Как измерить высоковольтные и высокочастотные пульсации?

Question

Как измерить высоковольтные и высокочастотные пульсации?

рябь
Физика
трансформатор
высокое напряжение
высокая частота

Марковеккио

У меня есть ферритовый трансформатор, выдающий среднеквадратичное значение 1,2 кВ на вторичной обмотке. Я добавил диод для однополупериодного выпрямления и добавил достаточно конденсатора (10 нФ) параллельно, чтобы справиться с пульсациями. Этого более чем достаточно, согласно формуле $dV = \frac{i}{fC}$

Я использую 32 кГц на трансформаторе и планирую потреблять не более 500 мкА. Это должно дать мне очень маленькую пульсацию.

Однако для измерения пульсаций я попытался использовать высоковольтный пробник 1000:1. Он имеет импеданс 1 ГОм и рассчитан только на 60 Гц. Измерение моего выпрямленного/фильтрованного напряжения показывает много фигни и огромные пульсации, около 800В, но я подозреваю, что это неверно, учитывая неспособность пробника справиться с более высокими частотами, наверное.

Я также попробовал делитель напряжения, используя обычные резисторы 1/8 Вт на 10 МОм и 100 кОм и обычный пробник на резисторе 100 кОм, но результаты очень похожи.

Замена конденсатора или его полное удаление меняет пульсации совсем немного, примерно на 10% лучше или хуже.

Итак, мой вопрос: нормально ли получать ложные результаты с этими пробниками (или делителями напряжения) на высокочастотных напряжениях?

Есть ли безопасный и надежный способ измерения пульсации в этом конкретном сценарии?

ОБНОВЛЯТЬ:

Вот искажение, которое я получил на вторичном, после выпрямления и фильтрации, чтобы немного лучше проиллюстрировать вопрос:

Прочитав предложения всех, я решил провести тест, которого раньше не делал: я сделал еще один трансформатор, со вторичной обмоткой около 170В. Таким образом, я мог использовать обычный 10-кратный пробник (без делителя напряжения) и сравнить его характеристики с делителем напряжения 1/1000, но с сохранением частоты 32 кГц. 170 В хорошо, потому что это не слишком много для 10-кратного пробника, но и не слишком мало для 1000-кратного делителя.

Вот результат. Во-первых, вторичное после ректификации и фильтрации, измеренное обычным щупом 1/10. Очень приемлемый сигнал постоянного тока:

Однако вот тот же сигнал, измеренный с помощью делителя. Если мы проигнорируем сильный шум, мы увидим ту же картину на первом изображении:

Я не знаю, это единственная проблема с моей схемой, но ясно, что метод измерения является самой большой проблемой. Я соберу пробник 1/1000, используя высоковольтные резисторы и экранированные от помех компенсационные конденсаторы. Я не могу полагаться на простые делители напряжения для этого.

ПлазмаHH

Я видел несколько инструкций по изготовлению высоковольтных пробников и несколько видеороликов на YouTube. Самая большая проблема заключается в получении относительно плоской частотной характеристики. Часто вы формируете RC-фильтры из используемых сопротивлений и паразитных емкостей, которые все портят.

Марковеккио

@PlasmaHH, это то, что я подозревал, потому что единственный тест, который я мог сделать, чтобы убедиться, что датчик работает нормально, - это измерить напряжение в сети. Он показал прекрасные результаты, но это всего лишь 60 Гц, поэтому этот тест не гарантирует, что он будет работать и при напряжениях, колеблющихся с частотой в несколько кГц.

пользователь105652

@Марковеккио. Я использовал пробники осциллографа от Tektronix, рассчитанные на максимальное напряжение 20 кВ при частоте 75 МГц (-3 дБ), но они стоят 1200 долларов США каждый. Проблема с самодельной версией заключается не в том, что вам нужны резисторы на 1 ГОм, а в том, как поставить параллельно с ними конденсатор, рассчитанный на несколько кВ, чтобы получить ровную АЧХ.

