ฉันจะวัด 10,000 A DC ได้อย่างไร

วิธีมาตรฐานในการวัดกระแสประมาณ 10,000 A คืออะไร? ดูเหมือนว่าแคลมป์มิเตอร์ DC จะมีขนาดเพียง 2,000 A เท่านั้น

แก้ไข

พื้นหลังของคำถามนี้:

ฉันเป็นครูฟิสิกส์ระดับมัธยมปลายและฉันพยายามปรับปรุงการทดลองแบบคลาสสิกบางอย่างโดยใช้กระแสสูงจากการปลดปล่อยตัวเก็บประจุพิเศษ

โดยเฉพาะฉันกำลังมองหาวิธีที่ดีในการวัดกระแสไฟฟ้าของตัวเก็บประจุพิเศษในเวลาสั้น ๆ เช่นในการทดลอง "กระโดดแหวน" นี้:

การดัดแปลงที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพของการทดสอบการกระโดดแหวนของทอมสัน

แรงจูงใจที่สองสำหรับคำถามนี้เป็นเพียงเพราะฉันแค่อยากรู้ว่ามันออกมาจากความอยากรู้สำหรับความรู้พื้นฐานของฉันในสิ่งที่เป็นวิธีปกติในการวัดกระแสสูงเช่นวันนี้

ไม่โพรบแคลมป์ DC มีขนาดมากกว่า± 10,000A ไม่มีใครแม้แต่จะตรวจสอบอเมซอนสำหรับโพรบปัจจุบัน± 12000A DC ถึง 40kHz ของพวกเขาต้องการอีกหรือไม่
ฉันล้อเล่น แต่คุณสามารถซื้อทั้งหมดได้ที่ Amazon และพวกเขามี 10 ในสต็อก ไม่มีใครที่มีคุณสมบัติสำหรับ Amazon Prime ว่า :(

ไม่ว่าคุณจะทำอะไรก็ตามอย่าเพิกเฉยต่อคนเหล่านี้ที่บอกให้คุณใช้ปัดปัด ไม่ไม่ต้องใช้การปัด ไม่มีข้อได้เปรียบอย่างแน่นอนในการใช้ shunt ในแอปพลิเคชั่นนี้นอกเหนือจากความแม่นยำในการวัดที่น้อยมากและข้อเสียที่ใหญ่มาก

ทำไมการแบ่งเป็นความคิดที่น่ากลัว:

1. วิธีแก้ปัญหาใด ๆ ที่ทำงานโดยการวัดค่าความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำ (shunt) ที่มีความละเอียดที่สมเหตุสมผลจะต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงอย่างมาก ตามที่ผู้โพสต์คนอื่นพูดถึงการแบ่ง 50mV ทั่วไปจะกระจาย 500W นี่เป็นการสิ้นเปลืองพลังงานขนาดใหญ่อย่างขาดความรับผิดชอบเมื่อคุณสามารถวัดกระแสไฟฟ้าโดยใช้พลังงานน้อยกว่าวัตต์

2. มันจะต้องมีการระบายความร้อนที่ใช้งานของตัวเองตลอดเวลา ดังนั้นจึงมีพลังงานที่สูญเสียไปมาก แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือคุณได้นำระบบการกระจายพลังงานของคุณไปใช้ สิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยสามารถที่จะดำเนินการตามคำสั่งของ 10kA จะล้มเหลวอย่างรวดเร็วหาก ณ จุดใด ๆ ที่เย็นสำหรับ shunt ล้มเหลวหรือมีประสิทธิภาพลดลงทำให้ปัดแบ่งละลายและทำตัวเหมือน 10kA ที่ราคาแพงและช้าที่สุดในโลก ฟิวส์เคยทำ

