Дисплеи, датчики и прочие функциональные узлы, управляемые МК.
Ответить

Померять грубо переменное напряжение 400В.

Пт мар 03, 2023 20:45:32

Здравствуйте. Я делаю мощностной стенд для проверки двигателей внутреннего сгорания. К испытуемому ДВС подключается электромотор от электромобиля, который работает как генератор. Мощность рассеивается на электрической тепловой пушке с тэнами.
С электромотра идёт три фазы без нуля. Мне нужно померять переменное напряжение с электромотра, на всех фазах. Частота пока не известна, амплитуда видимо до 400 В. Напряжение мне надо померять грубо, просто чтобы понять, что нет сильных перекосов, и всё идёт как надо.
Пока что фантазия не идёт дальше схемы на рисунке, по аналоговым схемам не специалист.
Я могу часто набирать замеры сигнала, потом вычислять среднеквадратическое чего-то там. Могу заряжать сигналом конденсатор, и пытаться мерять амплитуду сигнала, потом конденсатор разряжать, и так по кругу. Могу делать замеры мгновенного напряжения всех фаз в точках перехода через ноль, и восстанавливать все синусоиды программно внутри МК. Решил спросить совета тут.

Гальваническая развязка у меня будет, мне с самим принципом надо определиться.

photo_2023-03-03_20-37-10.jpg
(69.69 KiB) Скачиваний: 122

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Пт мар 03, 2023 21:02:05

совет купите 3 электромагнитных валтметра до 400-500в АС
например таких
https://i.yavitrina.ru/get-mpic/4696638 ... ng/200x200

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Пт мар 03, 2023 21:21:22

У меня будет плата, которая управляет тэнами в конвекторах. Она переключает тэны при переходе фаз через ноль, т.е. к фазам провода всё равно пойдут. Я подумал добавить пару деталей и заодно напряжение померять. Стрелочные приборы выглядят несовременно, меня только это смущает.

Возможно прогоны двигателя на стенде будут идти в атоматическом режиме, и так можно будет остановить работу в случае чего.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Пт мар 03, 2023 22:01:33

С электромотра идёт три фазы без нуля.
Вот это нехорошо. Именно к нулю и надо привязаться, он же есть по сути начало отсчёта. Вот пример
3~220.png
Искусственный ноль.
(112.33 KiB) Скачиваний: 86
как можно сформировать искусственный ноль. Именно на него надо посадить общий провод МК, чтобы измерять фазное напряжение. Резисторы можно взять те же самые 100 кОм 5Вт, но если там будет нагрузка в виде трёх тепловых пушек, соединённых звездой, то это и будет та самая искусственная средняя точка вместо трёх резисторов. В ней же удобно разместить и звезду токоизмерительных шунтов.
Мне нужно померять переменное напряжение с электромотра, на всех фазах. Частота пока не известна
Она будет всякая разная, зависящая от оборотов ДВС, поэтому ничего индуктивного подключать туда не советую (во всяком случае без проверки правильности работы при частотах в 5-10 Гц). А какая будет частота вращения генератора? Как бы там не поднялось напряжение до киловольта и выше, и тогда он просто сожжёт сам себя, пробив свои собственные обмотки.
Напряжение мне надо померять грубо, просто чтобы понять, что нет сильных перекосов
Не будет там перекосов, если нагрузка будет симметричная, то есть во всех 3-х фазах одинаковая. А вот просто перебор запросто может быть.
Я могу часто набирать замеры сигнала, потом вычислять среднеквадратическое чего-то там.
Только это и надо делать, но по уму надо измерять как напряжение, так и ток (по-хорошему бы в каждой фазе, но при симметричной нагрузке достаточно лишь в одной, любой из трёх), после чего перемножать напряжение на ток и вот уже из этих произведений вычислять среднеквадратическое. Вас же интересует мощность, которую отдаёт ДВС?
Гальваническая развязка у меня будет
Она как раз не нужна, если к этому электрогенератору не будет подключаться ничего связанного с осветительной сетью, в том числе и заземление. Мне думается, что в этой установке проще наоборот, отвязать МК от сети, чем отвязывать немалую мощь электрогенератора.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Пт мар 03, 2023 22:19:00

