Breedbandige stroommeet-transformator

blackdog

Golden Member

Hi,

Omdat mijn broer wat problemen heeft met 230V installaties die LED strings bevatten die gestuurd worden met electronische trafo's. ( vind dat nog steeds een verkeerde uitdrukking)
Heb ik aangeboden het inschakel gedrag te onderzoeken van de groep waar de LED strings op staan.

De stroom als het geheel aanstaat is ongeveer 4-Ampere.
Ik heb de datasheet van LED "Trafo's" opgezocht en gekeken naar de inschakelstroom en dat 7x gedaan omdat het over zeven stringen gaat.
Pffff, dat is een geweldige klap als dit in 1x inkomt, een B automaat trek dat niet, maar de fabrikant verklaart dat dit er veel meer mogen zijn dan de zeven stuks.

Dus dit is een uitzoek klusje en de ervaring die ik hiermee op doe gaat dan naar mijn 230-meeetset waar ik aal iets van heb laten zien op dit forum.
Ik has nog wat LEM stroomtrafo's liggen maar die waren wat aa nde kleine kant, wat stroom en bandbreedte betreft.
Dus ik ben in de lijst van Farnell gaan zoeken wat betaalbaar was en welke soorten er allemaal beschikbaar zijn.

Ik ben uitgkomen bij een "dom" type, dat wil zeggen, geen electronica ingebouw en een type met een grote bandbreedte om de inschakel pulsen zo reeel mogelijk weer te geven.
Dit is de datasheet: https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/ATO-125-b1i-d16.pdf

De stroomtrafo is factor 1000:1 wat stroom beteft en heeft een opgegeven bandbreedte van 500KHz en de max normale stroom is 125A.
Verder is de piekstroom voor korte tijd bijna 19K-Ampere.

Het is natuurlijk allemaal minder mooi dan het lijkt. :-)
Omdat ik goed de piekstromen wil kunnen bekijken op een scoop moet het pulsgedrag van de trafo wel aan mijn eisen voldoen.
En ja, de trafo is echt breedbandig, ik kan dat natuurlijk alleen bij kleine signalen meten, ik heb geen 100-Watt breedbandige buffer voor mijn functie generatoren.

De door mij gebruikte LEM ATO-125-B1l-D16 stroomtrafo moet je afslijten met een weerstand, de hoogster bandbreedte en beste fase gedrag krijg je bij ee nweerstand rond de 4Ω
Daar ik die in een redelijk vermogen niet heb en de spanningsval bij kleinere stromen wel erg weinig is heb ik besloten om voor de 10Ω afsluitweerstand te gaan,
daar deze volgens de datasheet nog steeds goede performance geeft.

Even een opmerking, mijn setup is voor het meten van pus stromen in principe los van de spanning van het 230V net.
Ik meet de spanning van het 230V net natuurlijk wel, maar het is voor mij niet van groot belang dat bij b.v. 200KHZ de stroom en de spanning nog mooi in fase lopen.
De door mij toegepaste filtering beging bij 100KHz al zichtbare fase fouten te geven op de scoop, voor mij dus niet van belang, maar voor andere misschien wel.
Het filter dat hieronder staat afgebeeld geeft een mooie blokweergave met maar weinig ringing.

https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-01.png

.
R1 van 10Ω is dus de TO220 afsluitweerstand voor de trafo,
R2 maakt de stuurimpedantie ongeveer 50Ω voor het low pass filter die bestaat uit C1 en C2 samen met de spoel L1.
R4 sluit het low pass filter af met 50Ω C3 en R3 is een extra filter netwerkje om ringing dat toch nog aanwezig is de kop een beetje in te drukken.

De uitgang gaat direct naar een scoopaansluiting en hij gaat naar een versterker trapje dat ik nog met ontwikkelen.
Waarschijnlijk met een OPA2140 in een compount opstelling die b.v. dan uiteindelijk een bruikbare schaal geeft voro de kleinere stromen.
Maar zoals ik al aangaf heb ik er pas heel even over nagedacht hoe de versterker opgebouwd gaan worden.

De versterker trapjes komen in een klein kastje en gevoed uit 2x een 9V batterij.

Een paar plaatjes om dit voor vanavond af te sluiten, als eerste het filter getuned zoals in het schema aangegeven, het kan nog iets beter, maar dat komt later.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-10.png

.
En dit plaatje laat zien wat er gebeurd als ik C3 en R3 los neem, er is duidelijk nog ringing zichtbaar dat ook in het orginele signaal zit, voor beide fotos is gele trace de uitgang.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-11.png

Hier nog twee plaatjes van als je niet oplet je echt fout meet, zonder filter en de scoop direct over de 10Ω weerstand, alles kort bedraad.
Het signaal triggerde erg moeilijk maar als ik naar een kleinere gevoeligheid ging van 1mv/Div naar 5mV/Div dan was het beeld wel stabiel te krijgen.
Zoals dus op dit plaatje, er is duidelijk ringing te zien en wat je ziet is echt ongewenst voor mijn meetsysteempje.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-12.png

.
Maar laten we nu eens van 2uSec tijdbasis naar 20nSec gaan, kijk nu komt de aap uit de mouw :-)
Er is veel meer ringing en het signaal is ook veel groter!
En de rede is dat bij de Sample instellingen van de scoop de "Smooth" nog aan stond van vorige metingen.
Blijven opletten Bram! 8)7
Oja, negeer de counter frequentie op dit plaatje, die kan niet goed met dit signaal omgaan...
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-13.png

Dat was het voor vanavond, waarschijnlijk woensdag meer hierover.

Shoot en Groet,
Bram

PS, forumgoden s.v.p de omschijving van dit topic aanpassen, zit een taalfoutje in, dank!

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

Wel eens gedacht aan een Rogowski spoel? Speciaal bedacht voor snelle stroomvariaties.

een ideetje.. aangezien je vooral de stroompiek wil meten kan je na je huidige schakeling ook een piek en holdmeterschakeling bouwen en het resultaat direct naar een indicator sturen. Dan kan het allemaal in een kastje en hoef je de scoop niet meer mee te sleuren en wordt het handig voor algemeen gebruik voor het meten van inschakelpiekstromen.

dit allemaal om te zien waarom een B16 eruit gaat bij het inschakelen van 7 drivers ineens? had ik je zo kunnen zeggen, 7x een 60W meanwell leddriver inschakelen tript een B16 al..

waar rook was, werkt nu iets niet meer
miedema

Golden Member

Ha Blackdog,

Op onze UPS power sloopprinten zitten soortgelijke LEM stroomtrafo's (LEM LA100P-SP13, trafo + Hall element, DC....200kHz, 0...100Amp)
Welliswaar minder comfortabel omdat de kern niet open kan voor de stroomdraad, maar wel gratis ;-)

Als je wilt kun je natuurlijk kun je ook m'n Tektronix AM503A + A6302 current probe setje lenen dat ik laatst bij me had. Niet compact, maar wel een snelle complete oplossing.
Ik stuur je een mailtje.

Wist je dat je HMO scope het omrekenen van de output van je stroomtrafo naar gemeten Amperes kan laten doen?
In het vertikale menu kun je onder "Probes" de omrekenfactor en V of A instellen.

groet! Gertjan.

blackdog

Golden Member

Morge Heren, :-)

Even snel tussen door wat antwoorden opmerkingen geven.

