230V meet transformator

blackdog

Golden Member

Hi,

Voor mijn meettransformator heb ik een uitgang nodig die het stoorniveau meet op de 230 netaansluiting.
En het leek mij een goed plan hier een apart topic van te maken omdat je dit soort schakelingen niet veel tegen komt.
Vooral niet met de vrij grote bandbreedte van de hier voorgestelde schakeling met een enkele transformator.

Gertjan had mij al wat meetgegevens gestuurd van wat hij al eens gemaakt had voor de zelfde soort toepassing.
Een flink aantal jaren terug heb ik op dit forum ook al laten zien dat vooral ringkern transformatoren een zeer grote bandbreedte kunnen behalen.
Ik heb voor dit project zeker aan 25 transformatoren gemeten en hoe kleiner de kern binnen zekere grenzen hoe beter ik het frequentie bereik recht kon trekken.

Ik wou het zo veilig mogelijk hebben en ben na wat uitzoekwerk en het bestellen van wat kleine typen transformatoren uitgekomen op een trafo van het merk MYRRA.
De trafo die ik vanochtend binnen kreeg was ondermeer een 1VA en een 2VA type.
Beide 230V in, en deze kreeg ik zo vlak mogelijk en was 6V 1VA uit en het typenummer is 44049.

Hier onder een "Old School" manier van de frequentie grafiek tekenen, dat gaf wat moeilijkheden bij het tekenen door de resonanties rond 100KHz.
Geloof de waarde van de grafiek boven de 100KHZ niet op het grafiek papier, dat is het stukje in het rode kader.
Hieronder komt nog een foto van de Audio Analyzer die dit stukje beter weergeeft.
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/230V-Measuring-Transformer-03.png

Dit is een sweep van 80KHz tot 120KHZ hoger gaat mijn analyzer niet en de schaal hoogte is 4dB.
De oranje lijn geeft ongeveer het "0" dB niveau aan.
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/230V-Measuring-Transformer-01.png

En dit is een sweep van 10KHZ tot 120KHZ, ook weer met een schaalhoogte van 4dB.
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/230V-Measuring-Transformer-02.png

De slingeringen in het gebied boven 80Khz blijven vrij goed binnen de perken en ik heb daar vrede mee.
Natuurlijk loopt de trafo nog verder door met meerdere resonanties en capacatieve overspraak tussen de windingen.
De testen die ik heb gedaan brachten het volgende naar voren voor de beste resultaten:
Kies een lage uitgangsspanning.
Kies een enkele wikkeling voor de uitgang.
Kies een klein formaat transformator. (ik had een nog kleinere trafo uit een meetinstrument, maar die was zeer slecht)

Er is ook compensatie nodig voor de resonanties die optreden.
Ik heb mijn best gedaan de bovenstaande frequentie karakteristiek te krijgen.
Hieronder het basis schema, hierachte komt nog het 50HZ notch filter,
dit kan door de belasting van dit filter nog wat variatie in de frequentie karakteristiek geven, waardoor de compensatie nog wat veranderd.
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/230V-Measuring-Transformer-04.png

L1, C1 en C2 zorgen voor onderdrukking van de hoofdresonantie van de trafo, gewoon de 50Ω uitgang van je generator op de 230V aansluiting van de trafo zetten dan krijg je dit te zien bij gebruik van een 10KHz blok, let even niet op de cursors, dat komt zo.
Dat ziet er niet best uit als opgaande flank... :-)
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/Trafo-Blok-230V-Input-NoLoad.png

Nu de trafo met het zelfde signaal aangestuurd maar afgesloten met een 1K8 weerstand,
nu is de resonantie "beter" op frequentie onder normale belasting condities, de cursor meting geeft nu ongeveer 650KHz aan als frequentie.
Met de trimmer C2 is deze resonantie minimaal te trimmen daar deze anders ruim +10dB opslingering gaf.
Als je gaat meten aan zo'n trafo'tje als deze of anderen, hou er rekening mee dat de snelle stijgtijden van je bloksignaal, je allemaal rare verschijnselen kan gaan geven.
Ik gebruik bij de metingen hieronder met een blokgolf stijgtijden van 2uSec voor de flanken.
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/Trafo-Blok-230V-Input-1K8-Load.png

De spanningsdeler aan de uitgang heb ik zo opgezet dat ik een zo laag mogelijke uitgangs impedantie kreeg met ook een makkelijke waarde aan de uitgang die gerelateerd is aan de 230V ingangsspanning.
Trim-1 kan je zo instellen dat je bij 230V aande ingang, 230mV aan de uitgang hebt.
R1 en C3 trekken het hoge frequentie gebied zo recht mogelijk.

