optereenja, ali nije pogodna za zatitu od kratkog spoja na njemu. ZATO!!! Pozicija (6) meri isto to i (4) ali postoji problem to je masa optereenja odvojena od ulaza.

Mogue merne pozicije struje u jednom energetskom pretvarau (sputa napona)

U energetskim pretvaraima (invertorima) za pogon trofaznih motora (asinhronih , sinhronih, brush-less) je takoe mogue meriti struju na vie mesta, odnosno pozicija. Pozicija (1) obezbeuje merenje struje u DC meu kolu i kao takva veoma je pogodna za zatitu od kratkih spojeva kako u invertoru tako i na optereenju invertora (motoru). Pozicija (2) obezbeuje merenje struje prekidaa u invertoru i kao takva je pogodna za njihovu zatitu. Pozicija (3) meri struju optereenja (motora) i kao takva je pogodna u strujnoj i brzinskoj regulaciji motora. Zato u brzinskoj!!! Ako je optereenje simetrino moe se meriti struja u samo dve faze. Zato!! Pozicija (4) omoguava merenje struje DC meukola ali i polaritet za zatitu poluprovodnikih elemenata.

Mogue merne pozicije struje u energetskom pretvarau za pogon trofaznih motora (regulisani elektromotorni pogon)

U OVOM PREDAVANJU E BITI OBRAENE MERNE STRUJNE TEHNIKE BAZIRANE NA:

1. MERENJU POMOU OTPORNOSTI

2. ELEKTROMAGNETNIM MERENJIMA

-korienje strujnog transformatora-korienje vazdunih tehnika (kalem Rogowskog)-korienje Holovih senzora (sa i bez povratne sprege)-korienje magnetno-otpornih senzora-korienje fiber optikih senzora

MERNE STRUJNE TEHNIKE

MERNA STRUJNA TEHNIKA BAZIRANA NA KORIENJU EKSTERNOG OTPORNIKA KOJI SE DODAJE U GRANU PRIGUNICE

Struja prigunice se dobija merenjem napona na otporniku uz poznatu vrednost otpornika, lako se dobija vrednost struje. Bitno je da na otporniku gubici budu tomanji, te se zato koriste vrlo male otpornosti 10m-100m. Stoga se dobijeninapon mora pojaavati dodatnom elektronikom. Ova tehnika nije primenljiva kod pretvaraa visokih performansi obzirom na disipaciju na otporniku Rsense.Kako meriti napon na Rsense?

Merenje napona se ostvaruje sa diferencijalnim pojaavaem.Naponi V1 i V2 na ulazu u diferencijalni pojaava plivaju u odnosu na napon Vcm(common-mode).Ustvari promena u odnosu na Vcm je V= +/-Vd/2

COMMON MODE TEHNIKA MERENJA

MERNA TEHNIKA KOJA KORISTI INTERNU OTPORNOST INDUKTORA

MERNA TEHNIKA KOJA KORISTI INTERNU OTPORNOST MOSFET PREKIDAA

U intervalu

MOSFET prekida S je ON

Zahteva se SMPLE&HOLD kolo za merenje struje IL

- poketljivost elektronaCox-kapacitet oksidnogspoja-VT (napon praga gejta)-L/W geometrija MOSFET-a

SAMPLE & HOLD?

SAMPLE&HOLD

OUT

Korienje analognog prekidaaumesto mehanikih.ANALOG SWITCHKontrolisan naponom

Hold kondenzatordri napon ak i kadaSsample deluje kratkotrajno!!!Pranjenje hold kondenzatora se ostvaruje sa Sclear

STRUJNO KONTROLISANI PRETVARA (Current Mode Control) MERENJE STRUJE PREKO OTPORNIKA

U pretvaraima sa strujnom regulacijom veoma je bitno tano i precizno merenje struje kao i trenutak dostizanja graninih vrednosti. Jedan od naina je korienje naponskog signala dobijenog merenjem struje prekidakog elementa. U ovoj primeni veoma je bitno da merni otpornikRsense bude relativno mali (zbog disipacionih gubitaka) i da bude neinduktivni odnosno sa to manjom parazitnom induktivnou. ZATO!!!

PROBLEMI KOJI SE MOGU JAVITI PRI MERENJU STRUJE NA OTPORNOM ANTU!!!