3. อย่าทำตัวเป็นเด็กเลยเราไม่เพียงแค่ใส่ 10kA shunt ในซีรีย์ด้วยสายเคเบิลความจุ 10kA โดยใช้คลิปจระเข้และแจ็คกล้วย การติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวแบบอนุกรมด้วยการเดินสายนั้นจะเป็นงานที่ไม่สำคัญและจะไม่เป็นสิ่งที่คุณสามารถลบออกได้อย่างง่ายดาย ฉันคาดหวังว่ามันจะกลายเป็นความรับผิดชอบถาวรในระบบของคุณ

4. ฉันไม่สนใจว่าสายเคเบิลกำลังแบก 10kA ที่ 1V (ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตาม) - ฉัน (และคุณเองควร) ต้องการการแยกกัลวานิกในเครื่องมือวัด 10kA เป็นจำนวนมากในปัจจุบันและมันไม่สามารถช่วย แต่เก็บพลังงานจำนวนมากที่น่ากลัวในสนามแม่เหล็กเพียงอย่างเดียว

   ฉันไม่รู้ด้วยซ้ำว่าขนาดของลวดหรือบัสบาร์นั้นจะเป็นแบบไหน แต่ขอไปด้วยรูปทรงสัมพัทธ์ที่ค่อนข้างต่ำ: เสาทองแดงขนาด 2 นิ้วที่เป็นของแข็ง หากเป็นเส้นตรงที่เรียบง่ายนี่จะมีค่าความเหนี่ยวนำ ~ 728nH ต่อเมตร ที่ 10kA ตัวนำนี้จะมีพลังงานประมาณ 35J เก็บไว้ในสนามแม่เหล็กเพียงลำพัง!

   แน่นอนว่าในทางปฏิบัติมันจะต่ำกว่ามากเพราะตัวนำส่งคืนจะเข้าใกล้และอาจจะมีขนาดใหญ่แบนบัสบาร์ลดการเหนี่ยวนำเพิ่มเติม

   แต่ถึงกระนั้น - คุณควรวางแผนสำหรับสายเคเบิลขนาด 10kA เพื่อชักนำให้เกิดความล้มเหลวที่น่าทึ่งในทุกสิ่งที่เชื่อมต่อกับมัน รวมถึง (หรือโดยเฉพาะอย่างยิ่ง) สิ่งต่าง ๆ เช่นกระดาน NI DAQ ราคา $ 1,800 มีกฎหมายที่สามารถได้มาจากกฎของเมอร์ฟีที่ระบุว่าอุปกรณ์เก็บข้อมูลมีราคาแพงมากเท่าไหร่ก็ยิ่งถูกทำลายได้มากขึ้นในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด

   ฉันล้อเล่น แต่คุณจะได้รับคะแนนของฉัน - ความโดดเดี่ยวไม่ใช่สิ่งที่ถูกไล่ออกในสถานการณ์นี้

ตอนนี้มีเหตุผลหนึ่งที่จะใช้แบ่ง: ความแม่นยำ

แม้ว่าฉันจะคาดหวังว่าข้อได้เปรียบนี้บางส่วนจะลดลงเนื่องจากข้อผิดพลาดที่แนะนำจากเทอร์โมคับเปิลเอฟเฟ็กต์ที่จุดแยกที่มีการเชื่อมต่อ shunt ซึ่งเชื่อมต่อกับตัวนำตัวนำกระแสไฟฟ้าจริง แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดเพิ่มเติมจะเข้าสู่รูปภาพหากกระแสนี้ไม่ได้เป็น DC เช่นกัน

แต่ไม่ว่าปัดไม่ได้เป็นไปได้ที่ความแม่นยำมากขึ้นกว่าการแก้ปัญหาที่เหมาะสมซึ่งผมจะขอแนะนำ ความแตกต่างคือในลำดับ 0.25% (กรณีที่ดีที่สุด) และ 1% (กรณีที่เลวร้ายที่สุด) ถ้าคุณวัด 10,000 แอมป์ล่ะ±100Aในหมู่เพื่อนคืออะไร?