Между испытуемым ДВС и генератором устанавливается китайский датчик крутящего момента DYN-200. Мощность ДВС будет вычисляться при помощи него, перемножением оборотов и крутящего момента.
Гальванически отвязывать я буду слаботочные сигналы, а передачу мощности на тэны - нет конечно.
Виртуальные земли я сделаю. Тэны подключаются к фазам тройками, с образованием виртуальной земли. Далее к этой виртуальной земле прицепляется цифровой изолятор, типа ISOW7841.
У каждой тройки тэнов получается своя отдельная виртуальная земля. Тэны управляются симисторами, через гальваническую развязку.

photo_2023-03-03_22-23-14.jpg
(153.54 KiB) Скачиваний: 73

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Пт мар 03, 2023 22:44:04

Мощность ДВС будет вычисляться при помощи него, перемножением оборотов и крутящего момента.
А тогда зачем измерять напряжение??? Обычно напряжение (и ток) именно для того и измеряют, что это проще и дешевле, чем встраивать в кинематику датчик момента. Но если есть датчик момента, то и озадачиваться напряжением вроде как уже не нужно...
Тэны подключаются к фазам тройками, с образованием виртуальной земли. Далее к этой виртуальной земле прицепляется цифровой изолятор, типа ISOW7841.
Смысла в этом изоляторе я пока не понял, ну да мне и датчик момента при возможности измерения электрической мощности тоже не понятен (на мой взгляд это излишнее нагромождение и дублирование), но я не понял ещё и смысла редуктора: какое такое напряжение он поднимает? А всё потому, что непонятно, до каких же оборотов вы собрались крутить генератор? А на какие он рассчитан? Он какой-то специальный? Я вижу возможность его жидкостного охлаждения, а далеко не каждый электродвигатель имеет такое охлаждение. И он, должно быть, синхронный? Будет не совсем приятно, если вы его случайно сожжёте, не предвидя это заранее. Или у вас, как в том анекдоте, ещё один есть?

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Пт мар 03, 2023 23:18:02

Как альтернативный вариант - взять микросхему 3х-фазного электосчетчика и, при желании, сразу получить и напряжения и токи и мощности (разных видов). Причем, в весьма широком диапазоне мощностей (т.е. нагрузки), причем линейно. Это может быть адекватнее, чем ваш метод подсчета мощности через усилие*RPM. Микросхемы для электросчетчиков, как-бы, обязаны иметь выслкую линейность, или их не будут брать.
Конечно, если "срастется" с частотами от генератора. Смотреть на analog.com

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 00:05:35

Как альтернативный вариант - взять микросхему 3х-фазного электосчетчика
У меня была мысль предложить это топикстартеру, но в даташите на микробу ADE7752A, взятую из первого попавшегося на глаза счётчика (возможно, это даже был наш ЛЭМЗовский), прописано 50/60 Гц. В ейных токовых каналах есть HPF-фильтры для устранения постоянной составляющей, которая после перемножения тока на напряжение даст ошибку, и наличие этих фильтров подтверждается графиком зависимости погрешности от частоты (он монотонный почти линейный с нулём на 55 герцах), так что выяснять, какая погрешность будет при частоте, скажем, 25 Гц вместо 50, это ещё одна лабораторная работа. А ещё там после умножения есть LPF-фильтры, тоже в каждой фазе. Может оказаться проще сразу самому выполнить это умножение без "лишних" фильтров.
Однофазный вариант (при симметричной-то нагрузке вполне можно измерять одну фазу) ADE7755 имеет такую же структуру (по фильтрам), только ноль ошибки находится в районе 57-60 Гц. У обеих микросхем модуль ошибки больше при косинусе фи равном единице, и меньше при реактивной нагрузке, хотя на 50 герцах и не выходит за рамки 0.2-0.4%, то есть в класс 0.5 они обе укладываются.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 00:14:39

Испытуемый двигатель примерно на 100 л.с., похож на этот https://ulpower.com/en/engines/ul350/ul350i. В качестве генратора будет использоваться электромотор от Nissan Leaf. Мы купили один на Авито, он стоит примерно 30 тыщ. руб., это не очень много. Электромотор выдаёт максимум мощности на 10000 об.мин., а испытуемый двигатель крутится только до 4500 об.мин.. Без редуктора мы не сможем раскрутить генератор так, чтобы снять с него максимум. Плюс, недораскрученный генератор может не выдавать достаточное напряжение для нормальной работы тэнов, они могут не прогреться и работать не эффективно. Их надо будет больше ставить.
Я пока не представляю, как это всё будет работать вместе. Я, например, не знал, что генератор без нагрузки может себя сжечь.