Dit is de 1KHZ blok weergave na de compensatie schakeling.
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/1KHz-Blok.bmp

Dit is de 10KHZ blok weergave na de compensatie schakeling, nee niet perfect, maar niet vergeten dat dit een 50Hz trafo is. :-)
http://www.bramcam.nl/NA/230V-Measuring-Transformer/10KHz-Blok.bmp

Zou je b.v. een indruk willen hebben van switchers rond het kantelpunt van deze trafo, dan zou ik een tweede schakeling maken met een tweede trafo.
Een trafo die b.v. vanaf 10KHz recht loopt tot een paar MHZ, dat moet wel lukken met de moderne ringkernen.
Ik heb hier echter voorlopig geen tijd voor of behoefte aan.

Als je goed aan de 230V wilt gaan meting zal je ook de condities waaronder je de metingen doet goed moeten kennen.
Daar zullen best normen voor zijn, maar die heb ik nog niet uitgezocht.

Denk hier maar eens aan, een D.U.T genereerd een bepaalde hoeveelheid storing aan de 230V kant.
Hoeveel daarvan het 230V net van ingaat, hangt af van de impedantie die het 230V net heeft op een bepaalde frequentie.
Een heel complex geheel en ik ga zoiets niet heel precies opsetten, ik doe het voor nu met deze meettrafo schakeling.

Er komt dus nog wat meer aan zoals de comby van deze uitgang met het 50Hz notch filter.

Gaarne hoor ik jullie opmerkingen.

Groet,
Blackdog

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Leuk onderwerp, en lekker bezig :-)
Je resultaat is verbazingwekkend goed voor een bloktrafootje!

Belangrijk om in de gaten te houden dat de frequentie response van een trafo sterk afhankelijk is van in- en uitgangsimpedanties. (niet dat dat nieuws voor je is :-))
Hoe lager de bronimpedantie waaruit je de trafo aanstuurt hoe gunstiger voor de trafo.

Gelukkig heeft het lichtnet een zèèr lage impedantie. (Voor 50Hz, maar hoe zit dat met hoge frequenties????)
Aansluiten op een generator met 50Ω uit zal dus een ander beeld geven....

Evenals afsluiten met 50Ω ingangsimpedantie van een analyser een ander beeld zal geven dan afsluiten met een audio analyser die hoogohmig in is.... :o
Resonanties verschuiven ook... Denk ook aan kabel capaciteiten.

Bovenstaand geeft een aardig beeld van de voetangels en klemmen bij het bepalen van het gedrag van een 230V meettrafo :-)

Die afsluit impedantie kun je in elk geval zelf bepalen door er zelf verzwakker en compensatie netwerkjes achter te hangen, zoals ook in jouw ontwerp. Zo ontkoppel je de trafo van de meetspullen die je er later allemaal achter gaat hangen.

Zou het geen goed idee zijn om je uitgangsverzwakker zo te dimensioneren dat je trafo 50Ω uit wordt?

Edit:
Voor het meten van de frequentiecurve zou aansturen vanuit een (audio)eindversterker of moduleerbare voeding een goed idee zijn. Dan komt de bronimpedantie aardig in de buurt van het lichtnet (miliOhms).
(Natuurlijk opletten dat de versterker dan niet de bandbreedte beperking vormt... :-))

groet! Gertjan.

Interessant. Maar ik zou voor een analoge optocoupler kiezen.
Het nadeel daarvan is wel een ingewikkelde schakeling.

miedema

Golden Member

Ha rbeckers,

Met een optocoupler zou je in elk geval wel van die trafo resonanties af zijn.....

Wat is de bandbreedte die je van een optocoupler oplossing kunt verwachten?