ดังนั้นโดยสรุปอย่าใช้การปัด

ผมคิดว่าไม่มีตัวเลือกที่เลวร้ายยิ่งกว่าปัด ใช้โพรบแบบหนีบที่เหมาะสมของ Hall Effect อย่างใดอย่างหนึ่ง

เหตุผลที่แคลมป์มือถือส่วนใหญ่ขึ้นไปเพียง 2,000A อาจเป็นเพราะมากไปกว่านั้นและตัวนำจะใหญ่เกินไปหรือมีรูปร่างผิดปกติ (เช่นบัสบาร์กว้างและแบนเป็นต้น) ที่จะต้องใช้แคลมป์ด้วย ใหญ่ไปพกพาอะไรก็ได้ที่ถือไว้

แต่แน่นอนพวกเขาทำโพรบยึดหรือห่วงปัจจุบันที่มีช่วงการวัดไม่เพียง 10,000A แต่เหนือกว่าด้วย ดังนั้นใช้หนึ่งในนั้น พวกเขามีคุณภาพสูงปลอดภัยแม่เหล็กอย่างหมดจด (ทำงานบน Hall Effect) โดดเดี่ยวและโดดเด่น

บางอย่างเช่นProbe ปัจจุบันของ Clamp-on (ก่อนหน้าเชื่อมโยงกับหน้าใน Amazon)

และพวกเขามีหน้าต่างบานใหญ่ที่ดีมากถึง 77 มม. ถึง 150 มม. เพื่อให้เหมาะกับการเดินสายของคุณ ถ้าคุณได้ไปกับสิ่งที่แปลกใหม่มากขึ้น ... และ เย็น

ฉันคิดว่าการเดินสายเคเบิลของคุณมีลักษณะคล้ายกับหนึ่งในวิธีแก้ปัญหาในภาพนี้:

อย่างไรก็ตามขอให้สนุก ปลอดภัย. หวังว่าคุณจะไม่ได้เป็นซุปเปอร์วายร้าย

ฉันทำงานกับสตาร์ทเตอร์หัวรถจักรไฟฟ้าเมื่อหลายปีก่อนเรียกใช้ตัวกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับคู่กันเพื่อย้อนกลับสตาร์ทเครื่องยนต์ด้วยอินเวอร์เตอร์ IGBT 3 เฟสที่เราพัฒนาขึ้น เรามีกระแสไฟฟ้า 10kA ต่อเฟสเพื่อทำลายการแสดงของเครื่องยนต์ดีเซลหัวรถจักร เราทำการวัดเฟสปัจจุบัน (สำหรับวัตถุประสงค์ในการควบคุมเวกเตอร์) ด้วยเซ็นเซอร์กระแสฮอลล์วงปิดจาก บริษัท LEM

คุณสามารถค้นหาเซ็นเซอร์ปัจจุบันสูงถึง 20kA บนเว็บไซต์ของพวกเขาพวกเขาสามารถทำเซ็นเซอร์ที่กำหนดเองได้เช่นกันหากคุณต้องการซื้อจำนวนมาก:

เซ็นเซอร์ปัจจุบัน LEM

บริษัท ของฉันให้กระแสเมตรสูงถึง 15kA สำหรับการชุบอ่าง พวกเขาเพียงแค่สินค้าดาษดื่น (50mV หรือ 60mV = 15kA IIRC)

หากปัจจุบันของคุณมีองค์ประกอบความถี่สูงมากคุณอาจต้องใช้ความระมัดระวังเป็นพิเศษ - ไม่ต้องใช้ตัวเหนี่ยวนำมากนักในการทำให้เกิดปัญหา

โปรดทราบว่าการลดลงของ 10kA * 50mV คือ 500W ดังนั้นพวกเขาจะกระจายพลังงานออกมาอย่างเต็มกำลังในปัจจุบัน

ปัญหาทั้งสองข้างต้นสามารถลดหรือหลีกเลี่ยงได้โดยใช้เซ็นเซอร์ LEM ที่ JohnD แนะนำ (+1) แต่ค่าใช้จ่ายอาจสูงกว่าในกรณีที่จะทำการวัดกระแส DC ที่ค่อนข้างคงที่

หากมีวิธีเรียกใช้การตั้งค่าการทดสอบที่กระแสไฟฟ้าต่ำกว่าชั่วคราวผู้ใช้สามารถเลือกจุดที่สัมผัสสองจุดบนตัวนำใด ๆ ในการติดตั้งโวลต์มิเตอร์ติดตั้งปรับเทียบกับกระแสไฟฟ้าที่รู้จักและใช้ความยาวของตัวนำนั้น .