По поводу вычисления мощности ДВС через электрическую с генратора - мы не знаем КПД электромотора.

Дисбаланс напряжения возникнет, если перегорит тэн или его ключ.
Последний раз редактировалось caferacer Сб мар 04, 2023 00:28:02, всего редактировалось 1 раз.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 00:37:46

Вообще ... если вообще о напряжении надо лишь знать о его перекосе, т.е. разном напряжении фаз, и предположить, что сигнал симметричный (а так оно и должно быть, при не-сгоревшем моторе), то достаточно поставить делитель на общий (3 шт) и оцифровывать лишь положительные полуволны. Для "амплитуды" этого вполне достаточно, а симметрия (на ТЭНах) как-бы и так оьязана сохранться.
Оцифровку стоит делать часто, как минимум в 10 раз выше наивысшей частоты/скорости вращения. После чего все отсчеты надо возвести в квадрат, сложить, поделить на их число и взять корень. После чего получите "напряжение". Отсчеты хорошо бы собирать за N-ое число периодов (строго по периодам), но можно и еще упростить - брать за очень большой интервал времени (1 сек+), тогда ошибка из-за не синхронности будет не-существенной. Сам принцип усреднения - среднее квадратическое - менять нельзя, иначе вместо "напряжения" получите "попугаи".

Добавлено after 13 minutes 41 second:
Если есть желание самому считать и мощность тоже, то с "током" стоит поступить так-же, как и с "напряжением" - описано выше. А именно - берется 3 токовых трансформатора, так-же только "+" оцифровывается и берется среднее квадратическое. Потом "напряжение" фаз перемножается на "ток" этих фаз. (Тут еще надо учесть треугольник или звезда). Т.к. нагрузка чисто резистивная, то сдвига фаз быть не должно, можно обойтись простым умножением. Гарантировать высокой линейности не могу, но пару порядков оно может дать. Не думаю, что вам надо ширее. ))

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 00:46:43

КПД электромотора в роли генератора мы не знаем. Поэтому мощность вычислим через датчик крутящего момента. От генератора ещё через охлаждающую жидкость мощность будет уходить.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 02:09:05

Испытуемый двигатель примерно на 100 л.с.
Для автожира, что ли?
Электромотор выдаёт максимум мощности на 10000 об.мин., а испытуемый двигатель крутится только до 4500 об.мин.
Я, конечно, ниссановский движок (это em61?) не щупал, но судя по тому, что о нём пишут на автофорумах, посомневался бы насчёт максимума. При 10 тысячах он даст столько, сколько вам, возможно, и не нужно, ибо у него там мощность будет далеко за 200 кВт. А 110 лошадей он даёт и при 3 тысячах (далее мощность ему ограничивает его контроллер), и при 4 с половиной, ну и конечно при 10 тоже, но вот где у него максимум и каков этот максимум, в сети информации, похоже, нет. И то, что максимальный момент ему прописан 280, а его младшему брату em57 аж 320, говорит о том, что по моменту он также ограничен родным контроллером. Без родного контроллера люди пишут (если не врут), что разгоняли его именно по моменту более чем вдвое. А в роли генератора вы и будете крутить его без родного контроллера. Вообще при наличии этого двигателя я бы его просто крутанул для начала хотя бы примерно до 500 об/мин да и измерил бы его реальные параметры как генератора. У синхронных генераторов очень линейная зависимость параметров от частоты вращения, поэтому экстраполировать 500 на 4500 вполне возможно.
Без редуктора мы не сможем раскрутить генератор так, чтобы снять с него максимум.
А вот мне сдаётся, что и без редуктора, если ТЭНы сдюжат, вы сумеете заглушить ДВС на любых его оборотах. Он же бензиновый. Ну лишняя деталь в системе этот редуктор! :-)
Плюс, недораскрученный генератор может не выдавать достаточное напряжение для нормальной работы тэнов,
А вот это другой вопрос, поэтому я бы всё-таки крутанул бы генератор. Заодно и число пар полюсов высчитал бы.
Я, например, не знал, что генератор без нагрузки может себя сжечь.
Это, вообще-то, прописные истины. Точно по той же самой причине выходят из строя выходные трансформаторы ламповых пентодных усилителей мощности: не любят они работу на холостом ходу. У них от этого повышается выходное напряжение и при недостаточно хорошей изоляции это может привести к её пробою. Конечно, у этих двигателей наверняка изоляция столь хороша, что выдерживает не только 400 вольт, но и киловольт. Но я не знаю механизма возбуждения у ниссановских двигателей (em61). Если там не постоянные магниты, а обмотка возбуждения, то ею можно и нужно рулить для получения нужного напряжения на выходе этого генератора и, стало быть, нужного момента нагрузки ДВСа. Попутно в цепь возбуждения завести и защиту, которая отключала бы его при возникновении аварийной ситуации. Но если там всё-таки постоянные магниты, то будучи генератором этот движок при 10 тысячах может выдать киловольта полтора (400 вольт он выдаёт при 2800 об/мин), и я не уверен, что его изоляция выдержит такое издевательство. Крутануть его надо, чтобы проверить!
По поводу вычисления мощности ДВС через электрическую с генратора - мы не знаем КПД электромотора.
Я не думаю, что вы знаете и КПД редуктора. А у генератора он будет примерно таким же, не намного меньше. Но, конечно, если датчик момента уже куплен, то вполне резонно им воспользоваться. А сигнал с него подать на управление возбуждением, то есть замкнуть обратную связь по моменту.
Дисбаланс напряжения возникнет, если перегорит тэн или его ключ.
Это лучше отслеживать не по напряжению, а по току. К тому же токовый сигнал намного меньше: он изначально не больше 5 вольт, так что его можно сразу оцифровывать. И, опять же, при возможности руления возбуждением я вообще не вижу необходимости в ключах: всю нагрузку можно сразу навечно подключить к генератору.

