Jak zmierzyć 10 000 A prądu stałego?

Jaki jest standardowy sposób pomiaru prądu około 10 000 A? Mierniki cęgowe prądu stałego wydają się mieć skalę do 2000 A.

Edytować

Niektóre podstawy tego pytania:

Jestem nauczycielem fizyki w liceum i staram się ulepszyć niektóre klasyczne eksperymenty z wykorzystaniem wysokich prądów z wyładowań ultra-kondensatorowych.

W szczególności szukam dobrego sposobu pomiaru prądu rozładowania ultra kondensatora przez bardzo krótki czas, jak w tym eksperymencie z „skokowym pierścieniem”:

Bezpieczna i skuteczna modyfikacja eksperymentu Thomson z pierścieniem do skakania

Druga motywacja tego pytania polegała tylko na tym, że chcę to wiedzieć z ciekawości, ponieważ mam podstawową wiedzę na temat tego, jak zwykle mierzy się dziś tak wysokie prądy.

Nie, sondy cęgowe DC mają skale znacznie powyżej ± 10 000 A. Czy nikt nawet nie sprawdza Amazon, czy jego sonda prądowa ± 12000A DC do 40 kHz już nie potrzebuje?
Jestem Ale możesz to całkowicie kupić na Amazon. I mają 10 w magazynie. Żaden z nich nie kwalifikuje się do Amazon Prime :(.

Cokolwiek zrobisz, zignoruj ​​tych wszystkich ludzi, którzy mówią ci, żebyś używał zastawki. Nie, nie używaj bocznika. Zastosowanie bocznika w tej aplikacji nie ma absolutnie żadnej korzyści, poza bardzo niewielką krawędzią dokładności pomiaru i absurdalnie dużymi wadami.

Dlaczego bocznik to straszny pomysł:

1. Każde rozwiązanie, które działa poprzez pomiar napięcia rezystancyjnego przewodnika (bocznika), które może mieć dowolną rozsądną rozdzielczość, będzie również wymagało zbyt dużego spadku napięcia. Jak wspomniano w innym plakacie, typowy bocznik 50 mV rozproszyłby 500 W. Jest to nieodpowiedzialnie duże marnotrawstwo energii, gdy można zmierzyć prąd przy zużyciu energii mniejszym niż wat.

2. Przez cały czas będzie potrzebował własnego aktywnego chłodzenia. Jest więc o wiele więcej marnowanej energii, ale co ważniejsze, wprowadziłeś jeden punkt awarii do swojego systemu dystrybucji energii. To, co kiedyś było w stanie pasywnie realizować rzędu 10 kA, zawiedzie bardzo szybko, jeśli w dowolnym momencie nastąpi awaria chłodzenia bocznika lub nastąpi jego spadek wydajności, powodując stopienie się topnika i zachowanie się jak najbardziej kosztowny i najwolniejszy 10 kA na świecie bezpiecznik kiedykolwiek wyprodukowany.

3. Nie oszukujmy się, nie tylko od niechcenia łączy się szeregowo bocznik 10 kA z kablem o pojemności 10 kA za pomocą zacisków krokodylkowych i gniazd bananowych. Zainstalowanie takiego urządzenia szeregowo z takim okablowaniem będzie niełatwym zadaniem i nie będzie czymś, co można łatwo usunąć za pomocą kaprysu. Spodziewam się, że stanie się to trwałą odpowiedzialnością w twoim systemie.

4. Nie obchodzi mnie, czy kabel przenosi 10 kA przy 1 V (z jakiegokolwiek powodu) - ja (i ty sam powinieneś) zażądać izolacji galwanicznej w takim aparacie pomiarowym. 10 kA to duży prąd i nie może powstrzymać się od przechowywania przerażających ilości energii w samym polu magnetycznym.

   Nie wiem nawet, jakie byłyby wymiary drutu lub szyny, które mogłyby to wytrzymać, ale przejdźmy do geometrii o stosunkowo niskiej indukcyjności: litego miedzianego słupa o średnicy 2 cali. Jeśli jest to prosta, prosta linia, będzie ona miała ~ 728nH indukcyjności na metr. Przy 10 kA ten przewodnik będzie miał około 35J energii zgromadzonej w samym polu magnetycznym!

   Oczywiście w praktyce będzie znacznie niższy, ponieważ przewód powrotny będzie blisko, a prawdopodobnie będą to duże, płaskie szyny zbiorcze, dodatkowo obniżające indukcyjność.