KlaasZ
De Rogowski spoel, heb ik heel kort aan gedacht maar nu niet verder uitgezocht,
omdat dit project niet alleen om de problemen gaat die ik mijn broer help op te lossen.

kris van damme
Die piek/hold zou een leuke toevoeging kunnen zijn, maar die bouw ik er nu in ieder geval niet in.
Ik heb een beetje tijdsdruk bij dit projectje.

testman
Voor ik begon aan dit project was ik al op de hoogte dan met twee verschillende merken LED drivers B-16 automaten tripte.
Dit is een projectje waarmee ik een stroomtrafo zo tune, dat hij een mooie puls responce heeft en daarbij ook een zo mooi mogelijk puls gedrag.
Dat deze stroomtrafo met een scoop ook heel mooi de piekstroom bij de klus kan meten van mijn Broer is dan mooi meegenomen. ;)
Dit verhoogt voor mij en mijn Broer het inzicht op de piekstromen die er kunen lopen.
Mijn Broer had met zijn meetset hiervoor, al de 230V lijn weerstand gemeten, welke een paar honderste van een Ohm was.
Reken maar dat daar geweldige kortsluitstromen/laadstromen kunnen lopen.

Oplossingen voor het probleem van mijn Broer zijn gewoon in de handel te koop, maar nogmaals het gaat ook om de het inzicht in de praktijk situatie.

miedema
Dank voor je e-mail, ik was niet vergeten wat je al verteld had over de UPS sloopprinten en de daar op aanwezige LEM trafo's.
Ik had de documentatie doorgenomen die je had gestuurd, voor ik de trafo kocht bij Farnell waar ik nu mee test.

De Hameg scoop setting ken ik, maar de plaatjes die ik nu heb laten zien zijn alleen ter info over de signaal kwaliteit.
Het schalen van de signalen voor het makkelijk aflezen moet nog gebeuren.
Als ik verder ben met het geheel zal ik wat plaatjes laten zien met Ampere i.p.v spanning per divisie.

Er zijn nog een hoop kleine dingen die ik wil alten zien, maar daar is vandaag te weinig tijd voor.

Dank voor de opmerkingen.
Bram

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

Golden Member

GxxgloeiedeGxx!!!!

Heel stuk getyped, verkeerde toetscombinatie gebruikt en weg is mijn TABblad/werk! :(
Met de TAB herstel functie in Firefox komt de TAB wel terug, maar als je nog geen "Preview" hebt gedaan, wordt de getypte tekst nog niet onthouden.
Bah!

En we beginnen weer opnieuw 8)7

Na nog wat meer inderzoek aan de stroomtrafo met de Functie generator als bron, zie hieronder het 50Ω lusje.
De generator heeft pulsflanken van kleiner dan 5nSec dat gaat dus vragen om problemen met allerlij resonanties.
Deze treden dus ook op, en het onderzoek bracht naar voren dat de kabel uit de stroomtrafo zo kort mogelijk moet zijn.
Verder is er ook een capacatieve gevoeligheid, en dan bedoel ik het beetpakken van de trafo,
de resonanties die zich presenteren zitten boven de 5MHz.
Een deel zal ook capacatieve koppeling zijn tussen mijn stroomlus en de trafo.
Daar maak ik nog een andere oplossing voor, een stroomlusje met RG58 met de afscherming maar een één zijde aangesloten.

Dit plaatje laat zien hoe ik de trafo calibreer maar dat geeft bij snelle blokweergave dus capacatieve problemen, later zal ik een betere versie laten zien.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-17.png

Dus... kabeltje naar de afsluitweerstand moet kort worden, maar niet zo kort dat het onwerkbaar wordt.
Ik heb gekozen voor ongveer 12cm kabellengte tussen de trafo en het kleine ALU kastje waar het aanpassings netwerkje in zit om naar ongeveer 50Ω te gaan.
Wat ik al in het eerste schema heb laten zien, is dat ik heb gekozen voor een 10Ω meetweerstand, bij 1-Ampere RMS wordt er over de weerstand 10mV gegenereerd.
Door de impedantie aanpassing ben ik zeker de helft kwijt van dit signaal en dat wordt gekompenseer door de versterker trap die verder op in de schakeling zit.

Hieronder eerst weer het huidige blokschema.
De Stroomtrafo is een beetje opgeleukt wat tekening betreft en ik heb de gemeten waarden van de secundaire wikkeling er in gezet.
Welke een DC weerstand is van 22,6Ω en een spoel van 4.8H bij 120Hz gemeten.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-25.png

.
Ik moest keuzes maken hoe ik de versterking/verzwakkings opset moest doen en ben uiteindelijk bij het huidige blokschema uitgekomen.
Het uitgangspunt dat ik ga werken met een referentieniveau van 100mV.

1-Ampere = 100mV voor de RMS converter en 100mV voor de scoop uitgang, versterking ~20x
10-Ampere = 100mV voor de RMS converter en 100mV voor de scoop uitgang, versterking ~2x
100-Ampere = 100mV voor de RMS converter en 100mV voor de scoop uitgang, versterking ~2x
1000-Ampere = 100mV voor de RMS converter en 100mV voor de scoop uitgang, versterking ~2x

De referentiewaarde voor de AD736 is tussen de 100 en 200mV
Als ik dus uitga van +-5V voeding haal, dan ik een crestfactor van 10x met nog voldoende bandbreedte, dat is dan 1V RMS i.p.v. de standaard 100mV.

Ik kies er dus voor om voor de meeste bereiken verzwakking toe te passen, zodat de versterker trappen veel makkelijker ge-optimaliseert kunnen worden.
Als de versterking van het versterkertrapje niet te veel veranderd, blijft de pulsgedrag een stuk netter of in ieder geval veel beter te beheersen.

Het niveau dat de versterker aan de ingang ziet, zal rond de 4 a 5mV RMS bij normale volle schaal dus b.v. 1-Ampere.
Voor een redelijk dynamisch bereik zal de versterkertrap ruisarm moeten zijn.

Bij een 500KHz bandbreedte en een impedantie van 25Ω(50Ω afgeloten filter of verzwakker) en 25°C is ongeveer 0,5uV RMS.
En dat is alleen de ruis van een 25Ω bronimpedantie.

Waarschijnlijk ontwerp ik een trapje dat rond de 2x en een trapje dat rond de 20x versterkt.
Deze trapjes moeten dan wel mooi vlak zijn tot voorbij de 500KHz.