Lastig lijkt het me om voldoende signaal-ruisverhouding te behouden. Met een analyser kun je makkelijk dieper dan 100dB kijken, en dan wil je niet naar de ruisvloer van je opto-coupler versterker zitten turen :-).

groet, Gertjan.

De bandbreedte kan DC tot 1MHz zijn met de HCNR201.
Er zijn ook optocouplers die hoger komen maar die zijn minder lineair.

miedema

Golden Member

Ha rbeckers,

Die bandbreedte had ik ongeveer verwacht. (en is mooi voor deze toepassing)

Maar benieuwder ben ik naar het te verwachten dynamisch bereik. Mijn Agilent 4395A kan ruim ruim 130dB diep kijken.... (>100kHz -133dBm/Hz)

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi Heren, :-)

De bedoeling is dat ik deze trafo en een stroommeettrafo in een testkastje bouw.
Dit los van mijn andere topic van mijn scheidings trafo, waar beide meettransformatoren ook in komen.

Naturulijk ben ik op de hoogte van de impedantie van het 230V net, of eigenlijk bedoel ik, dat ik daar weinig van weet *grin*
Het stekkerblok op mijn werktafel heeft een andere impedantie dat de wandcontactdoos in de meterkast, om maar eens twee voorbeelden te noemen.

De 230V rond mijn werkbank is op meerdere aansluitpunten voorzien van netfilters die in de aangesloten apparatuur zitten.
De impedantie veranderd ook nog eens met of deze apparatuur wel of niet aan staan, als de filters achter de schakelaar zitten.

Ik zal later eens een testje doen door de MYRRA trafo i.p.v. met 50Ω aan te sturen, dit een met 500Ω te doen en dan boven zeg 1KHZ en hoger te meten.
De trafo via een netwerkje b.v. altijd met een enigzins vaste impedantie aan te sturen op de 230V zijde, gaat volgens mij vooral de laag weergave te veel aantasten.
En ook de compensatie van het primaire deel wordt dan lastiger, samen met een deel signaal verlies.

Ik neem aan dat jullie wel begrijpen dat mijn doel was het passief uit te voeren voor de stroom en spanning metingen.
Ik heb voor de stroom meting hier ook wat modules liggen van LEM en het type daarvan is HX 03-P.
Maar die hebben een dubbele 12V voeding nodig, en dat is niet echt passief :-)

De meettransformatoren die ik aan het maken ben en hier laat zien, zijn voor een indruk hoe het signaal er uitziet op de 230V kant.
Het zijn geen referentie metingen daar er veel te veel variabelen zijn om dit hard te stellen in een praktijk omgeving.

Voorbeeld analogie
Het is net als b.v. een hoog Ohmige breedbband versterker, zeg 10Meg DC in met 15pF parllel capaciteit.
De gemeten bandbreedte hangt sterk af van de impedantie waarmee je de ingang van deze versterker aanstuurd,
is deze b.v. 10K dan haal je b.v. nooit de 20MHz bandbreedte die je bij 50Ω aansturing wel hebt.
Dit is alleen al de Xc van 15pF die bij 20MHz rond de 500Ωis, maar ook afhankelijk van de schakeling opbouw de feedback van de drain of collector in de eerste trap.
Maar ik dwaal af... :-)

Doel
Ik wil later een 230V bron maken (hele dikke versterker, staat hier al een tijdje klaar hiervoor) zodat ik 50Hz met een hogere frequentie kan moduleren.
Deze meettrafo setup laat dan het signaal niveau zien zowel U als I en ik kan dan in mijn apparaat die ik ga testen meten wat er na de gelijkrichting nog aan modulatie signaal over blijft.

Tijd voor een broodje!

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ziet er goed uit. Zou je willen toelichten waarom er gebruik gemaakt is van een 10 kHz blok signaal? Daarmee zie je geen even harmonische effecten en is de bijdrage van harmonische 9 & 11 maar een fractie van de fundementele, toch? Een goede White noise bron gebruiken en dan de fft nemen van de uitgang zou ik geprobeerd hebben.

RAAF12

Golden Member

Op 24 april 2019 11:11:13 schreef rbeckers:
De bandbreedte kan DC tot 1MHz zijn met de HCNR201.
Er zijn ook optocouplers die hoger komen maar die zijn minder lineair.