Usled parazitnih induktivnosti (otpornog anta ili spojnih vodova) i usled talasnog oblika struje (sa strmom uzlaznom ivicom) mogu se javiti naponski pikovi (prenaponi)u naponu Vsense. Ovo jako ometa regularno merenje i moe dovesti do pogrenog rada RS flip flopa, odnosnosame strujne regulacije!!! Mora biti paljivo odabran RC filtar. On ne sme da uspori mnogo odziv po merenoj struji, a treba da prigui pik u naponu Vsense. TIPINO JE R=1k i C200-400pF

di/dt => Vsense=Ldi/dt

Naponski PWM invertor za regulaciju asinhronog motora

PREKIDAKA SEKVENCA ZA MAX TRAJANJE VOENJA PREKIDAA S1-S6U INTERVALU 180

Da bi merili struju u dc meukolu bitno je da znamo sekvencu voenja prekidaa u invertorskom mostu

Naponski PWM invertor za regulaciju asinhronog motora

PREKIDAKA SEKVENCA ZA MAX TRAJANJE VOENJA PREKIDAA S1-S6U INTERVALU 120

Sekvence voenja prekidaa u mostu za trajanje voenja 120

Mogunost merenja struja motora, merenjem struja svakog od prekidaa koji se nalaze u donjim granama mosta (ka masi). Dodaje se otpornik na red sa prekidaem i meri se napon Vsense na njemu. Jednostavno merenje.SAMPLE&HOLD kolo se takoe zahteva da bi se rekonstruisala struja motoraiz prekidne ali ne toliko egzotine struje prekidaa

REKONSTRUKCIJA STRUJE MOTORA PREKO S&H KOLA U REGULISANOM ELEKTROMOTORNOM POGONU

Merenje struje motora dodavanjem mernih otpornika u svaku fazu motora (mogueje koristiti samo merenje u dve faze. Problem kod ovog merenja su pored disipacijena otpornicima i tzv. comon-mode signali koji potiu od veoma strmih ivica naponana otpornicima (dv/dt efekat). Reenje je korienje optiki izolovanih operacionihpojaavaa.

OTPORNO MERENJE STRUJE U SVAKOJ OD FAZA MOTORA

KORIENJE EKSTERNOG OTPORNIKA U DC MEUKOLU

Merena struja ne lii na faznu struju ali se fazne struje mogu rekonstruisati iz tabele

TEHNIKE MERENJA STRUJE KOJE KORISTE STRUJNI TRANSFORMATOR

izvor

Na primaru imamo samo jedan namotaj Np=1Cw- parazitna kapacitivnost namotaja u sekundaru (obzirom da je Ns veliki,ova kapacitivnost nije zanemarljiva)Rt otpornost koja se namerno stavlja u sekundar (sekundar ne sme biti otvoren tj. u praznom hodu!!!!!)

AKO PRIMAR IMA SAMO JEDANNAMOTAJ!!!

Merenje struje preko strujnog transformatora, korienjemRC filtra za filtriranje strujnog pika.

TIPINA APLIKACIJA STRUJNOG TRANSFORMATORA KOD STRUJNE KONTROLE SA KONTROLEROM UC3842

Sekundar transformatora je prekodiode 1N4148 zatvoren saotporom Rt.

Rt

R

C

Tipine vrednosti za R=1kC=100pF

KORIENJE POSTOJEE INDUKTIVNOSTI KAO TRANSFORMATORAZA MERENJE STRUJE.

Sekundarni namotaj se koristi za merenje, dok primarni predstavlja radnu induktivnost. Obavezno je korienje integratora i delitelja 1/L da bi imali merenje stvarne vrednosti struje IL

ESTIMACIJA STRUJE INDUKTIVNOSTI KORIENJEM DVA AC STRUJNATRANSFORMATORA i SAMPLE&HOLD KOLA

Uestanost low passfiltra fc mora biti mnogo manja od prekidake fsw

MERNA TEHNIKA KORIENJA DVA DC STRUJNA TRANSFORMATORA

Naponi na sekundarima su u opoziciji tako da ne remete rad diodnog ispravljaa.To vai za oba smera struje primara Ip. Primar je zajedniki i obino je to jedan prolazni provodnik. Take (smerovi motanja) odreuju polaritet napona na sekundarima. Obavezno je korienje diodnog ispravljaa (puno talasnog) i otpornosti Rsense.