De opamps voor deze versterkertjes hebben wel wat speciale eisen, ik wil 2x een 9V batterij gebruiken als uitgangspunt.
Dus het liefst 2x 6V LDO gebruiken.
De eerste kandidaat is wat mij betreft de OPA140 serie, dit is een RR opamp met een laag genoeg ruisgedrag en een redelijke bandbreedte.
De ongeveer 20x versteking nodig voor het 1-Ampere bereik is niet makkelijk bereikbaar met een enkele opamp,
dus die voer ik waarschijnlijk uit met een compound opstelling.(twee opamps in één loop)

Weer even wat plaatjes, omdat ik nu moet afsluiten i.v.m. de beschikbare tijd.
Hier de trafo en het alu kastje waar de impedantie aanpassing plaats vind, over het kastje komt nog een stukje krimpkous zodat het kastje electrisch veilig is.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-22.png

.
Hier laat ik zien dat ik er voor zorg dat ik maximale ruimte in het kastje heb, rechts op de foto staat de wartel die al is afgeknipt en met een vijl bewerkt.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-21.png

.
Dit is het kastje open met de kabel nog te ver doorgevoerd, de linker is de kabel van de stroomtrafo en daar komt bij afmontage alleen de draden uit de wartel.
De coax kabel gaat ook bij afmontage een stukje rechts de wartel in.
Ik ben er bijna uit hoe ik het ga monteren, niet op de foto te zien is de 39Ω metaalfilm weerstand die aande hete kant van de coax komt.
Daar is trouwens ook een van de twee mooie montage steuntjes voor, die linksonder zichtbaar zijn.
De VISHAY RTO 50 F (10Ω) weerstand wordt met een boutje en wat pasta vastgezet en onder het moertje komt een soldeerlip voor de afscherming van de coax.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-19.png

Nu echt tijd om te stoppen!

Groet,
Bram

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

Golden Member

Hi,

Vandaag rustig aan gewerkt aan het impedantie aanpassings kastje en weer wat metingen gedaan.
Uit deze metingen kwam naar voren dat ik een stroomlusje nodig had die geen cpacatieve koppeling met de trafo zou geven.
Zo'n stroomlusje voor mijn Functiegenerator heb ik dus even snel gemaakt met een stukje dunne 50Ω coax waar ik een 50Ω weerstand tegen de afscherming heb gesoldeerd.
Nou niet direct een stukje vakmanschap... maar voor wat testen goed genoeg, want ik ga nog een goede maken.

Eerst even het bijgewerkte schema, er is een condensator bijgekomen, dat is de 8N2 condensator ove de 10Ω meetweerstand.
Dit geeft een extra kantelpunt zodat een deel van de hoge resonante verschijnselen hierdoor gedempt worden.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-27.png

.
Hier is de RG58 coax reeds aangesloten en de 39Ω weerstand gemonteerd.
De TO220 weerstand zit met wat Zilverpasta in het kastje gemonteerd.
Voor de gene die misschien denken "de bedrading is te lang" we hebben het hier over een schaleling waarbij het -3dB punt ruim onder de 1MHz zit, dus de hier getoonde draadlengte is geen probleem.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-30.png

.
Nu is ook de stroomtrafo aangesloten, de bedrading zit hier vrij strak, maar dat is natuurlijk niet de bedoeling,
net als bij de coax zit er wat ruimte in zo dat er niet snel een breuk kan optreden.
De rechterkant van de 39Ω weerstand zit wel vrij strak aan het montage paaltje, maar de andere zijde is "verend" gemonteerd aan de 10Ω weerstand.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-31.png

.
Nu heb ik de wartel aan de stroomtrafo kant aangedraaid nadat ik de kabel een stukje in het kastje had gedrukt,
hierdoor staat er geen kracht meer op de solderingen.
Over de hier getoonde aansluitingen van de stroomtrafo zit ook een 8N2 condensator welke op deze foto nog niet gemonteerd was, maar wel in het hierbovenstaande schema is aangebracht.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-34.png

.
Tja, mooi is anders, moest snel solderen en vast is vast!
Ik ga een lusje maken van een stukje Teflon coax dan heb ik dit knoeiwerk niet.
Door de doorlopende afscherming heb ik nu bijna geen capacatieve overspraak tussen het lusje en de trafo.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-33.png

.
60dB verzwakker
Gisteren ook nog een andere meting gedaan en dat was een meting aan een 1000x 50Ω verzwakker.
Daar had ik een paas jaar geleden al wat ervaring mee gehad en die was niet positief. :-)
Nu is bij dit project de bandbreedte niet zo van belang daar -3Db van het totaal op ongeveer 500KHz zal uitkomen.
Maar er zijn natuurlijk wel meer problemen dan de bandbreedte van een 60dB verzwakker.

Ik heb de weerstanden uitgezocht op kleiner dan 0,1%.
Aan de uitgang zat ik er 15% naast!
Ook was er een vrij grote drift merkbaar door het vermogen dat netwerkje gedissipeerd werd,
dat was voor de linker 50Ω weerstand en de daaropvolgende 49.9 Ω weerstand totaal 1-Watt bij de 10V ingangsspanning.

Het grote probleem wat onnauwkeurigheid betreft waren de draden aan de weerstanden,
als je kijkt naar de weerstand naar massa van het netwerk dan is deze 0,1Ω
De draden aan de weerstanden gaan dan ook meespelen als er van deze lage waarden in het spel zijn.
En dan heb ik het nog niet eens gehad over de inducties, bij deze lage weerstands waarden kunnen deze ook al meespelen bij een paar honderd KHz.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-35.png

.
Zo was de 1000x verswakker opgebouwd, en dat werkt dus niet! 8)7
De SMD weerstand is 0,1Ω en hij is 1% en gemaakt door Dale.
Links is de ingang die aan de 10V LAB voeding hing.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-26.png

Voorlopige frequentie karakteristiek
De stroomtrafo met de impedantie aanpasser en het lowpass firer heeft nu een -1dB punt van 220KHz en het -3dB punt van 400KHz.
Met een klein beetje equalizing in het versterker trapje zal ik waarschijnlijk het -1dB punt ruim boven de 500KHz kunnen krijgen. (dat hoop ik)

Groet,
Bram

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

Golden Member

Hi,

Lekker naar de bouwmarkt of park, ik zou zeggen doe gezond voor jezelf en je medemens en bouw eens iets leuks met electronica dat je nog hebt liggen. :-)

On Topic
Vandaag ben ik bezig met met de verzwakkers die nodig zijn bij de grotere stroombereiken voor deze stroommeettrafo.
Ik had besloten het nieveau te gaan oplossen net na de impedantie aanpassing die ik voor de stroomtrafo heb gemaakt in het rode kastje.
Het rode kastje krijgt trouwens nog een net labeltje en dus ook een krimpkousje er omheen zodat het metalen kastje niet in aanraking kan komen met "Live" delen van wat je gaat meten.

OK, 50Ω verzwakkers, bergen info zijn er te vinden hoe je zoiets aanpakt.
Ik wil twee websites laten zien die ik heb gebruikt voor de afwegingen die ik gemaakt heb, en de berekeningen te doen.