   Ale nadal - powinieneś zaplanować kabel 10kA, aby spowodować spektakularne awarie we wszystkim, co jest z nim związane, jeśli coś pójdzie nie tak. W tym (a zwłaszcza?) Rzeczy takie jak płyta DAI NI o wartości 1800 USD. Istnieje prawo, które można wywodzić z prawa Murphy'ego, które mówi, że im droższy sprzęt do gromadzenia danych, tym dokładniej zostanie on zniszczony w przypadku awarii.

   Jestem żartem, ale rozumiecie o tym - izolacja nie jest czymś, co należy odrzucić w tej sytuacji.

Istnieje jeden powód, aby używać bocznika: dokładność.

Chociaż spodziewałbym się, że część tej przewagi jest zmniejszona przez błąd wywołany efektami termopary w złączach, w których bocznik jest podłączony do rzeczywistych przewodów przewodzących prąd, a także linii czujnikowych. Dodatkowe źródła błędów pojawią się na obrazie, jeśli ten prąd również nie będzie prądem stałym.

Ale niezależnie od tego, bocznik nie będzie , że o wiele bardziej dokładne niż rozsądnym rozwiązaniem, które mam zamiar zasugerować. Różnica jest rzędu 0,25% (najlepszy przypadek) vs 1% (najgorszy przypadek). Jeśli mierzysz 10 000 amperów, co wynosi ± 100A wśród przyjaciół?

Podsumowując, nie używaj bocznika.

Szczerze mówiąc, nie mogę wymyślić nic gorszego niż bocznik . Użyj jednej z kilkudziesięciu odpowiednich sond zaciskowych Hall Effect.

Powodem, dla którego większość ręcznych mierników cęgowych jest większa niż może 2000 A, jest to, że znacznie więcej, a przewód byłby zbyt duży lub miałby nietypowy kształt (na przykład szeroki i płaski szynoprzewód), który wymagałby zbyt dużego cęgów duży do noszenia na każdym przenośnym podręcznym urządzeniu.

Ale z pewnością produkują sondy zaciskowe lub pętlowe, które mają zakresy pomiarowe nie tylko do 10 000 A, ale również znacznie powyżej niego. Więc po prostu użyj jednego z nich. Są wysokiej jakości, bezpieczne, czysto magnetyczne (działają na efekt Halla), w pełni izolowane i charakteryzują się czułością rzędu 0,3 mV / A.

Coś jak Clamp-on Current Probe (wcześniej link do jego strony w Amazon).

I mają ładne, duże okna o wielkości od 77 mm do 150 mm, aby pasowały do ​​twojego okablowania. Chyba że wybrałeś coś bardziej egzotycznego ... i wyluzuj.

Tak czy inaczej, zakładam, że twoje okablowanie wygląda podobnie do jednego z rozwiązań na tym obrazku:

W każdym razie, baw się dobrze. Bądź bezpieczny. Mam nadzieję, że nie jesteś super złoczyńcą.

Wiele lat temu pracowałem nad rozrusznikiem lokomotywy elektrycznej, napędzając alternator towarzyszący do tyłu, aby uruchomić silnik z opracowanym przez nas 3-fazowym falownikiem IGBT. Z łatwością dostaliśmy 10 kA na fazę prądu, aby przełamać tarcie silnika spalinowego lokomotywy. Zmierzyliśmy prąd fazowy (do celów sterowania wektorowego) za pomocą czujników Halla z zamkniętą pętlą od korporacji LEM.

Możesz znaleźć aktualne czujniki do 20kA na ich stronie internetowej, mogą też wykonać niestandardowe czujniki, jeśli chcesz kupić wiele:

Czujniki prądu LEM

Moja firma dostarczyła mierniki prądu do 15kA do kąpieli galwanicznych. Właśnie zastosowali boczniki (50mV lub 60mV = 15kA IIRC).

Jeśli twój prąd ma dużą część składową wysokiej częstotliwości, być może będziesz musiał podjąć specjalne środki ostrożności - nie wymaga to dużej indukcyjności, aby powodować problemy.

Należy również pamiętać, że spadek 10 kA * 50 mV wynosi 500 W, więc rozproszą one sporo mocy przy pełnym prądzie.

Oba powyższe problemy można zmniejszyć lub uniknąć, stosując czujniki LEM sugerowane przez JohnD (+1), jednak koszt może być wyższy w przypadkach, w których należy mierzyć względnie stały prąd stały.

Jeśli istnieje sposób na tymczasowe uruchomienie konfiguracji eksperymentu przy niższym prądzie, można wybrać dowolne dwa odsłonięte miejsca na dowolnym przewodzie w zestawie, podłączyć woltomierz, skalibrować znanym prądem i użyć tej długości przewodnika jako wewnętrznego bocznika .