Марковеккио

@Sparky256, действительно, теперь я начинаю понимать причины высоких цен на эти зонды. И, как любопытство, датчик высокого напряжения, который я использую, позаимствован у друга. Он заплатил за него около 300 долларов, но в нем нет конденсатора, только высоковольтные резисторы. Не такие дорогие, как зонды, о которых вы упомянули, но достаточно дорогие, чтобы можно было ожидать некоторого уровня сложности, которого, похоже, в нем нет. Теперь я понимаю, почему он рассчитан только на 60 Гц.

Ответы (3)

Как измерить высоковольтные и высокочастотные пульсации?

Я видел несколько инструкций по изготовлению высоковольтных пробников и несколько видеороликов на YouTube. Самая большая проблема заключается в получении относительно плоской частотной характеристики. Часто вы формируете RC-фильтры из используемых сопротивлений и паразитных емкостей, которые все портят.
@PlasmaHH, это то, что я подозревал, потому что единственный тест, который я мог сделать, чтобы убедиться, что датчик работает нормально, - это измерить напряжение в сети. Он показал прекрасные результаты, но это всего лишь 60 Гц, поэтому этот тест не гарантирует, что он будет работать и при напряжениях, колеблющихся с частотой в несколько кГц.
@Марковеккио. Я использовал пробники осциллографа от Tektronix, рассчитанные на максимальное напряжение 20 кВ при частоте 75 МГц (-3 дБ), но они стоят 1200 долларов США каждый. Проблема с самодельной версией заключается не в том, что вам нужны резисторы на 1 ГОм, а в том, как поставить параллельно с ними конденсатор, рассчитанный на несколько кВ, чтобы получить ровную АЧХ.
@Sparky256, действительно, теперь я начинаю понимать причины высоких цен на эти зонды. И, как любопытство, датчик высокого напряжения, который я использую, позаимствован у друга. Он заплатил за него около 300 долларов, но в нем нет конденсатора, только высоковольтные резисторы. Не такие дорогие, как зонды, о которых вы упомянули, но достаточно дорогие, чтобы можно было ожидать некоторого уровня сложности, которого, похоже, в нем нет. Теперь я понимаю, почему он рассчитан только на 60 Гц.

дмитривм · Answer 1

нормально ли получать ложные результаты с этими пробниками (или делителями напряжения) при высокочастотном напряжении?

Да, без должной частотной компенсации. Это происходит потому, что резисторы имеют небольшую паразитную емкость, которую можно смоделировать как конденсатор, включенный параллельно резистору. Эти паразитные конденсаторы образуют емкостной делитель напряжения для высокочастотных сигналов. Если отношение паразитного делителя отличается от отношения на постоянном токе, вы получите неправильные измерения, так как общее отношение становится частотно-зависимым.

Обычно это не проблема в диапазоне кГц. Но не в случае высокого напряжения, что подразумевает использование резисторов с большим номиналом. Емкость типичного резистора составляет примерно 1,5 пФ, что дает 3,3 МОм на частоте 32 кГц для чистой синусоиды. Поскольку вы используете высокоомные резисторы, паразитная емкость становится доминирующим фактором даже на частотах в диапазоне кГц. Если сигнал не является чистой синусоидой, т. е. содержит высокочастотные гармоники, паразитная емкость преобладает еще больше.

Решите проблему, добавьте компенсирующий конденсатор (как правило, это конденсатор переменной емкости). Чтобы получить частотную компенсацию, должно быть выполнено следующее условие

\frac{р_{2}}{р_{1} + р_{2}} "=" \frac{С_{1}}{С_{1} + С_{2}}

$\frac{R_2}{R_1 + R_2} = \frac{C_1}{C_1 + C_2}$

Это может быть получено из соотношения для емкостного делителя

\frac{\frac{1}{Дж ю С_{2}}}{\frac{1}{Дж ю С_{1}} + \frac{1}{Дж ю С_{2}}}

$\frac{\frac{1}{j\omega C_2}}{{\frac{1}{j\omega C_1} + \frac{1}{j\omega C_2}}}$

Самый простой способ проверить делитель — посмотреть на разделенный сигнал прямоугольной формы с помощью осциллографа. При правильной компенсации прямоугольная волна выглядит как масштабированная прямоугольная волна. Без правильной компенсации вы увидите сигнал странной формы. Это связано с тем, что коэффициент некомпенсированного делителя зависит от номера гармоники, а после деления гармоники не складываются в меандр.