50Ω verzwakker, calculator websites
De waarden voor de verzwakker heb ik door deze website laten uitrekenen en dat is Le Leivre,
deze website heeft meer leuke calculators en een "zeer rustige website" het is echt en plezier om daarop rond te neuzen.
De waarden van de weerstanden in de pi of t verzwakkers worden in 5 cijfer weergegeven, dat is zelfs voor mij goenoeg. :+
https://leleivre.com/rf_tpad.html

En de tweede website of eigenlijk excel werkblad is van PA1B die dus een Excel werkblad op zijn site heeft staan die ook de vermogens berekend in de weerstanden van je verzwakker.
En de tweede nuttige eigenschap van dit werkblad is dat hij aangeeft hoe je parallel standaard weerstandswaarden kan gebruiken om de "kromme" weerstands waarden die nodig zijn voor verzwakkers te maken, en dat het werkblad dan ook de vermogens in de gebruikte weerstanden aangeeft, toppie! hulde voor Bert.
https://a29.veron.nl/hams/pa1b/

En dan deze nog om makkelijk parralel weerstanden uit te rekenen met hoge resolutie.
http://www.sengpielaudio.com/calculator-paralresist.htm

Dan een foto van wat verzwakker die ik waarschijnlijk ga gebruiken alleen niet met de aangegeven weerstandswaarde, later hier meer over.
Het zijn drie verzwakkers, -20dB, -40dB en -60dB gedimensioneerd voor 50Ω systeem impedantie.
Rechts bovenaan in de groene kaders staat twee voorbeelden met waarden van de weerstanden in 5 digits.
Dit zowel voor een PI alsook een T configuratie voor -20dB.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-40.png

Ik ben aan de hand van de E96 weerstands lijst wezen kijken hoe ik het beste de nodige weerstandwaarde kan samenstellen.
Wat ik hier laat zien op het plaatje is waarschijnlijk niet optimaal, de waarden kloppen wel, maar ik had even wat over het hoofd gezien...
Door te proberen de basis weerstand zo te kiezen dat deze al binnen 2% wvan de nodige waarde zit is de trimweerstand veel te groot t.o.v de basis weerstand.
Waarom dit toch hier laten zien? zodat jullie kunnen zien welke fouten en afwegingen ik maak, wat mij betreft belangrijk voor het opdoen van kennis.

Dus de getoonde waarde van de verzwakkers gaan nog aangepast worden en dat houd in dat de trimweerstanden lager in waarde worden en de basis weerstand dus wat hoger.
De 40dB verzwakker en de 60dB verzwakker is zo opgebouwd dat de weerstanden naar massa 30.9||2K55 zijn de combinatie van twee 20dB verzwakkers, dat scheelt aanschaf van weerstanden.

Met opset heb ik niet gekozen voor verzwakkers met een hogere demping, omdat ik niet te veel last wil hebben van paracitaire inducties en weerstanden door de bedrading in de verzwakkers.
De bandbreedte is voor deze toepassing niet zo groot, maar ik wil niet te veel variabelen hebben die boven de 100KHz de vlakheid van de frequentie karakteristiek bepalen.
Dit is van belang voor een mooie pulsweergave.

Ik heb de 60dB verzwakker in LTspice geplaatst en aangegeven dat de stuurweerstand en de afsluit weerstand precies 50Ω zijn en de rest van de weerstanden voor 1% type gekozen.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-41.png

.
Dit is de uitgangsspanning bij een perfect aangestuurde en afgesloten verzwakker.
R14 die links naast de Load weerstand R15 zit heb ik aangepast om de uitgang op 10mV te krijgen, de berekende waarde voor deze weerstand zou 2K55 moeten zijn.
Ik heb dus al aangegeven dat de meeste weerstanden 1% zijn, maar ik weet nog niet hoe ik "Monte Carlo" op dit schema kan toepassen in LTspice.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-42.png

.
Om er nu voor te zorgen dat ik gunstiger ga uitkomen met de parallel weerstanden heb ik b.v. de 61,9Ω weerstand omhoog gebracht naar 84,5Ω met hieraan parallel een 221Ω weerstand.
Deze comby geeft een hele kleine fout op het totaal, bij perfecte waarden is de afwijking +0,027%
Ook de andere waarden heb ik aangepast, zodat de kleinste waarde niet meer zo dominant op de foutmarge is.
Hiermee hoop ik door middeling van de gebruikte weerstanden een kleinere totaalfout te krijgen.

De tweede versie met de aangepaste weerstandswaarde.
Dit zijn de verzwakkers met de aangepaste waarden voor de 20, 40 en 60dB verzwakkers.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-43.png

.
De berekende waaren voor de verzwakkers kan ik nu op mijn bestellijstje zetten.
LTspice laat het volgende zien zonder dat ik waarden getrimt heb, de afwijking is rond de 1%.
Waarschijnlijk maak ik de laatste weerstand in de verzwakker netwerken trimbaar over zeg 5%, dat is in deze toepassing geen probleem.
Ik het schema hierboven zou dat dus R14 worden, dat wordt dan een vaste weerstand met een deel een trimpot.
Door het meetbereik te trimmen op dit punt, kan de afregeling van de meetversterker simpel blijven en voornamelijk equalizing worden met wel 1x een versterkings trim.
Het Low Pass filter, dat net na de impedantie aanpasser komt, ziet door deze opbouw altijd de zelfde afsluitimpedantie.
Na de verzwakker kom een versterkertrap die zelf een hoge ingangs impedantie heeft, die gaat het filter/verzwakkers dus niet belasten.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-44.png

.
Over een aantal zaken moet ik nog nadenken en ook het spoeltje voor het filter wil ik netter oplossen.
Nu lopen de wikkelingen over elkaar heen op mijn Amidon ringkern, dat wil ik nog netter hebben, misschien een "order" meer en dan kiezen voor Bessel...

Laters dus meer en laat eens weten wat jullie vinden.

Groet,
Bram

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

Kan je ook enkel de 60dB verzwakken bouwen en dan op de 20dB en 40dB punten aftakken ?

blackdog

Golden Member

Hi benleentje, :-)

Dat is helemaal niet zo'n gek idee!

Houd wel in dat ik mijn trimming een beetje anders moet gaan oplossen, maar ik denk dat het wel zal gaan.
Ik heb even in het LTspice model gekeken wat de afwijkingen waren op de -20, 040 en 60dB demping.
Je krijgt wel dat de trimpunten elkaar beinvloeden, maar in de goede volgorde trimmen zou dit toch moeten werken, ik denk er nog even over na.
Dank hiervoor!

2e versie low pass filter
Was ook al begonnen aan het low pass filer, nu een 5e orde butterworth met een kantelpunt van 650KHz.
Dit is na wat afwegingen het niewe filter waar ik testen mee ga doen. in het rode kader de demping bij 500KHZ.
Ik heb het metsysteem genuld bij 10KHZ en daarna de functie generator omhoog gedraaid in frequentie.

Eerst het ontwerp en de plot gemaakt met SVC Filter Design.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-45.png

.
Zo is het proefje van het filter opgebouwd op een stukje print materiaal, de kerntjes zijn T50-2 en de condensatoren zijn standaard film typen uitgezocht binnen 2%.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-46.png

.
De generator staat hier ingesteld op 500KHz waarbij ik wou meten, het is ook de frequentie in het rode kader van de vorige foto.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-47.png

.
Dit is de response bij de 500KHz net geen 0,03dB verschil met de berekende waarde!
De functie generator en de gebruikte Fluke 8920A zijn perfect vlak bij de hier gemeten frequenties, denk dan aan minder dan 0,01dB.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-48.png

Dit ziet er dus goed uit en de volgende metingen zullen de puls responce zijn van dit filter samen met de stroomtrafo.
Het filter mag dan heel mooi meten maar dat betekend nog niet dat de over en undershoot dan ook goed is.
Het is namelijk een Butterwoth filter wel mooi vlak, maar de fase karakteristiek haald het niet bij een Bessel Filter.