Na tym obecnym poziomie można uzyskać boczniki. Oto jedna seria produktów od jednej firmy. Mają inne modele i są inni dostawcy.

Boczniki serii G.

Wyładowanie w czapce poniżej 50 V i wytwarzanie 10 kA?

Warto obliczyć, co | Z | trzeba to zrobić ... Robię to nie więcej niż , a jeśli duża część tego jest indukcyjna, wówczas wartość będzie musiała być jeszcze niższa, ponieważ indukcyjność będzie ograniczona tempo wzrostu. $5 \cdot 10^{-3} \Omega$

Zwykle punktem wyjścia dla szybkich impulsów wysokoprądowych jest o kilka rzędów wielkości większe napięcie na banku nasadek i sieci formowania impulsów.

Poparłbym sugestię Rogowskiego, są wystarczająco szybcy, aby zobaczyć akcję, i nakładają minimalne obciążenie.

Jest to aplikacja impulsowa, więc straty nie mają dużego wpływu na rozmiar kabla, ale geometria ma znaczenie dla kontroli indukcyjności, pomyśl szeroką folię miedzianą oddzieloną cienką izolacją, aby zminimalizować obszary pętli, zauważ, że będzie wiele sił mechanicznych indukowane przez pola magnetyczne między przewodnikami.$I^2R$

Utrzymuj energię stosunkowo małą (Większe czapki NIE pomagają zbyt wiele, ponieważ rodzą indukcyjność) i mały poziom energii == bezpieczny poziom energii.

Nie sądzę, że łatwo dostarczysz 10 kA z banku 50V, ale z zainteresowaniem oczekuję na wiadomość o próbie próby.

Pomyśl o sygnałach 50 Ohm i boczniku o niższym ESR niż twoje super cap, 50 mV jest najlepszą odpowiedzią na czujnik prądu rozładowania.

Użyłbym instalacji miedzianej 1/2 ”i wykonałbym standardowy spadek 50 mV. Inni doradcy mogliby nie wziąć pod uwagę, że całkowity stosunek mocy do strat / rozładowania jest dość wydajny, wyjątkowo krótki w czasie, a zatem względnie niskie straty energii w dżulach i prawdopodobnie nie wzrosłyby nawet 1'C.

Musisz określić ESR * C = Td, czas rozładowania.

• następnie użyj dobrego kabla koncentrycznego o niskiej stratności na poziomie 1 / Td i zakresie 50 Ohm z impulsem detekcji idealnie płaskim bez dzwonienia i reaguj szybciej niż impuls Td.

Strata 500 W, aby wytworzyć impuls 50 mV w <100ns, jest bardzo niską energią nawet przy 10 kA.

Dokładnie zastosowałem tę metodę dla 100 kA, a jedyną sztuczką było wyeliminowanie przesłuchu indukowanego (EMI), ale przy użyciu 6-calowych ramion z litej miedzi do bocznika 1 ft, aby uzyskać pełną skalę 50mV.

• dla idealnej symetryczności dla długości sygnału i powrotu, użyłbym półsztywnego kabla koncentrycznego między długościami, aby połączyć się z kablem koncentrycznym poprowadzonym pod kątem prostym z ekranem-uziemieniem zakończonym tylko u źródła zaczepu.

Jeśli przewód koncentryczny nie zostanie ułożony pod idealnym kątem prostym do ścieżki wysokiego prądu, wystąpią błędy sprzężenia anteny. Oczywiście połączenie z miedzianą rurką wymaga szerokich miedzianych kołnierzy przylutowanych palnikiem propanowym, a następnie krótkiego drutu spawacza lub ciężkiego drutu Litz, aby zmniejszyć indukcyjność znacznie poniżej 100nH, tym lepiej.

Większość innych odpowiedzi zakłada, że ​​chcesz mierzyć 10KA w sposób ciągły . Jednak przywołane użycie pokazuje, że dotyczy to tylko impulsu około 5 milisekund. Z powodu tego krótkiego czasu jedynym sposobem na uzyskanie pomiaru jest użycie zakresu przechowywania do przechwycenia przebiegu.
Potrzebujesz także czujnika podłączonego do lunety. Niezależnie od tego, czy jest to bocznik czy zacisk, nie jest bardzo ważne, o ile „pasuje” do używanego lunety.

Należy wdrożyć odpowiednie środki bezpieczeństwa i postępować zgodnie z nimi (jak w odnośnym eksperymencie).