Deze is geschikt voor videosignalen

misschien een idee om ook eens naar de high voltage differential probes te kijken, deze dure van Yokogawa heeft een bandbreedte van 100MHz, ik heb er een van Fluke die dacht ik tot 60MHz gaat.

ik kan hem openmaken als het interessant is..

succes met het project !

miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Mijn keuze zou ook een trafo zijn: simpel, robuust.....
Maar ik was wel benieuwd wat je van een optocoupler oplossing kunt verwachten :-).

M'n opsomming van de problematiek rond een net-meettrafo was meer bedoeld om meelezers een idee te geven wat er allemaal speelt.
En om je te kriebelen om eens met een lagere bron impedantie te meten... (zelf heb ik indertijd gemeten met een Crown DC300A: 100kHz -1dB, Zout=15mΩ + 6µH, staan er hier nog twee...)

Maar ook dat was meer filosofisch bedoeld: moet je dan spoeltjes in serie zetten om de lange lichtnetdraden te simuleren? Dat soort vragen wellen op ...

Nu toch eerst maar boekhouding en BTW af :-)

groet, Gertjan.

Hi Gertjan,

met spoelen in serie ben je op de goede weg !

Omdat de impedantie van het net niet overal gelijk is wordt bij EMC metingen een zogenaamde L(ine)I(mpedance)S(stabilising)N(etwork) gebruikt.

In FUNK-amateur feb ( & ??) 2018 wordt een versimpelde kloon van een R&S LISN beschreven.

Ik heb een scan van het artikel, maar het is te groot als bijlage
stuur het wel naar je toe.

Ite

miedema

Golden Member

Dank je Ite,
Zet ik het wel online, zodat het hier beschikbaar is :-)

Ik had natuurlijk kunnen bedenken dat er een hele tak van sport is waar modellen maken van de lichtnetimpedantie belangrijk is.... :-)

groet, Gertjan.

blackdog

Golden Member

Hi 575,

Krijg ik ook wat info van je? :-)

Dank,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Het document van Ite / 575 permanent beschikbaar vanaf mijn servertje:

FA_2018_2_Vereinfachte_Netznachbildung_Teil-1_LISN

Dank je Ite!

Als het om LISN's gaat..

attached de manual met schema van de Comtest, deze is ook onder een andere naam op de markt geweest, ik dacht TTN..

Als foto's van de binnenkant helpen hoor ik 't wel..

Lisn-4401-manual.PDF

miedema

Golden Member

Ha Peter_dtn,

Het gaat eigenlijk niet om LISNs, maar over 230V meet transformatoren :-).
Maar om zo'n meettrafo goed te kunnen meten is het nuttig een idee te hebben van wat de netimpedantie eigenlijk is.....

En èèn van de functies van een LISN is aan de DUT een gedefinieerde net impedantie aan bieden. Dus dat is leerzaam :-)
Het wordt uitgelegd op pagina 6 van jouw document. (Dat sowieso helder geschreven is)

De karakteristieken van die gefingeerde netimpedantie staan in jouw document op pagina 15, en in het document van Ite is het Bild 16.
Beide zijn behoorlijk gelijk, maar zien er anders uit, dat komt door een andere x-as.

Ruwweg gaat het model er van uit dat het lichtnet laagfrequent laagohmig is (5Ω), om vervolgens vanaf zeg 10kHz te stijgen. Hier tot 50Ω, maar dat is omdat er een 50Ω weerstand voor de meetuitgang parallel staat.(capacitief gekoppeld)

Duss.. wellicht is meten met 50Ω bronimpedantie zo slecht nog niet :-). Tenslotte liggen de kritische plekken bij de hogere frequenties (hoogafval, resonanties, capacitieve koppeling)

Blijft nog de vraag of je de trafo moet / kunt helpen door primair ook een netwerkje toe te voegen, zodat in het hoog de bronimpedantie begrensd wordt...

groet, Gertjan.

Hallo Gertjan,

dank voor de toelichting, ik zie echter nog niet helemaal waar ik een meet-trafo voor zou kunnen toepassen.

De LISN in actie :

Op dit type LISN zit een BNC uitgang waarmee de RF op het aangesloten net-apparaat redelijk nauwkeurig kan worden gemeten.