Maar omdat bij 500KHz de stroomtrafo al aan het afvallen is heb ik voor nu goede hoop dat het een aardig resultaat zal geven.
Dit zijn de gemten waarde met de Fluke RMS meter van het filter.
650KHz = -3dB
820KHz = -10dB
1,0-Meg = -20dB
1,4-Meg = -30dB

Groet,
Bram

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

Ha blackdog,

Ik weet niet precies wat het moet worden maar een vraag jouw CT is maximaal 125 Amp. en heeft een transformatie van 1 : 1000 wat wil je dan met een 60 dB verzwakker doen :?
En dan een 60 dB verzwakker in een keer geeft heel veel problemen met de afscherming in de praktijk ga je niet verder als 20 dB.
Nu is de maximale frequentie niet hoog 500 kHz maar toch.
Het is relatief simpel om 3 keer een 20 dB achter elkaar te schakelen ik weet niet hoe je wil schakelen maar met een dubbel dek 4 standen is het te doen.

Verzwakker 20 dB.

Deze is meer als voldoende (denk ik) standaard weerstanden 1 % verzwakking is 19.85 dB en de reflectiedemping is - 45 dB.
Maar toch begrijp ik de - 60 dB nog niet helemaal Ip = 125 A /1000 = Is 125 mA

Heb je ook gedacht aan de uitgangsimpedantie i.v.m. de amplitude frequentie karakteristiek bij 50 Hz 1.4 kΩ en bij 500 kHz 14 MΩ
Ik maak gebruik van een TIA (stroom versterker) met frequentie compensatie een effenaar daar zou jij het laagdoorlaatfilter voor kunnen modificeren :)

Groet,
Henk.

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

hoi Bram,

ik heb even een voorbeeld van Monte Carlo voor je gemaakt

blackdog

Golden Member

Hi 575,

Dank je, dat moet ik wel even bestuderen hoe ik het een en ander ga interpreteren :+

Henk, ik begrijp dat als je het niet helemaal hebt gelezen dat je denkt dat ik gek ben *grin*
De stroomtrafo kan werken tot ruim 10K-Ampere voor pulsen, en dat is ook mijn uitgangspunt geweest om 10.000-Ampere inschakelstroom in beeld de kunnen brengen op een scoop.

Jouw getekende verzwakker heeft toch wel een grote afwijking als je er b.v. drie achter elkaar zet...
In mijn foto's staan de waarden zodat de afwijking zo klein mogelijk zijn en in de tekst de afwegingen waarom ik de parallel weerstanden
dichter bij elkaar heb gebracht wat waarde betreft i.v.m. de dominantie van de kleinste waarde bij het eerste schema.
Wil ik binnen 1% 8345-Ampere meten? ik kan het wel willen, maar ik heb geen idee in hoeverre de stroomtrafo lineair is bij die piekstromen.

Wil ik goed tot 100-Ampere kunnen meten, ja dat wil ik wel en ook met een zo groot mogelijke bandbreedte en ik ga mijn best doen het liefst zonder abberaties voor elkaar te krijgen.
Denk maar aan de sommige meetversterkers die ik op dit forum al heb laten zien, als de flanken aan de uitgang van een meetversterker abberaties vertoond,
dan moeten die in het te meten signaal zitten en niet afkomstig zijn van de meetversterker zelf.

Het gekozen signaal niveau is 100mV voor volle schaal, en dan heb ik een Crest factor (dynamiek) van 10x voor zeg de RMS converter en de scoop uitgang.
De meetversterker kan ik dan zo bouwen dat deze één versterking stand heeft en dan ook zo zo compenseren dat ik de afval van de trafo en het low pass filter een beetje kan compenseren rond de 500KHz.

De 60dB verzwakker als ik hem zo toe pas als in de schema's weergegeven, zal niet zo veel overspraak geven, het zijn drie maal een 20dB verzwakker.
Hoe ik het ook ga doen met de verzwakker, natuurlijk hou ik rekening met overspraak, het is ook niet de eerste 60dB verzwakker die ik maak. :-)
Schakelgebit of dubeeldeks schakelaar, nou doe maar niet, ik neem wel goede relais, er zijn bijna geen goede schakelaar meer te koop en
als een leverancier ze wel heeft, dan moet je maar afwachten of ze alle onderdelen van het "bouwpakket" hebben.

Niet vergeten de -3dB bandbreedte zal niet ver boven de 1MHz komen, het wordt geen UHF verzwakker :-)

Wat betreft de TIA, dat moet dan wel een heel krachtige versie worden omdat de stroom uit de trafo 1000:1 is.
Deze week zal ik een schema laten zien met de signaal niveaus op verschillende punten van het schema,
10.000-Ampere piekstoom ga ik waarschijnlijk niet redden ook al zou de trafo het wel aankunnen, ik zit met deze trafo vast aan de 10Ω meetweerstand.
Wil ik toch grotere stromen meten, dan zal ik een trafo moeten nemen die groter is, in principe kan dat, omdat de trafo via een BNC wordt aangesloten op de versterker.

Nog te veel zaken die ik moet uitzoeken, nu eerst even een tukkie doen :-)

Groet,
Bram

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

Special Member

Op 20 maart 2020 17:09:55 schreef blackdog:
Ik moest keuzes maken hoe ik de versterking/verzwakkings opset moest doen en ben uiteindelijk bij het huidige blokschema uitgekomen.

Ga je de uitgang van je LEM niet teveel belasten met die meet weerstand van 10E Bram?

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.
blackdog

Golden Member

Hi lambiek, :-)

Even snel tussendoor, de minimale belasting is 4Ω en ik heb gekozen om 10Ω te gebruiken
voor een wat groter signaal niveau zonder te veel nauwkeurigheid te moeten verliezen.
Dit om een niet te hoge ruisvloer te krijgen van de versterker trapje.

Zie plaatje hieronder:
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-49.png

.
Verder is dit het eerste breedbandige stroomtransformator project van mij, dus ik moet nog veel leren. ;)
Zoals dat ik aannam dat ik met mijn gekozen instellingen 10.000-Ampere piekstroom zou kunnen weergeven met deze trafo.
Dat gaat niet lukken, de trafo is 1000:1, dus 10.000 Ampere piekstroom geeft 10 Ampere aan de uitgang over 10Ω is 100V! :+

De datasheet is nog een beetje onduidelijk voor mij doordat het nieuw is en ik bepaalde eigenschappen nog niet begrijp.
Er is zeer veel info in de datasheet voor de fase reinheid en ik denk dat voor mijn toepassing voor metingen aan 1-fase niet zo van belang is.
Verder had ik graag grafieken gezien van de bandbreedte bij de Maximale stroom van 125 Ampere waar deze trafo voor bedoeld is.

Deze week is er weer een beetje tijd beschikbaar om er verder aan te werken, stay tuned! :)

Groet,
Bram

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

Special Member

Ik vind het een leuk project/topic, dus blijf het wel volgen. :)

Als je haar maar goed zit, GROETEN LAMBIEK.

Ha blackdog,

Ik lees als ik een inbreng wil geven altijd het hele draadje of het nu 1 pagina of 24 pagina's zijn anders weet ik inderdaad niet waar het over gaat :P
Maar ik kwam in de war door de grote stroom welke je wil meten even dacht ik Bram heeft een klus bij een centrale ha ha _/-\o_ maar dan is de primaire stroom van je CT te laag.
En de intentie om ≈ 500 kHz bandbreedte te bereiken.