Я не уверен, что проблема только в частотной компенсации; возможно, есть и другие проблемы, связанные с шумом в цепи измерения.

Кроме того, типичные резисторы мощностью 1/8 Вт не подходят для среднеквадратичного значения 1,2 кВ. Максимально допустимое напряжение для таких резисторов не превышает 100 В RMS, если я правильно помню. Обратитесь к техническому описанию для точного значения.

редактировать

Один из способов получить правильное деление - использовать конденсатор 10 нФ как часть делителя.

схематический

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Обратите внимание, что

\frac{100 кОм}{10000 кОм + 100 кОм} "=" \frac{10 нФ}{10 нФ + 1000 нФ}

$\frac{100\,\text{kΩ}}{10000\,\text{kΩ} + 100\,\text{kΩ}} = \frac{10\,\text{nF}}{10\,\text{nF} + 1000\,\text{nF}}$

Большое спасибо за подробное объяснение, @dmitryvm! Вы заставили меня подумать о тесте, который я мог бы попробовать: сделать делитель с резисторами 1M/1k. Уменьшив сопротивление, я сведу к минимуму неприятные емкостные эффекты, и при 1 кВ на 1 МОм я все равно буду потреблять от трансформатора только 1 мА. Что вы думаете?
@Marcovecchio: я отредактировал ответ, включив в него возможное решение.
большое спасибо! Вечером протестирую, результаты выложу сюда!

Маркус Мюллер · Answer 2

Ваши делители напряжения, если предположить, что эти резисторы безопасны для этих напряжений (да, резисторы тоже имеют максимальное рабочее напряжение, просто потому, что вы можете «дугать» через них / вокруг них), должны быть правильными. Я не вижу причин, почему они не должны. 32 кГц на самом деле не так уж и много, поэтому паразитные эффекты (емкость резистора и дорожек) должны быть в значительной степени неуместными, и, поскольку вы не используете пару сотен метров провода, вы, вероятно, также не имеете значительного излучения мощности. .

Я бы тщательно измерил все отдельные сигналы, задействованные здесь — действительно ли ток, поступающий на низковольтную сторону вашего трансформатора, имеет такую форму, как вы ожидаете? Если не делать выпрямления, как будет выглядеть выходное напряжение?

Спасибо за ответ. Да, сигналы не идеальны, но на первичке выглядят неплохо. Я сделаю снимок экрана области и обновлю вопрос. Я также опубликую все схемы, показывая драйвер трансформатора и так далее.

аутист · Answer 3

Щупы осциллографа просты в использовании, но им нельзя всегда доверять. Я использую высокочастотный импульсный трансформатор 1:1 с емкостной связью. Затем я подключаю коаксиальный кабель RG58U к разъему BNC на осциллографе. Это означает, что мне не нужно использовать щуп. Я подключаю коаксиальный кабель с сопротивлением 50 Ом, когда у осциллографа нет кнопки 50 Ом. Погрешности датчиков осциллографа намного хуже при настройке 1:1, поэтому люди обычно используют настройку 10:1. Настройка импульсного преобразователя 1:1. так что у вас есть лучшая чувствительность измерения, и это безопаснее.

Для таких целей я предпочитаю RG59B/U кабелю RG58.

Как измерить высоковольтные и высокочастотные пульсации?

Марковеккио

ПлазмаHH

Марковеккио

пользователь105652

Марковеккио

Ответы (3)

дмитривм

Марковеккио

дмитривм

Марковеккио

Маркус Мюллер

Марковеккио

аутист

абуникабхи

Мне нужен источник питания для моего DBD (диэлектрический барьерный разряд) [закрыто]

Проектирование повышающего трансформатора

Насколько велик был бы трансформатор для преобразования молнии в полезную электроэнергию?

Почему я не могу получить правильную дугу от этого обратноходового трансформатора?

как называется эта желтая лента вокруг высокочастотного трансформатора?

Каков минимум деталей, необходимых для работы магнетрона?

Передовая практика для корпуса 2 кВ

Путаница в отношении потерь на вихревые токи

Тестирование неоновой вывески

Передача высокого напряжения, трансформаторы и закон Ома