คุณสามารถหลีกเลี่ยงที่ระดับปัจจุบัน นี่คือหนึ่งชุดผลิตภัณฑ์จาก บริษัท หนึ่ง พวกเขามีรูปแบบอื่น ๆ และมีซัพพลายเออร์อื่น ๆ

ซีรีส์ G Shunts

แคปเริ่มต้นที่ต่ำกว่า 50V และสร้าง 10kA หรือไม่

$5 \cdot 10^{-3} \Omega$

โดยปกติแล้วจุดเริ่มต้นของพัลส์กระแสสูงที่รวดเร็วนั้นคือแรงดันไฟฟ้าขนาดใหญ่สองเท่าบนแคปแบงก์และเครือข่ายการก่อตัวของพัลส์

ฉันอยากแนะนำ rogowski ที่สองพวกเขาเร็วพอที่จะเห็นการกระทำและกำหนดภาระน้อยที่สุด

$I^2R$

รักษาพลังงานให้ค่อนข้างเล็ก (แคปที่ใหญ่กว่าไม่ช่วยอะไรมากเพราะมันเหนี่ยวนำตัวเอง) และระดับพลังงานขนาดเล็ก == ระดับพลังงานที่ปลอดภัย

ฉันไม่คิดว่าคุณกำลังจะจัดหา 10kA จากธนาคารขนาด 50V ได้อย่างง่ายดาย แต่ฉันรอคอยความพยายามในการพยายามด้วยความสนใจ

มันคิดเกี่ยวกับสัญญาณ 50 โอห์มและการปัดด้วย ESR ที่ต่ำกว่าซุปเปอร์แคปของคุณ 50 mV เป็นคำตอบที่ดีที่สุดสำหรับเซ็นเซอร์การปล่อยกระแสไฟฟ้า

ฉันจะใช้ท่อประปาทองแดงขนาด 1/2 "และทำให้ลดลง 50mV มาตรฐานที่ปรึกษาอื่น ๆ อาจไม่ได้พิจารณาอัตราส่วนการสูญเสียพลังงาน / การคายประจุโดยรวมที่มีประสิทธิภาพพอสมควรในระยะเวลาสั้นมาก 1'C

คุณจำเป็นต้องกำหนด ESR * C = Td เวลาที่จำหน่าย

• จากนั้นใช้ coax ที่ดีที่มีการสูญเสียต่ำที่ 1 / Td และขอบเขตการสิ้นสุด 50 โอห์มที่มีการตรวจจับชีพจรอย่างสมบูรณ์แบบโดยไม่ต้องเรียกเข้าและตอบสนองได้เร็วกว่า Pulse Td

การสูญเสีย 500W เพื่อสร้างพัลส์ 50mV ใน <100ns เป็นพลังงานที่ต่ำมากแม้ที่ 10kA

ฉันใช้วิธีนี้อย่างแม่นยำเพื่อ 100kA และเคล็ดลับเดียวคือกำจัด crosstalk ที่เหนี่ยวนำ (EMI) แต่ใช้แขนทองแดงที่มั่นคงขนาด 6 "สำหรับการแบ่ง 1 ฟุตเพื่อรับสเกลเต็ม 50mV

• เพื่อความสมมาตรที่สมบูรณ์แบบสำหรับสัญญาณและความยาวกลับฉันจะใช้เล้าโลมแบบกึ่งแข็งระหว่างความยาวเพื่อเชื่อมต่อกับมุมโคแอ็กต์ที่ถูกกำหนดเส้นทางด้วยโล่พื้นดินสิ้นสุดลงเฉพาะที่แหล่งกำเนิดน้ำประปา