KORIENJE KALEMA ROGOVSKOG

MERNA TEHNIKA BAZIRANA NA VAZDUNOM STRUJNOM TRANSFORMATORU- KALEM ROGOWSKOG

Induktivnost vazdunog kalema je:

Ns

A

A

INTEGRACIJOM NAPONA NA KRAJEVIMA KALEMA SE DOBIJA NAPON KOJI JEPROPORCIONALAN STRUJI PRIMARNOG VODA

PRIMER KADA JE PRIMARNA STRUJA PRAVOUGAONA (VRLO ESTSLUAJ U ENERGETSKOJ ELEKTRONICI)

Merenje diferencira originalnu struju (to je ustvari napon E). Da bi dobili originalnu struju I moramo ustvari da integralimo napon E.Tako je izlazni napon integratora Vout ~ I

KORIENJE PLANARNIH KALEMOVA ROGOVSKOG

Imamo dva tampana hibrida tj.tampane ploePCB, koje se postavljaju normalno jedna u odnosu na drugu:

-senzorska PCB-bazna PCB

Bazna PCB ima otvor na sredinii kroz njega prolazi struja koje se meri tj. Ip.Magnetno polje ove struje proimanormalno postavljenu senzorsku PCB.

Kako to izgleda u kombinaciji sa pojaavakomelektronikom?Kako to izgleda u 3D?

KAKO TO IZGLEDA U 3D ??

SENZOR PCB

BAZA PCB

integrator

Ustvari imamo dva planarna kalema Rogowskog koji su predstavljeni sa dve petlje. Signali sa sveke od petlji se dovode u sabirako kolo na ulazu integratora.

PLANARNI KALEMOVI ROGVSKOG DATI U DVE KONCENTRINE PETLJE

Bitno je uoiti indukovane napone u spoljanjoj i unutranjoj petlji

Propusni opseg 10kHz-100kHzVsense=0

Uobiajeno se koristi

IZGLED KALEMA ROGOWSKOG (zatvoren)

Merna elektronika

OTVOREN KALEMsa modulom TRANSMITERA (merne elektronike)

STRUJNE TEHNIKE BAZIRANE NA HOLOVOM EFEKTU

Holov efekat? Hall effect?

Holov napon

Offset napon koji postoji i kada nema eksternog polja

MERENJE STRUJE SA HOL EFEKAT SENZOROM (u otvorenoj povratnoj sprezi)

Hol efekat senzor

Feritno jezgrosa procepom

B-H kriva senzora

radna taka

Hol efekat senzor

Feritno jezgrosa procepom i primarnim namotajem sa Np namotaja

MERENJE STRUJE SA HOL EFEKAT SENZOROM ali SA VELIKIM BROJEM NAMOTAJA NA PRIMARU-PROLAZNOM PROVODNIKU

(u otvorenoj povratnoj sprezi)

OGRANIENJA:-struje do 50A-propusni opseg 0-25kHz-zasienje magnetnog kola

MERENJE STRUJE SA HOL EFEKAT SENZOROM (u zatvorenoj povratnoj sprezi)

Ukoliko je magnetni fluks u procepukompenzovan tj =0. GDE SE NALAZI RADNA TAKA??

Hol efekat senzor

Feritno jezgrosa namotajem

Magnetni fluks u procepukompenzovan tj B=0, H=0

radna taka u feritnom jezgru je (0,0)

RADNA TAKA U FERITNOM JEZGRU PRI KOMPENZOVANOM FLUKSU

Hol efekat senzor

jezgro sa namotajem

MERENJE TRENUTNE VREDNOSTI STRUJE-LEM senzor

Precizno merenje trenutne vrednosti struje u irokom frekventnom opsegu (merenje veoma brzih pojava na nivou 100-200ns se ostvaruje strujnim LEM modulima. Glavni deo davaa predstavlja Holov senzor koji se stavlja u procep torusa kroz koji se provlai provodnik ija se struja meri. Senzor se napaja sa eksternim naponom (tipino 12VDC), a na izlazu daje napon koji je proporcionalan indukciji u procepu odnosno vrednosti primarne struje. Signal sa senzora se pojaava i vodi na izlazni tranzistorski stepen (naponski sleditelj) koji se pobuuje u ritmu napona na senzoru . Izlazni tranzistori ustvari napajaju namotaj na torusu tako da kompenzuju struju primara te je magnetno polje u vazdunom procepu jednako nuli. Na otporniku se meri ova kompenzujua struja koja je preslikana struja primara u odnosu . Prednost ovog davaa sa povratnom spregom je to nema problema vezanih za zasienje magnetnog materijala torusa i to je propusni opseg davaa od DC do par stotina MHz (tipino do 200MHz). Proticanjem kompenzacione struje kroz merni otpornik dobija se eljeni napon na izlazu davaa.