De door jou gekozen CT kan maximaal 125 A + 20% meten met jou burden weerstand Rb van 10Ω iets minder.
De andere waarden zijn met kortgesloten secondaire wikkeling en geven alleen de stroom gedurende 1 sec aan waarbij geen schade optreed dit alles bij 50 Hz.
Nu is het zo dat jou CT in nauwkeurigheid categorie 3 valt dat wil zeggen + / - 3 % dit gaat rap omhoog bij overbelasting van kern deze verzadigd maar ook bij toenemende frequentie wordt de onnauwkeurigheid groter maar blijft wel binnen de tolerantie.
De responstijd wordt gemeten met een stap van 100 A / µs dit zal neerkomen op 1 ms om 90% van IPN te bereiken dit alles bij 50 Hz.
Als de frequentie omhoog gaat wordt de kern warmer en zal je de maximale stroom moeten reduceren.

Dat is de reden van mijn verbazing ten aan zien van de 60 dB verzwakker :?
Ik denk dat 0.15 dB afwijking met standaard weerstanden 1 % in relatie met de 20 dB verzwakker en dat keer drie 0.45 dB in lijn is met het ontwerp van de rest van de schakeling.
Vergeet niet dat boven de 100 kHz er al inducties mee gaan spelen en allerlei weerstanden parallel/serie ook nadelen geven.

Groet,
Henk.

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

Golden Member

Hi Henk, :-)

De bedoeling was grote "korte" piekstromen (> 1000-Ampere) enigzins met een redelijke nauwkeurigheid te meten.
Zie het als piekstromen die voorkomen uit overbelasting/kortsluiting.
Ik was er al achter dat de trafo de ik nu heb voor de marge die ik wou hebben te klein is.

Dit meetsetje is niet alleen bedoeld voor de zeer hoge piekstromen in 230/400V systemen te kunnen meten.
Het wordt uiteindelijk een meetset voor hier op de werkbank zodat ik primair en secundaire aan 230V Net en trafo's kan meten van ondermeer voeding projecten.

Het doel van deze meetset is niet om aan groot vermogen switchers te meten op zeg 50 a 100KHz.
Het normale gebruik zal binnen de specs van de trafo moeten blijven en ja dat is maastal 50/60Hz maar de trafo wordt ook gespecificeert tot 500KHz.
Al zijn de eigenschappen boven de 50/60Hz niet goed gespecificeert...

Ik wil met een goede Audio versterker testen met wat hogere stromen, dat moet ik echter nog uitzoeken hoe dit aan te pakken, aarschijnlijk via een ringkerntrafo.
Dan kan ik de frequentie karakteristiek bij tientallen ampere kan testen bij hogere frequenties, denk dan aan 50KHz tot 100KHz.

Verder denk ik dat als ik piekstromen van kortsluitingen meet, de kern niet echt warm zal worden.
Dit alles natuurlijk in verhouding, ik gaf al aan dat dit ontwerp op vele manieren nieuw voor mij is en
ik hier de ontwikeling laat zien met alle aannames en fouten die daar bij horen. :-)

Of die 60dB verzwakker er in komt, hangt nog af van een aantal afwegingen die ik ga doen.
Verder zal ik de frequentie responce van mijn verzwakker bouwsels hier tonen, dan kan iedereen zien of wat ik bedacht heb ook echt werkt. :-)

Wat heb ik vandaag gedaan...
De verzwakkers nogmaals berekend en er en foutje uitgehaald. (Laatste verzwakkerschema op CO is aangepast)
Bij de leverancier van de weerstanden waren niet alle waarden op voorraad, een paar waarden omgezet naar een andere goede combinatie.
Weerstanden die gecontroleeerd waren besteld, ook een aantal dual coil bipolaire relais op 5V besteld.
Getest met de Monte Carlo Spice van 575 met 1% stapjes, lijkt op een "Gaussian Distribution"
Butterworth filter getest met blokgolven.
Wat metingen aan aan Minicircuit 20dB verzwakkers gedaan.

Filters
Het Buttherworth filter werkt mooi, maar heeft ook wat abberatie op de flanken, niet veel maar die abberaties zijn standaard voor dit filter type.
Waarchijnlijk vanavond ga ik een 5e orde Bessel maken op 1MHz en daar de puls responce van meten.
Ik zal de verschillen tussen de filters hier laten zien wat abberatie betreft.
Altijd leuk om te laten zien dat de theorie klopt met je metingen.

Groet,
Bram

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

Toen ik dit topic las dacht ook al waarom een 60dB verzwakker maar kan niet net zoals electron920 aangeven waarom ik dit vreemd vond.

Je zegt een 10Ω weerstand te nemen omdat je dan meer signaalspanning hebt en gaat vervolgens gelijk verzwakken met de 4Ω scheelt dat al weer 2,5x

Zelf zit ook al een tijdje met het idee om stromen te kunnen meten van het net en heb een chip van deze serie acs758xCB aangeschaft ik heb er van elk stroom sterkte 1 type aangeschaft maar nog geen tijd gehad om er mee te spelen Deze chips kunnen 1200A piekstroom aan wat voor een gemiddeld woonhuis ruim voldoende is ivm kortsluitstroom van een 16A zekering.

10.000A piekstroom ga je pas in de grotere net-ansluitingen pas tegenkomen e.e.a. is wel afhankelijk hoe dicht je bij een distributie of wijktransformator zit qua locatie.

Bij 1000A zal de lineariteit al ver te zoeken zijn voor meer standaard meetransformator voor de kwh meter is de lineariteit dacht tot 3x Inom en daarboven gaat dat snel achteruit

blackdog

Golden Member

Hi,

Weer een voortijdig afgesloten Firefox tab... :(

Benleentje, waarom denk je dat ik 4Ω afsluitweerstand gebruik?
Ik heb 10Ω gebruikt voor wat hoger signaal niveau gekozen samen met het dynamisch bereik dat ik per meetbereik wou hebben.

Mijn fout in berekeningen was dat ik dacht dat ik een piekwaarde van 10.000-ampere zou kuunnen halen in het hoogste bereik.
Ik ga later kijken of ik een grotere trafo ga aanschaffen.

Voor de info, mijn Broer meet soms op zijn werk locaties impedanties die ruim onder de 0,1Ω zitten.
Die leverd zeer hoge piekstromen bij kortsluiting of b.v. 8x een 200Watt LED driver die ingeschakeld wordt.

Mijn mond viel open een jaar of 5 geleden, toen ik mijn testmetingen aan het doen was van de "Power Supply Distroyer" die ik aan het ontwerpen was.
Zover ik mij nu kan herrinneren met een 330uF condensator bij kortsluiting door een dikke MOSFet ruim 800-Ampere meette!

Denk nu eens wat er gebeurd als je b.v. 8x 200-Watt LED-drivers op het verkeerde moment op het 230V net inschakeld...

.
Filter metingen
Vandaag ook nog het Bessel filter verder berekend en naturlijk ook gemeten.

Nu eerst het schema van beide 5e orde filters.
De tekstkleur geeft hieronder de filter karakteristiek aan.
Het uitgangspunt was tweevoudig, kleiner dan 0.5dB demping bij 500KHz en een zo mooi mogelijk puls responce.
Wat vooral opvalt als veschil tussen de twee filter schema's is wat mij betreft de Asymmetrie bij het Bessel filter.
Een aantal van jullie zullen misschien denken, kromme waarden gebruik je voor de condensatoren en de spoelen!