P.S.: Это он? Если да, то число полюсов можно не считать, их там 8. Ну то есть 4 пары. Значит, 50 Гц он выдаст при 750 об/мин, а при 4500 об/мин уже будет 300 Гц. Рубашку охлаждения вижу, обмотку возбуждения не вижу. Зато вижу 2 килограмма неодимовых магнитов. Так что про возбуждение забыли. Редуктору в таком случае я бы тоже отказал...

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 08:25:31

Eats писал(а):Для автожира, что ли?

Делем следующее поколение этого аппарата https://www.youtube.com/watch?v=AH9EMSNvdKE. Двигатель хотим сделать свой.

caferacer писал(а):P.S.: Это он?

Похож. У нас EM57.

caferacer писал(а):Это лучше отслеживать не по напряжению, а по току. К тому же токовый сигнал намного меньше: он изначально не больше 5 вольт, так что его можно сразу оцифровывать.

Интересная мысль.

Eats писал(а):если датчик момента уже куплен

Куплен.

Eats писал(а):я бы его просто крутанул для начала

Надо всё равно какую-то оснастку и счётчик оборотов. Просто на полу дрелью не удобно. Будем сразу делать стенд. Если что, он железный, можно переварить, перепилить. Редуктор можно ставить, а можно не ставить. Можно родной редуктор взять.

Eats писал(а):не вижу необходимости в ключах: всю нагрузку можно сразу навечно подключить к генератору

Процесс снятия характеристики ДВС запланирован следующим. На ДВС установлен дроссель электронный, либо с электроприводом. Программа стенда открывает дроссель на заданную величину и держит так всю проверку. Потом, при помощи изменения величины нагрузки, обороты двигателя меняются от наименее возможных к наиболее возможным, при этом меряется мощность и момент. Так и снимается характеристика.

P.S. Оказывается, мотор крутили дрелью. Вышел результат во вложении.
Вложения
photo_2023-03-04_09-21-49.jpg
(81.7 KiB) Скачиваний: 72

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 10:30:21

следующее поколение этого аппарата
Ух ты! А не маловато ли сотни лошадей? Хотя же... Ми-1 с его тремя сотнями брал трёх человек на борт, а он был сильно не оптимален, так что может сотни для одного человека и хватит...
У нас EM57.
А, ну это почти то же самое. Для 57-го уже сразу указан максимальный момент 320 нм, что больше 310-ти, указанных в начале темы для ДВС. То есть em57 и без редуктора гарантированно сможет заглушить ваш ДВС.