3D prikaz merenja struje sa strujnim LEM modulom sa povratnom spregom

Napon VM je proporcionalan primarnoj struji, a njegov talasni oblik je neizoblien (propusni opseg LEM strujnog davaa DC-200MHz).

IZGLEDI POJEDNIH STRUJNIH LEM MODULA

KOMBINACIJA HOLOVOG SENZORA U OTVORENOJ POVRATNOJ SPREZI I OBINOG STRUJNOG TRANSFORMATORA

Cilj: poveati propusni opseg

Hol efekat senzor

Jezgro sanamotajem

strujni transformator

senzor sa otvorenom povratnomspregom

frekvencija

Pri niim uestanostimadominira senzor a pri viim strujni transformator!!!Postoji i oblast preklapanjakada rade oba

MAGNETNO-REZISTIVNI STRUJNI SENZORI

Svi provodni materijali su na nekinain magnetno rezistivni, odnosno magneto-otporni

Naroito se to odnosi na leguru gvoa i nikla PERMALLOYS (Fe-NI), ali i na druge feromagnetnematerijale

Magnetni otpornik je elemenat sa dva kraja koji menja svoju otpornost u zavsianosti od primenjenog magnetnog polja

Kako izgleda ta promena?

Primenjeno magnetno polje Hy(Hx je eksterno ili interno magnetno polje)proima magneto-otpornimaterijal

Promena otpornosti materijala u zavisnosti od Y- komponente polja

M je rezultantna magnetizacijakoja potie od Hx i Hy.

Ovi materijali su znaajno osetljiviji od Holovih senzora.

Hy je spregnuto sa materijalom i menja njegovu otpornost koja se meri na osnovu struje I koja protie kroz njega.Osetljivost senzora se kontroliesa Hx

KADA SU STRUJA I I MAGNETIZACIJA M PARALELNE OTPORNOSTMATERIJALA JE NAJVEA!!! KADA SU ONE POD UGLOM OD 90, TADA JE ONANAJMANJA!!!

PROMENA OTPORNOSTI U ZAVISNOSTI OD PRIMENJENOG POLJA

PermalloyStrip Aluminijum

Da bi se detektovala promena smera polja ( reenje u prethodno opisanom sluajuto ne moe) primenjuje se tzv. BRBERPOLE konstrukcija sa aluminijumom (Al).Promena otpornosti za oba smera polja je data na slici desno. Pri merenju se primenjuje most sa kojeg se uzima signal kao na slici.Magnetni otpornici 1 i 3 su sa zakrenutomAl trakom od +45, dok je kod 2 i 4 taj ugao -45.

Izlaz Vitstonovog mosta se vodi na ulaz OP pojaavaa koji generie kompenzacionu struju Is. Struja Is protie kroz aluminijumske provodnike i stvara magnetno polje koje kompenzujemagnetno polje primarne struje Ip. Izlazni napon mosta je oko nulte vrednosti.Stoga je nelinearnost senzora minimizirana. Struja Is se meri na otporu Rt i napon na njemu je proporcionalan struji Ip. Ovakav senzor moe da meri sa galvanskom izolacijom, AC ili DC primarnu struju Ip. Propusni opseg ove tehnike je do 100kHz.

TIPIAN INDUSTRIJSKI MAGNETO-OTPORNI DAVA STRUJE

FIBEROPTIKI STRUJNI SENZORI Bazirani su na Faradejevom efektu: kada se polarizovana monohromatska svetlostprostire paralelno magnetnom polju SMER POLARIZACIJE ROTIRA kao na slici.

PRIZMA

FIBEROPTIKA

Polarizacioni ugao jeproporcionalan magnetnom polju optikog puta

Ugaona rotacija je :

V- Vredetova konstanta (karakteristika materijala)B-gustina magnetnog fluksa(indukcija)l- duina fiberoptikog strujnogsenzora izloenog magnetnompolju

Polarizacioni ugao zavisi i od talasne duine svetlosti i od fiber materijala

DECEMBAR 2013