De spoelen zijn gewikkeld op T50-2 Amidon kerntjes, tunen op de 100KHz frequentie door de windingen meer of minder over het kerntje te verspreiden.
De Spoelen zijn berekend met "mini Ring Core Calculator"
De condensatoren heb ik met het parallel schakelen van twee condensatoren makkelijk binnen 2% gekregen, het is echt niet zo moeilijk het netjes te doen.

https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-52.png

.
Dit is de proefversie van het Bessel filter.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-55.png

.
Ouderwets opgetekend op logpapier, hier is ook zichtbaar dat beide filter een ander kantelpunt hebben.
Voor beide filters dus gekozen voor heel weinig demping rond de 500KHz, het Bessel filter heeft natuurlijk ondanks de de zelfde orde een veel minder steile flank.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-51.png

.
Dit is een plaatje van de software die ik heb gebruikt voor het berekenen van het Bessel filter: SVC Filterdesign
De perfecte componentenwaaarden staan in zwart weergegeven in het schema.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-50.png

.
Dit is de pulskarakteristiek van het Butterworth filter, dit wil ik dus echt niet :-)
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-53.png

.
Kijk, daarom zijn filter met de Bessel karakteristeik beroemd, prachtige puls responce, natuurlijk ten koste van de flanksteilheid.
Ga er maar van uit dat je zeker minimaal 3 orders meer nodig hebt dan een Butterworth filter om maar enigzins de zelfde flank steilheid te behalen.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-54.png

Morgen meer afwegingen en testen :-)

Groet,
Bram

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

Golden Member

Hi,

Ik heb vandaag nog een aantal metingen gedaan aan de stroomtrafo en aan de filters en ook de impedantie aanpassing in het rode kastje.
De hier beschikbare meetversterkers hebben de bandbreedte niet om goed aan de stroomtrafo te meten.
Er staat nog wel wat op stapel wat dat betreft, maar dat kost nu te veel tijd om dit voor dit project uit te werken.

Dus wat dan, de scoop op 1mV/Div en het signaal maar 1Div hoog is niet echt geschik om de signalen goed te beoordelen...
Dan maat met de Spectrum analyzer gaan werken, bandbreedte zat en met wat instellingen spelen en de voorversterker aan kreeg ik goede resultaten.

En hoe kalibreer ik ik dan het geheel? tracking generator aan en kijken wat het signaal niveau is beneden de 500KHz en dat als referentie niveau gekozen.
Toen met behulp van de HP 355D verzwakker dit referentie niveau gekozen, wat -80 was..
Met de HP verzwakker op -80dB een "normalize" uitgevoerd en toen de stroomtrafo en de verschillende filters gemeten.

Waarom is eigenlijk een filter nodig zullen somige zich afvragen, nou om netjes pulsresponce te kunnen meten,
zal de frequentie karakteristiek netjes moeten verlopen, net zoals de fase karakteristiek.

De stroomtrafo wordt gespecificert op 500KHz maar verder geven ze weinig zinnige info in de datasheet.
De "simpelste" methode is om een blokgolf te gebruiken, dat hoeft niet op een hoge frequentie ik meette meestal op 10 of 50KHz.
Zo is de trafo gemeten zonder enige compensatie.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-67.png

.
Aan de flanken van b.v. een blokgolf zijn dan de abberaties zichtbaar en het is nu wel duidelijk dat er voor de beste metingen geen abberaties zichtbaar mogen zijn.
Hieronder de uitgebreide frequentie karakteristeik dit om een indruk te krijgen waar de paracitaire resonanties van de trafo plaats vinden.
Er is hier flink wat vreemd gedrag zichtbaar, de in de datasheet aangegeven afval bij 500KHz en een aantal vreemde hobbel en opslingeringen.
Het gedrag bovenzeg 1MHz zorgt vooral voor de zichtbare abberaties bij pulsvormige signalen.
Bij 2MHz is het signaal hier +10dB en bij 10MHz is het +15dB.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-59.png

.
Het plaatje hieronder van de compensatie in het rode kastje.
Ik had met Gerjan Miedema vanmiddag een "Brainstorm" sessie en dat bracht mij wat inzichten en dat resulteerde dus in het onderstaande compensatie techniek in het rode kastje.
Ik had met Gertjan gesproken over ondermeer een Zobel netwerkje en dan bij voorkeur direct over de spoel/10Ω weerstand.
Uiteindelijk is dat een zuigkring geworden na de 39Ω weerstand, dat werkt daar wat beter i.v.m. de hogere impedantie samen met de de 8N2 over de 10Ω weerstand.
In serie met de zuigkring heb ik 6.8Ω opgenomen om de Q lager te maken.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-68.png

.
Bij cursor 3 is de zuigkring in werking en de 8N2 zorgt er voor dat boven de 2MHz de frquenties niet te vel oplopen.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-60.png

.
Ondank dat het nu redelijk vlak lijkt, is het voor een goed pulsgdrag nog steeds niet goed genoeg.
Als eerste wil ik wat verschillen laten zien tussen verschillende type filters en dan speciaal het Butterworth en het Bessel filter.
Dat zijn volgens mij de enige filter die hier bruikbaar zijn.
Hier een kleine sample uit een beroemd boek. :+
Hier is zichtbaar dat een hogere orde Bessel filter weinig extra filtert rond de 2MHz, ik kan van 5e orde naar 8e orde gaan maar dat doet niet bij zeg 2MHz.
Een oplossing is b.v. het kantelpunt van het Bessel filter te verlagen, zodat de snel afvallende flank meer richting de 2MHZ gaat.

Het Butterworth filter werkt veel beter voor het onderdrukken van de frequenties boven de 1MHz,
hou er rekening mee dat het linker plaatje de frequentie rond de 1.0 staat aangegeven en
het door mij gebruikte frequentie voor het Butterworth filter is 675KHz de filtering is dus veel beter dan dat je denkt op het eerste gezicht van deze twee plaatjes.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-66.png

.
Dit is een meting van de gecompenseerde stroomtrafo met hierachter het Bessel filter wat ik al eerder liet zien.
Er is ook hier zichtbaar dat er uiteindelijk te weinig filtering optreed richting 2MHz.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-62.png

.
Dit is de gecompenseerde stroomtrafo als het Butterworth filter wordt gebruikt.
De 500KHz wordt vrijwel niet aangetast en heel snel zoals in het plaatje te zien is zitten we hier aan ruim 30dB demping bij 2MHz.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-63.png

.
Nu nog even twe plaatjes van alleen de twee filters gemeten op de analyzer, eerst het Butterworth filter hier direct onder.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-64.png

.
En dit is het Bessel filter.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-65.png

Bij het Bessel filter is zichtbaar dat ik best het berekende kantelpunt kan verlagen om de dalende flank meer naar 1MHz te brengen.
Het klein beetje extra afval kan ik dan hopelijk in de meetversterker een beetje compenseren.

Morgen een Bessel filtertje bouwen met een 600KHz kantelpunt.

Mooi nu moe, dit was veel werk!

