Индуктивность.

Захотелось/понадобилось измерять большие индуктивности, к примеру мощные моторы(40kW etc). Почитав реализации ничего практически годного не нашлось. Посему решил разрабатывать с нуля, всё что есть по теме уг.

В начале была идея измерить период, как описано тут http://www.findpatent.ru/patent/218/2184999.html

Опытным путём пришёл к выводу что метод не пригоден на низких напряжениях, так разряд ёмкости на приёмник это весьма сложный процесс, зависящий от множества факторов и при малой мощности источника тока рандомен.

Хороший способ оказывается заряд/разряд ёмкости на индуктивность. Придумал такую схему(в аттаче).
Схема весьма интересна, так как используется хитрый трюк - тест открытия ключа. На ключ(тиристор) подаётся смещение от источника напряжения(не тока), ток которого меньше тока удержания ключа. При коммутации это приводит к генерации чёткого прямоугольного импульса.

Схему можно упростить заюзав динистор или mosfet, но именно тиристор отключается сам при включении через ёмкость. Для теста использовались тиристоры PCR406, от китайской гирлянды(маломощных не нашёл). При указанных параметрах деф. цепи импульс получается ~1ms.

На выходе имеет старт/стоп два импульса, в моём случае они подаются на FF, который подключает DAC на счётчик через генератор, показания можно измерить как напржение.

Есть теоретические вопросы по сабжу:

1. Можно ли заменить тиристор на мосфет ключ. Для этого ток удержания должен быть меньше тока запуска ключа(в случае тиристора), либо в случае мосфет энергия диф импульса соответственно.
2. Расчётные параметры. Как будет меняться погрешность, зависимость не простая 5.7.1: http://model.exponenta.ru/electro/0060.htm

 

Пересмотрел схему. В этой есть существенный недостаток, при запирании разрядного тиристора на ёмкости остаётся ровно 2.5 вольта(при зарядных 13). Поэтому уменьшается время заряда. В принципе не существенно, так как ток запирания константа, но лучше измерять от нуля - заменить на мосфет ключ. Расчётный ток получается < 1A(1ом/100мс/<10mF) для больших ёмкостей, из формулы cu^2 = 2rti^2.

Так как обратить формулу заряда видмо не представляется возможным(решить индуктивность по времени и сопротивлению) решил использовать расчётные таблицы, записав их в пзу.

http://model.exponenta.ru/electro/0060.htm

5.7.1 - кто шарит, возможно ли решить эту функцию ?

 

Сказали что уравнение не решаемо. Нафиг такая математика тогда.

 

Чтобы знать, что подобные уравнения нерешаемы и не тратить время на попытки решить их назло этим ***-ученым

 

rmn,

Данная функция сложного вида, если мат методы не могут её решить, то это не значит что решения нет(его не может не быть). Можно сгенерить нужную серию значений и аппроксимировать. Но это наверно метод сродни бруту в кодинге, тоесть изврат. В любом случае такое не годится наверно. Лучше зашить весь трёхмерный массив в пзу, если не хватит(из за точности) серийной памяти, то можно обычную флеху заюзать(SD).

 

Что-то я не припомню мата за этими звездочками. Слова "поп" и "верун" хоть можно еще использовать?

 

А почему нельзя просто мерить импеданс, а потом из него находить индуктивность?

 

treekool

Как это реализовать ?
Нужен генератор гармонический, причём приличной мощности. Так как при не гармоническом сигнале импеданс не измерить, при большой мощности источника начнётся подмагничивание, что изменит значительно индуктивность. Да и всякие резонансы етц. И как ток измерять при малом напряжении источника в таком случае..

Апериод. разряд/заряд это стабильный способ, так как на этот процесс влияет мало факторов/помех.

 

А зачем большая мощность? вам же не нужно раскручивать этот двигатель при этом) об индуктивностях каких порядков идёт речь? (" к примеру мощные моторы(40kW etc)." мне не о чём особо не говорит).

Подмагничивание - это когда постоянный ток течет через обмотку, в результате чего создаётся постоянное магнитное поле, которое влияет на среду (сердечник/магнитопровод и.т.д). И да индуктивность при этом может измениться, но это кст. тоже иногда полезно знать, какая индуктивность при каком токе подмагничивания. То о чём вы говорите, как я понял, это искажения связанные с нелинейностью среды (сердечника/ротор или на чём там обмотка на двигателе), которая возникает при больших амплитудах магнитного поля.