Kiedy miałem 13 lat, przeprowadziłem podobny eksperyment, a zrobiłem parę miedzianych kolektorów z miedzianymi rurkami przylutowanymi między kolektorami. Skutecznie bocznik. Następnie nałożyłem na nią zacisk Halla i użyłem lunety do pomiaru pulsu i zintegrowałem obszar pod krzywą.

Jestem pewien, że istnieje wiele lepszych sposobów, aby to zrobić, ale dla 13-latka z lunetą i narzędziami domowymi zadziałało. Być może mógłbyś użyć dwóch miedzianych szyn i stworzyć między nimi boczniki drutu spawalniczego.

Biegnąc do złomu i sklepu z nadwyżkami elektroniki w mieście, zawsze otrzymywałem wiele interesujących rzeczy, i przeważnie po prostu mi je dali.

Moją sugestią byłoby albo zmierzyć przemieszczenie pierścienia / siły i wrócić do prądu.

Lub możesz po prostu zbudować jedno piękno elektromagnesu ... i zmierzyć jego pole z drugiej strony klasy ...

Jeśli chodzi o ogólną część pytania, jak mierzyć wyjątkowo duże prądy, istnieją również urządzenia zwane FOCS, które wykorzystują efekt Faradaya do określenia pola magnetycznego drutu, a następnie obliczenia prądu. Na przykład ABB sprzedaje takie urządzenia do pomiaru do 500 kA prądu stałego. Zobacz także: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

Nie mogę ci powiedzieć, jak zmierzyć prąd ustalony. Wydaje się jednak, że jesteś zainteresowany pomiarem tętna. Jeśli jeden z przewodników jest wystarczająco odizolowany, możesz umieścić w pobliżu prostokątną pętlę z jedną stroną równoległą do wysokiego prądu. Zmierz napięcie indukowane i zapisz je za pomocą oscyloskopu. To da pochodną twojego prądu. Ponieważ bardzo mało prądu przepływa w pętli czujnikowej, będzie miał znikomy wpływ na prąd mierzony, tak jak w przypadku bocznika.

Musiałbyś mieć izolowany prosty odcinek przewodu prądowego kilka razy większy od wymiaru pętli; żadnych innych przewodników i nic ferromagnetycznego w pobliżu, które mogłyby zakłócić cylindryczną symetrię pola! Kalibracja będzie zależeć od tego, jak dokładnie zbudujesz i ustawisz pętlę względem głównego przewodu prądowego. Ponieważ jesteś fizykiem, myślę, że będziesz w stanie spojrzeć w górę μ̻ i obliczyć napięcie indukowane (volt sekund / amp) w segmentach pętli, które są równoległe do przewodnika ciężkiego prądu. Należy odjąć napięcie indukowane w tylnej krawędzi pętli!

OK, wyczułeś i nagrałeś dI / dt. Aby uzyskać rzeczywisty prąd, istnieją dwa sposoby: jeśli Twój oscyloskop go obsługuje, przenieś próbkowane i skwantowane dane oscyloskopu do arkusza kalkulacyjnego i dokonaj integracji tam, aby uzyskać rzeczywisty prąd. Lub można użyć integratora analogowego między lunetą a bieżącą pętlą czujnika prędkości.

Indukcja to nie tylko teoria; To naprawdę działa.

Jaki jest standardowy sposób pomiaru prądu około 10 000 A? Mierniki cęgowe prądu stałego wydają się mieć skalę do 2000 A.

twój prąd rozładowania prawdopodobnie nie zbliżyłby się do tego rodzaju prądu.

biorąc to powiedziawszy, moim sposobem na to będzie transformator prądowy: prosty, skuteczny i tani: wystarczy kawałek drutu owinięty wokół przewodnika.

jednak skalibrowanie go może być trudne.

poza tym wypróbuj kilka czujników efektu Halla -> trzymaj go z dala od przewodnika. nie jestem pewien ich dynamicznych właściwości - coś prawdopodobnie tutaj ważnego.

inny pomysł: zakładając, że nie wytrzymasz 10 000 amperów, prawdopodobnie użyjesz tutaj cienkich drutów. dzięki temu możesz po prostu zebrać dwa punkty i zmierzyć spadek napięcia na tych dwóch punktach. samonagrzewanie nie stanowiłoby problemu, chyba że prąd utrzyma się przez pewien okres czasu.

w zasadzie sam przewodnik jest rezystorem próbkującym.

nie zadziałałoby, jeśli jako przewód używasz grubych prętów miedzianych.