Процесс снятия характеристики ДВС запланирован следующим.
Да процессы-то эти я прекрасно знаю! Сам сколько раз их проводил, только не на ДВС, а на электродвигателях.
при помощи изменения величины нагрузки, обороты двигателя меняются от наименее возможных к наиболее возможным,
Я бы ещё посоветовал бы вам пойти наоборот, от максимальных оборотов до минимальных (в том числе путём наброса нагрузки), тем самым легко можно будет найти эти минимальные, то есть определить область безопасной работы двигателя. Как-никак для однодвигательного аппарата на высоте это серьёзный аспект. Да и для двухдвигательного тоже, хотя и чуть менее серьёзный, но если создались условия для остановки одного движка, то где гарантия, что под них не подпадёт и точно такой же второй? А, кстати, возможна ли на соосной схеме авторотация? В ролике есть момент посадки по-самолётному. Такое ощущение, будто испытатель пробовал возможность посадки именно на авторотации...
Оказывается, мотор крутили дрелью. Вышел результат во вложении.
Эта дрель больше похожа на токарный станок 1К62. :-) Но, как я и говорил, зависимость напряжения от оборотов очень линейная:
em57-gen.png
(9.83 KiB) Скачиваний: 56

и при 10 тысячах об/мин он как раз выдаст ожидаемые 400 вольт, а при 4500 об/мин будет только 180 вольт. Y=0.04X - это аппроксимация ваших данных прямой линией. На коэффициент сдвига -1.156 не смотрите, это всего лишь погрешность измерений (в том числе и из-за округлений), в реальности важен коэффициент 40 вольт на тысячу оборотов. Под нагрузкой это напряжение просядет, но не более чем вдвое, так что вопрос о возможности пробоя изоляции на холостом ходу на оборотах в 10 тысяч снимается.
Ну и, если я правильно понял, обмотки в двигателе соединены треугольником (для бОльшей низковольтности, что важно в электромобиле), так что нуля там в принципе нет, а напряжения измерены линейные, посему и тэны для 4500 об/мин, скорее всего, придётся соединять тоже треугольником, если они изначально рассчитаны на 220В. Либо всё-таки оставлять повышающий (примерно 2:1) редуктор, и тогда 220-вольтовые тэны можно соединять звездой. Я это к чему: в звезде ток измерять легче. В треугольнике он находится далеко от нуля (виртуального, разумеется), так что будет нужен трансформатор тока, причём 3 штуки. Короче, теперь уже есть реальные данные для выбора: ставить либо механический редуктор либо 110-вольтовые ТЭНы. Естественно, при наличии редуктора ключам придётся рвать 220 вольт при токе 125А, а при его отсутствии наоборот: 110 В при токе 250А. Это тоже основание к выбору редуктора или отказу от него. Кстати, про 250А говорили и на автофоруме, так что пока вроде мои прикидки сходятся с теми измерениями. Ну и не забываем про третий вариант, промежуточный: 220-вольтовые тэны треугольником, хотя мне этот вариант не очень нравится. Но там ожидается 150А при 180 вольтах.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 10:51:56

Напряжение меряли скорее всего между двумя фазами. Электромотор могли установить в станок, это да.

Токи, про которые вы пишете, меня пугают. Мы планируем взять такой тепловентилятор. Там всего 24 тэна. Получится 8 троек. Если на каждом тэне свой симистор, то там не такой большой ток.
Я в электротехнике ноль, вы хотите сказать, что если я коммутирую симистор в точке нуля его фазы, то на самом деле через него текут токи от других фаз? Я об этом не подумал.
Я планирую при установке величины нагрузки регулировать мощность только на одной из троек, а остальные будут либо включены на совсем, либо отключены.

Главный конструктор вертолёта уверяет, что авторотация по расчётам есть. Не знаю, кто будет проверять.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 12:11:16

Посмотри на ютюбе дплабс у Дмитрия недавно ролик был про такую нагрузку

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 12:15:57

Смотрел.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 12:18:16

Ну или свяжись с ними, чо, по голове не дадут. Сьездишь в доброград посмотришь, мб схему даже дадут или готовый блок

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 15:08:56

Мне почему-то не хочется с ними общаться. Тут мне посоветовали поставить бесконтактные датчики тока, это нормальное решение, видимо, так и сделаю. У меня вопросов пока нет других.

Re: Померять грубо переменное напряжение 400В.

Сб мар 04, 2023 19:29:30

Может просто температуру тэнов померить ? Если грубо то...
Температура одинаковая, так и перекосов нет.
Ответить