По поводу всяких резонансов - ну вы просто не меряйте там где резонанс (если он там возможен будет), можно мерить на нескольких частотах а потом усреднять например.
По поводу стабильности, немного не понял что вы именно хотите мерить при разряде ёмкости на индуктивность - таким образом вы как раз таки сделаете резонансный колебательный контур, ну можно также период мерить и время за которое затухает весь переходной процесс, только в этом случае вам погрешность будет ещё вносить ваш конденсатор, ёмкость которого тоже может зависеть от преложенного к нему напряжения. В общем те ссылки которые вы кидали - это ликбез по переходным процессам, как Вы мерить собираетесь я так пока и не очень понимаю (простите меня за мою невнимательность), должна быть тогда прям методика измерения, которую нужно придумать, прежде чем реализовывать в железе.

ЗЫ: 5.7.1 - какая то дурацкая формула, переходной процесс в колеб. контуре описывается все той же диффурой у-я колебаний. Просто распишите вашу схему по правилам кирхгофа с учётом, что q=CU => i=CdU/dt, U=Ldi/dt; получите дифуру 2-го порядка, ну тут наверное перешли в комплексные переменные и ввели непонятные букавки, в общем лень разбираться да это и не нужно.
ЗЗЫ: из этой же диффруы вторго порядка и появится, что частота w=sqrt(1/L/C), время затухания зависит от добротность (т.е. всякие сопротивления проводов и пр.)

 

А зачем вообще человеку в здравом уме понадобится измерять индуктивность выпускаемых промышленностью моторов? Может инде уже расскажет, что он там собрался мастерить?

 

treekool

> По поводу стабильности, немного не понял что вы именно хотите мерить при разряде ёмкости на индуктивность - таким образом вы как раз таки сделаете резонансный колебательный контур

Никаких колебаний нет, заряд/разряд апериодический. Там по ссылке этого процесса описание.

> ну можно также период мерить и время за которое затухает весь переходной процесс

Я это первым делом хотел применить, вот тут описание есть http://www.findpatent.ru/patent/218/2184999.html

Но мне не понравился метод из за анстаба(при малых напряжениях). Возможно если использовать сотни вольт, то можно получить стабильный колебательный процесс.

> как Вы мерить собираетесь я так пока и не очень понимаю

Включены последовательно (+) - тиристор - диод - L - C. На тиристор подаётся импульс. Он останется включённым и происходит заряд C. Как только зарядный ток станет равным току удержания ключа он запирается, при этом на его катоде формируется короткая пачка импульсов, он выделяется дифф цепью - это стартовый импульс. Он открывает мосфет ключ(через FF), подключённый парал. С для её разряда. Напряжение с C измеряется ОУ(lm224), далее проходит через тр. шмитта и дифф цепь - это формирует импульс при падении напряжения на C ~ 20%50mV и включает тиристор, цикл повторяется. Можно конечно мост использовать, вместо тиристора, но схема с ним отлично работает. Так мы имеем время заряда C.

 

rmn

А на чём тогда проводить измерения, кроме как не на моторах..

 

Апериодичность - та-же шляпа только в профиль, вы по сути вы и меряете время за которое затухает переходной процесс, только затухает он быстрее, чем совершится хотя-бы пол колебания, ибо декремент затухания (стоит в экспоненте огибающей сигнала) больше обратного времени. Другой вопрос, как вы будете удовлетворять этому условию если не знаете индуктивность? (ведь вам её и нужно померить) а если колебания всё таки будут? (если не удовл. условиям)

 

Indy_
В общем я не понимаю почему вы не хотите частотой (частотами) мерить, это гораздо надёжнее, проще и точнее.

 

treekool

Спасибо за расчёт, но это это по ссылке описано(5.6.2), у вас не хватает походу квадрата R..

> Другой вопрос, как вы будете удовлетворять этому условию если не знаете индуктивность?

Не зависимо от параметров при зараде колебания не возможны. По сути подключается цепь к источнику энергии, который не изменяется. Происходит медленный заряд C, который прекращается когда ток заряда уменьшится до малого значения. Колебания начнуться если скоммутировать эту цепь последовательным соеденением элементов(не заряд, а разряд C), отключив источник питания.

Не могли бы вы посмотреть 5.7.1 уравнение и оценить возможность вывода из него L или из системы из двух таких уравнений(второе измерение длительности при другом C) ?