Groet,
Bram

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

Golden Member

Ha Bram,

Je frequentiecurve mét zuigkring en 8n2 over de trafo ziet er uit als een prima uitgangspunt om verder te filteren!
Ik zou nu met de verschillende filters wel blokgolven willen zien :-)

Het verschil tussen een netwerk direct over de trafo, en later pas is natuurlijk dat als je een zobal of zuigkring direct over de trafo zet je ook de trafo zwaarder belast op de ongewenste frequenties, en zo de ongewenste resonanties bij de bron de kop in drukt.

Doe je dat pas later, dan corrigeer je wel de frequentiecurve, maar de resonantie zelf wordt niet minder, meer symptoom bestrijding dus :-)
Doordat je zuigkring achter de 39Ω zit heeft hij weinig invloed op de belasting van de trafo (die is 10Ω//8n2)

Maar er zijn natuurlijk veel wegen naar Rome, en ook jouw iets andere weg ziet er uit als een goede.

.

Bij je frequentiecurve van de gecompenseerde stroomtrafo met het Butterworth filter is duidelijk dat je boven 2MHz naar de ruisvloer van je meetopstelling zit te kijken (op zo'n -35dB)
Waarom ga je niet harder door je stroomtrafo heen? Bij de hoge stromen waar je in geïnteresseerd bent zal er toch ook wel een sterker veld in de trafo opgebouwd worden....

groet! Gertjan.

Ha blackdog,

Weer even meegelezen er is mij weer iets niet duidelijk :+ wat is jou reden om een laagdoorlaatfilter van 675 kHz achter een systeem te schakelen met met 500 kHz bandbreedte - 3 dB :?

Hoe meet je..... op welke manier koppel je een signaal aan de CT (test jig) wat is de reden om zo'n complex filter met een Zobel netwerk wat geen compleet Zobel netwerk is dus niet werkt !!! |:(
Om de fase van je CT te compenseren moeten er twee condensatoren bij geschakeld worden.

Als je dan toch een filter wil gebruiken dit is jou keuze dan moet je wel rekening houden met de S (pool) van je trafo.
Het nadeel van de berekeningen al dan niet met een programma is dat deze uitgaan van een bron met een weerstand welke een reële waarde heeft.
In jou situatie is dit niet het geval je werkt immers met een inductor.
Dat betekend dat je een complexe combinatie krijgt van beide componenten.
Ik ga kijken wat de datasheet kan bieden.

Groet,
Henk.

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

Golden Member

Hi Henk,

Weer even meegelezen er is mij weer iets niet duidelijk :+ wat is jou reden om een laagdoorlaatfilter van 675 kHz achter een systeem te schakelen met met 500 kHz bandbreedte - 3 dB

De fabrikant specificeert zoiets van 500KHz als bandbreedte, ik heb deze bandbreedte getest met een sinus vormig signaal en de bandbreedte is wat beter bij het kleine signaal (stroom) dan wordt aangegeven in de datasheet.

Bij de eerste metingen had ik last van een grote capacitive koppeling tussen de bron en de stroomtrafo. (dit is nog steeds een probleem, later meer hier over)
Door een stroomlusje te gebruiken die geen capacatieve koppeling veroorzaakt, kreeg ik een veel beter idee hoe de trafo zich gedraagt boven zeg de 200KHz.

Bij onderstaande plaatje kan je zien wat er allemaal gebeurd bij frequenties boven de 1MHZ de tijdbasis is hier 20nSec.
Er is dus veel HF prut aanwezig dat ik graag kwijt wil voor een mooi pulsgedrag zonder resonanties tot zo'n 400 a 500KHz.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-13.png

.
Dit plaatje laat zien dat er veel energie boven de 1MHZ aanwezig is.
Hiervoor zijn meerdere oorzaken en ik denk dat capaciteiten daar de grootste rol spelen, dit is de trafo met de 10Ω en de 39Ω weerstanden.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-59.png

.
De compensatie zoals die nu in het rode kastje zit zoals in onderstaande schema is weergegeven zorgt al voor een grote demping van de overshoot die aanwezig was.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-68.png

De trafo winding zelf, zal je nooit helemaal goed kunnen controleren, in de trafo staan de eigenschappen getekend, de DC Ri is 22,6Ω
Ik heb het kantelpunt even met een natte vinger uitgrekend de 22.6Ω parallel met de 10Ω komt uit op 7Ω en daar weer parallel aan staat 8N2 kantelpunt is een krappe 3MHz.

.
Hier is het schema iets anders weergegeven, nu heb ik er ook de paracitaire cpaciteiten en inducties in getekend.
Door de in verhouding hoge DC weerstand krijg je nooit goede controle over de trafo zelf naar mijn mening.
Verder speeld de inductie van de bedrading ook nog een beetje mee.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-69.png

Het doel van het filter is de HF rommel boven de frequentie die ik graag wil hebben, zodanig te filteren dat de puls responce er netjes uit ziet.
Het is helemaal nietde bedoeling om b.v. aan een resonerende schakelende voeding van 200-Watt op 100KHz te gaan meten met deze trafo, als je alleen al kijkt wat de draadlengte door de trafo zou worden, weet je al dat je dan nooit reële waarden zal meten. :+
En dan heb ik het verder nog niet gehad over capacitive koppeling van de bedrading / D.U.T. en de stroomtrafo.

Wat ik wel wil meten valt dus graag binnen de 500KHz vlak en ik denk dat het meer richting 400KHz zal gaan omdat ik met Bessel filters moet gaan filteren
en deze filters een veel minder scherpe "Knie" hebben dan het een na beste filter voor deze toepassing en dat is een Butterworth.

Dus als ik zeg een 10KHz blok zou bekijken wil ik dat de blok er uit ziet zoals onderstaand plaatje, flanken zonder abberaties,
en ja dit is gemaakt met een Bessel filter alleen deze staat nog wat hoog ingesteld wat kantelpunt betreft en er wordt hier een 100KHz signaal gebruikt.
Schoon zonder HF troep, daar is het Bessel filter dan voor.
https://www.bramcam.nl/NA/LEM-120A-Meetsysteem/LEM-120A-Meetsysteem-54.png

Voor het geval dat, ik wil dat de pulsresponce er zo uitziet als op bovenstaande plaatje, dat het gemeten signaal bij zeg 20KHz niet in fase is met de in het systeem aanwezige momentele spanning, dat zal mij worst wezen.
LEM en andere fabrikanten geven vaak lijstjes op hoe je de stroomtrafo mooi in fase kan brengen als je b.v. op 50/60 en 400Hz metingen doet aan 3 fase systemen.
Voor mij is alleen een mooie pulsweergave van belang, dat is duidelijk anders dan de toepassing waar deze stroomtrafos meestal voor gebruikt worden.

Gertjan
Ik heb mijn best gedaan om het dynamisch bereik zo groot mogelijk te maken tijdens de metingen.
De trafo is 1:1000, dus van het maximale niveau uit de tracking blijft weinig energie over...
Dat de ruisvloer bij de gedane metingen rond de -40dB zit is verder niet zo van belang.

Groet,
Bram

PS
Kleine toevoeging, ik heb een zelfde lengte kabel afgeknipt dat ook aan de trafo zit, de totale lengte aan de trafo was 1M.
Dat afgeknipte kabel van de zelfde lengte als aan de trafo heeft bij 100KHz een inductie van 0.114uH.

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