หากไม่มีการเล้าโลมด้วยมุมฉากที่สมบูรณ์แบบไปยังเส้นทางที่มีกระแสสูงจะเกิดข้อผิดพลาดในการมีเพศสัมพันธ์กับเสาอากาศ เห็นได้ชัดว่าการเชื่อมต่อกับท่อทองแดงต้องการหน้าแปลนทองแดงกว้างบัดกรีด้วยไฟฉายโพรเพนจากนั้นสายลวดเชื่อมสั้นหรือลวด Litz หนักเพื่อลดการเหนี่ยวนำต่ำกว่า 100nH ลดลงดีกว่า

คำตอบอื่น ๆ ส่วนใหญ่มีการสันนิษฐานว่าคุณต้องการวัด 10KA อย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตามการใช้งานที่คุณอ้างถึงนั้นแสดงให้เห็นว่ามันใช้สำหรับชีพจรประมาณ 5 มิลลิวินาทีเท่านั้น เนื่องจากช่วงเวลาสั้น ๆ วิธีเดียวที่คุณจะได้รับการวัดคือการใช้ขอบเขตการจัดเก็บเพื่อบันทึกรูปคลื่น
คุณต้องมีเซ็นเซอร์ที่เชื่อมต่อกับขอบเขต ' ไม่ว่าจะแบ่งหรือแคลมป์ไม่สำคัญมากตราบใดที่ "จับคู่" ขอบเขตการใช้งาน '

ควรดำเนินการและปฏิบัติตามมาตรการความปลอดภัยที่เหมาะสม (เช่นเดียวกับในการทดสอบอ้างอิง)

เมื่อฉันอายุ 13 ปีฉันทำการทดลองที่คล้ายกันและสิ่งที่ฉันทำคือทำท่อทองแดงคู่กับท่อทองแดงที่บัดกรีระหว่างท่อทั้งสอง ปัดอย่างมีประสิทธิภาพ จากนั้นฉันก็วางแคลมป์ฮอลล์ไว้และใช้ขอบเขตในการวัดชีพจรและรวมพื้นที่ใต้เส้นโค้ง

ฉันแน่ใจว่ามีหลายวิธีที่ดีกว่าที่จะทำ แต่สำหรับ 13 โย่ที่มีขอบเขตและเครื่องมือในครัวเรือน บางทีคุณอาจใช้บัสบัสทองแดงสองเส้นและสร้างลวดเชื่อมระหว่างพวกเขา

การวิ่งไปที่เศษเหล็กและร้านขายเครื่องใช้ไฟฟ้าขยะในเมืองมักจะมีสิ่งที่น่าสนใจมากมายและส่วนใหญ่พวกเขาเพิ่งมอบให้ฉัน

ข้อเสนอแนะของฉันคือการวัดการกระจัดของแหวน / แรงและทำงานกลับไปที่ปัจจุบัน

หรือคุณเพียงแค่สร้างความงามหนึ่งของแม่เหล็กไฟฟ้า ... และวัดสนามจากอีกด้านหนึ่งของห้องเรียน ...

สำหรับคำถามทั่วไปเกี่ยวกับวิธีการวัดกระแสขนาดใหญ่มากมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า FOCS ซึ่งใช้เอฟเฟกต์ฟาราเดย์เพื่อกำหนดสนามแม่เหล็กของเส้นลวดแล้วคำนวณกระแส ตัวอย่างเช่นABBจำหน่ายอุปกรณ์ดังกล่าวสำหรับการวัดสูงสุด 500 kA DC ดูเพิ่มเติมที่: http://www.ee.co.za/wp-content/uploads/legacy/ABB%20Innovation%20in%20high%20DC.pdf