De LISN is middels een scheidingstrafo aangesloten op het net en in het stopcontact op de voorkant van de LISN zit nu een calibratie stekker, normaal wordt daar het te meten apparaat aangesloten.

Met de knoppen kan je onder-andere kiezen aan welke net-lijn je wil meten L1 of L2.

Heel belangrijk is om een limiter te gebruiken voor je gevoelige meetontvanger of spectrumanalyser, als je bv het aangesloten apparaat in of uitschakelt kunnen er fikse pulsen op de BNC komen. Het blokje op de RF input van de ontvanger clampt deze pulsen tot een veilig nivo.

Op het scherm zie je de RF die de meetstekker op het net zet, 70dbuV @ 150kHz naar 28dBuV @ 30MHz, dit is de gele lijn. Groen is de average waarde en daar waar de gele lijn boven de rode limitlijn komt wordt quasipeak gemeten, dit zijn de 4 kruisjes.

Ik lees altijd met veel interesse jullie bijdragen, dank voor de moeite !

Ohja, voor de jongere lezers, het zwarte plastic plaatje wat linksonder uit de ontvanger steekt is een zogenaamde floppydisk, voorloper van de USB memory dongle. Op dit schijfje past 1.4Mbyte. ;-)

ps. dit zijn instrumenten die we op het werk gebruiken ..

blackdog

Golden Member

Hi,

Dank voor alle info!

Mijn bedoeling is, wat ik al eerder aangaf dat ik tot zo'n 100KHz naar de prut op het 230V net kan kijken.
Ik ben niet speciaal met switchers bezich en ook ga ik geen EMC metingen doen.
De bedoeling is dat ik een indruk krijg van het stoorsignaal-U en de stroom die er loopt door een D.U.T. en ja, dat kan een switcher zijn.

Op het ogenblik kan ik helemaal niets zien, ik heb geen enkel meetdevice waarmee ik een blik kan werpen op de230V signalen, ik ben dus vooralsnog blind. :-)
Door de twee meettransformator schakelingen die ik aan het ontwerpen ben, kan ik in ieder geval ik blik werpen op deze signalen.
En in mijn vorige post heb ik al aangegeven dat ik weet wat de haken en ogen zijn waarmee je rekening moet houden i.v.m. impedanties.
Ik ben en zal verder geen EMC testfabriek worden met van die prachtige meetapparatuur die hier geshowed is. :-)

Peter_dtn
De probes ken ik, en ik weet ook van hun nogal slechte dynamische bereik.
Maar het is in ieder geval beter dan niets hebben. :-)

Ik sta natuurlijk geheel open voor opmerkingen en extra zoals die vandaag door jullie hier gepost is.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
miedema

Golden Member

Ha Peter_dtn,

Mooie spullen! Ik kan me inderdaad niet voorstellen waar jij een meet-trafo voor nodig zou kunnen hebben :-)

Maar stel dat je die mooie spullen niet hebt, en je toch wat wilt zien op het lichtnet. Troep op het net zelf, of storing geïnduceerd door een verdacht apparaat. Dan kom je met zo'n meettrafo een stuk verder...

Zelf heb ik 3 trafootjes gemaakt voor verschillende toepassingen, zoals net harmonischen bekijken, of meer ruis en RF troep vinden.

groet, Gertjan

Ha heer miedema,

Misschien kan je die drie combineren naar 1 uitgang.
Ik zit me trouwens te bedenken het gaat @blackdog om een redelijke breedband uitkoppeling.
Nu is dat met een hogere spanningstrafo best wel moeilijk je moet toch snel 5H of zo hebben ik heb hier trafo's 10Hz.....10MHz voor video maar die kunnen geen hoge spanning aan.
Ik maak gebruik van een capacitieve deler en een serie spoeltje met als resonantie frequentie 50Hz die trafo is 75Ω in/uit en drukt de Q mooi om een breedband uitkoppeling te krijgen.
Misschien een optie om een audio trafo te gebruiken.

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
RAAF12

Golden Member

Een buizenversterker UGT? Een beetje flink exemplaar heeft heel wat Henry's aan boord.

Om al die Henry's aan boord terug te kunnen vinden zou je ze kunnen nummeren.