 

treekool

> В общем я не понимаю почему вы не хотите частотой (частотами) мерить

Предложите способ реализации, только что бы не нужно было с собой батарею таскать

 

> Спасибо за расчёт, но это это по ссылке описано(5.6.2), у вас не хватает походу квадрата R..
да там полно очепяток) ещё производная лишняя над х перед омегой), но суть от этого не теряется

> Предложите способ реализации, только что бы не нужно было с собой батарею таскать
Мощность большая совсем не нужна, DDS + ИТУН, используете 4х зажимную схему измерения. Получается у вас есть усреднённое значение тока, которое проходит через обмотки, вы его сами задаёте, ну можете и померить другим АЦП для надёжности, и его значение совсем не обязано быть большим (1мА при индуктивности в 1Гн (если уж там достаточно большие индуктивности, Вы так и не ответили каких они там порядков) и при падении напряжении 5В (пик-ту-пик), частоте 1кГц, в любом случае можете варьировать частоту и значение тока, под нужные пределы измерения, а лучше мерить в большом диапазоне частот, тогда вы сможете ещё понять как индуктивность меняется от частоты и если нужно усреднить индуктивность), другими зажимами меряете падение напряжения на обмотке и также усредняете (ну или обычная sqrt(2)*U, либо аппаратно детектором усредняете), ну и всё. Делите напряжение на ток получаете импеданс, (так же нужно измерить активное сопротивление на постоянном токе) и индуктивность находите как L = sqrt((Z^2-R^2)/4/pi^2/f). f- частота физическая, R-активное сопротивление, Z - импеданс (точнее его модуль, который физически мы и можем помереть усредняя и не учитывая фазу). Более точных методов измерений мне не известно, может что конечно и есть.

>Не зависимо от параметров при зараде колебания не возможны. По сути подключается цепь к источнику энергии, который не изменяется. Происходит медленный заряд C, который прекращается когда ток заряда уменьшится до малого значения. Колебания начнуться если скоммутировать эту цепь последовательным соеденением элементов(не заряд, а разряд C), отключив источник питания.

источник энергии меняется, как только вы подключили цепь - это и есть функция хевисайда, а переходной процесс есть реакция на эту функцию. "медленный" на сколько? что определяет его медленность? увеличивая С вы уменьшаете 1/LC тем самым выполняя условие чтобы 1/LC стало меньше R^2/4/L^2, но как вы определите на сколько нужно увеличить этот С если не знаете индуктивность, не ну можно конечно его заранее сделать довольно большим, либо менять в зависимости от предела измерения, но затея сомнительная, опять же потому что погрешность будет вносить эта самая ёмкость, она тоже не всегда такая какая написана на конденсаторе и не всегда констаната.

 

Совсем неважно, заряжается ли конденсатор или разряжается, переходные процессы будут такими же, картинку я конечно неудачную нашёл, здесь на осцилле явно вход включен с отсечкой постоянки и наши ставшие уже любимыми условия не выполняются (колеб. контур явно добротный), но тем не менее она иллюстрирует что разницы нет никакой, отключили ли постоянку от схемы и начали смотреть переходные процессы, или включили её к схеме.

 

treekool

> Получается у вас есть усреднённое значение тока, которое проходит через обмотки

Ток будет зависить от множества факторов. Реальная индуктивность ведь она отличается от математической. Когда ток довольно быстро меняется, начинают на него дествовать спец для девайса факторы, это всякие гистирезисы, резонансы, насыжения сердечника етц. Так к примеру пиковые трансики работают, на входе вроде бы напряжение гармоническое, а ток там зависит от фазы луны.. Если на здоровенный мотор(допустим 50kW) пустить синус в 1mA, там скорее всего уже не синус будет и по рандому от частоты будет зависеть, я проверю это при возможности.

> "медленный" на сколько? что определяет его медленность?

Допустим берём C = 470u и трансик, не большой(не считал его L), запускаем описанную цепь - начинается плавный заряд, длящийся секунды, когда напряжение прекращает изменяться, ключ отключается.

> 1/LC стало меньше R^2/4/L^2

Параметры влияют только на длительность заряда, это условие бессмысленно, оно для разряда имеет смысл.

> она тоже не всегда такая какая написана на конденсаторе и не всегда констаната.

Хорошую подобрать можно, тем более она от самого процесса не изменяется - напряжение мало(~10%12V), длительность заряда велика(секунды/десятки секунд).

 

treekool

> Совсем неважно, заряжается ли конденсатор или разряжается

Да нет, при заряде их нет, откуда же они возьмутся ?
Допустим начался заряд. L сдерживает из за индукции ток. Поэтому напряжение на C постепенно возрастает. При включении никакого скачка нет, просто скорость изменения напряжения больше на начальной стадии заряда и к концу его уменьшается до нуля. Далее если ключ отключить ничего не произойдёт, так как тока в цепи нет.