ฉันไม่สามารถบอกวิธีวัดสถานะปัจจุบันของคุณได้ อย่างไรก็ตามคุณดูเหมือนจะสนใจในการวัดชีพจร หากคุณมีตัวนำสื่อไฟฟ้าหนึ่งตัวที่แยกได้อย่างเพียงพอคุณสามารถวางลูปรูปสี่เหลี่ยมใกล้ ๆ กับด้านหนึ่งขนานกับกระแสสูงของคุณ วัดแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำและบันทึกโดยสโคป ที่จะทำให้คุณได้รับ DERIVATIVE จากปัจจุบันของคุณ เนื่องจากกระแสในกระแสที่น้อยมากในวงจรความรู้สึกจะมีผลกระทบเล็กน้อยต่อกระแสที่ถูกวัดเนื่องจากอาจมีการปัด

คุณจะต้องมีส่วนที่แยกได้ตรงของตัวนำปัจจุบันหลายมิติของลูป ไม่มีตัวนำอื่น ๆ และไม่มี ferromagnetic รอบ ๆ ที่จะทำให้เกิดความสมมาตรของสนามแม่เหล็ก! และการสอบเทียบจะขึ้นอยู่กับว่าคุณสร้างและวางตำแหน่งลูปอย่างแม่นยำกับตัวนำตัวนำหลักในปัจจุบันอย่างไร เนื่องจากคุณเป็นคนฟิสิกส์ฉันคิดว่าคุณจะสามารถค้นหาμ̻และคำนวณแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (โวลต์ - วินาที / แอมป์) ในส่วนของลูปที่ขนานกับตัวนำกระแสไฟฟ้าหนัก ต้องแน่ใจว่าได้ลบแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ขอบด้านหลังของลูป!

ตกลงคุณรับรู้และบันทึก dI / dt แล้ว ในการรับกระแสที่เกิดขึ้นจริงมีสองวิธีที่จะไป: ถ้าออสซิลโลสโคปของคุณรองรับการถ่ายโอนข้อมูลออสซิลโลสโคปตัวอย่างและเชิงปริมาณเป็นสเปรดชีตและทำการรวมเข้าด้วยกันเพื่อรับกระแสที่แท้จริง หรือคุณสามารถใช้ตัวรวมแอนะล็อกระหว่างขอบเขตและลูปเซ็นเซอร์อัตราปัจจุบัน

การเหนี่ยวนำไม่ได้เป็นเพียงทฤษฎี มันได้ผลจริงๆ

วิธีมาตรฐานในการวัดกระแสประมาณ 10,000 A คืออะไร? ดูเหมือนว่าแคลมป์มิเตอร์ DC จะมีขนาดเพียง 2,000 A เท่านั้น

กระแสไฟฟ้าที่คุณปล่อยออกมาอาจจะไม่เข้าใกล้กระแสนั้น

กับที่กล่าวว่าหม้อแปลงกระแสจะเป็นทางของฉันไป: ง่ายมีประสิทธิภาพและราคาถูก: เพียงต้องการลวดวนรอบวงตัวนำ

มีมันสอบเทียบ แต่สามารถหากิน

ให้ลองใช้เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ -> ทำให้ห่างจากตัวนำ ฉันไม่แน่ใจเกี่ยวกับลักษณะแบบไดนามิกของพวกเขา - สิ่งที่น่าจะสำคัญที่นี่

แนวคิดอื่น: สมมติว่าคุณจะไม่รักษา 10,000 แอมป์คุณมีแนวโน้มที่จะใช้สายไฟที่นี่ ด้วยสิ่งนั้นคุณสามารถรับได้สองจุดและวัดแรงดันไฟฟ้าตกที่จุดสองจุด การให้ความร้อนด้วยตนเองจะไม่เป็นปัญหาถ้าหากกระแสยังคงอยู่ในระยะเวลาหนึ่ง

โดยพื้นฐานแล้วตัวนำนั้นเป็นตัวต้านทานตัวอย่าง

มันจะไม่ทำงานถ้าคุณใช้แท่งทองแดงเนื้อเป็นท่อ