Siden campingturen i helgen ikke ble noe av bruker jeg tiden på noe jeg har ønsket med en stund. En kraftig variac!
Jeg har i går og i dag tenkt ut hvordan dette skal virke og er i gang med å lage kretskort og dokumentasjon og da kan jeg jo dele det her også.
Jeg har ervervet meg (takk Roar) et beist av en variac på 5700VA som leverer inntil 25A. Jeg har allerede en variac, men denne er på kun 700VA og 3A og er ikke nok når man skal teste kraftige forsterkere. Jeg skal nå i gang med testing av Purifi’s nye Eigentakt 1ET400A modul og trenger da mer kraft.
For de som ikke vet hva en variac er og hva det brukes til, så er det en justerbar trafo som gjør nettspenningen på 230V om til en valgfri spenning fra 0V til 230V. I praksis er den bygd opp som et gigantisk potensiometer. Dette er meget kjekt når man skal teste nye forsterkere og ikke vil bare «gønne på» med 230V og håpe på det beste. Med variac kan man forsiktig øke spenningen og følge med på om ting blir for varmt eller har lyst til å gå opp i røyk.
Den har også motorstyring slik at man kan fjernstyre den. Motorstyringen gir meg også muligheten til å velge en ønsket spenning og så går den dit av seg selv. Dette krever litt «smart» elektronikk som kan følge med på hva spenningen ut fra variac er og kjøre motoren automatisk til ønsket spenning er oppnådd. Siden smart elektronikk allerede skal inn i systemet fikk jeg lyst til å legge til funksjonalitet også.
Beistet ser slik ut:
Kravspesifikasjon:
• Fjernstyring med OLED grafisk display og knotter for å operere variacen. Egen nødstoppknapp for å raskt skru av variacen med et rele
skal også være lett tilgjengelig.
• Måling av RMS strøm og RMS spenning på display
• Måling av kurveformene til både strøm og spenning med båndbredde opp til 1kHz for å se kurveformen på disse både på displayet pluss en utgang for lett å kunne koble på et scop for bedre oppløsning.
• Med måling av både strøm og spenning opp til 1kHz kan jeg også beregne fasevinkel og power factor som skal vises på display.
• Det skal være et «sikkert» system som gjør at jeg ikke trenger å bekymre meg for støt når jeg bruker det. Både strøm og spenningsmåling skal derfor galvanisk isoleres med egnede chipper slik at spenningene som er tilgjengelige på fjernkontrollen er berøringssikre samtidig som de så nøyaktig som mulig reflekterer den ekte spenningen og strømmen ut fra variacen.
• Wifi-styring. Dette er streng tatt ikke nødvendig og er optional, men jeg har lagt opp til det i disse IoT tider.
Skjema:
Skjema er delt inn i tre deler. Til venstre for den blå streken er alt som har farlige spenninger.
Til høyre for blå strek er det kan spenninger under 20V. I den grønne firkanten er det ikke høye spenninger, men den ene 230 fasen vil ligge der. På grunn av at chippen som skal måle spenning er montert på samme kretskort som mikrokontrolleren måtte det bli slik for enkelthets skyld. Når dette er montert i en plastboks vil ikke noen av ledningene som kommer fra 230V siden være tilgjengelige og elektronikken vil være isolert via optokobleren.
Oppe til høyre er delene som tilhører fjernkontrollen som skal installeres litt tilgjengelig på arbeidsstasjonen. AD-konverter er innlemmet på samme kretskort og kommer ikke frem på skjema.
Nede til høyre er delene som installeres på variacen. Dette er strømforsyninger, motordriver og strømmåler.
Det vil gå en 12-leder fra fjernkontrollen ned til variacen som frakter de nødvendige driftsspenninger og måle/styrespenninger. Denne monteres fast i fjernkontrollen og med en 25pins D-sub kontakt på variacen.
Skjerm:
En billig ebay 2,4 tommer OLED med hvit tekst. Styres via I2C buss.
Strømmåler:
ACS712 en galvanisk isolert strømmåler som kan måle +-20A med støygulv på ca. 50mA og nøyaktighet på ca. 1%. Jeg har valgt å begrense båndbredden til 1kHz for å senke støygulvet. Den baserer seg på en hall-effekt sensor. Chippen er utrolig liten og det føles ikke helt riktig å dra 20A gjennom en SO8 chipp som er 5mm bred, men den interne motstanden er kun 0,0012 ohm så det går nok fint. På bildet ser man den lillle chippen med to 1,5mm^2 kabler. Den store gule kondensatoren er en 100nF filmkondensator som begrenser båndbredde og senker støy.
Spenningsmåling:
ACPL-C87X er en galvanisk isolert spenningsmåler. Det er en relativt avansert krets som sitter inni der for å oppnå 0,5% nøyaktighet. Båndbredden på denne er 100kHz så her kan jeg se bortimot alt som foregår på strømnettet. Den måler kun positive spenninger mellom 0-2V så for å kunne måle hele kurveformen både positiv og negativ måtte jeg lage en egen strømforsyning på 230V siden som lager en 1V offset. Dette er relativt lave spenninger så for å unngå støy og drift bruker jeg en LT3042 regulator til dette.
Motorstyring til variac.
Variacen er utstyrt med en DC motor som vrir på slideren på variacen slik at utspenningen endres. For å kunne kjøre denne frem og tilbake må man snu polariteten på motoren. Til dette bruker jeg en L239 chip. Denne chippen har integrerte MOSFET switcher i en halv-H konfigurasjon som kan kjøre inntil 1,2A med spenninger opp til 36V. Den styres via pulser fra en mikrokontroller.
Strømforsyninger lavspenningsside.
Totalt er det 4 DC-spenninger på lavspenningssiden der 3 er regulerte. Dette er montert på et kretskort sammen med motordriveren og ser slik ut: Selve trafoen er ikke med på bildet.
20V til DC motoren på variac.
5V til styrechippen til motordriveren.
4,8V til strømmåleren.
20V er nok til at DC motoren går med god hastighet og justerer spenningen ut fra variac fra minimum til maksimum på ca. 30 sekunder. Denne spenningen skal kun drive motoren og er derfor uregulert, kun glattet med en 22mF kondis.
5V til motordriverchippen lages med en enkel 7805 regulator drevet fra 20V kilden
4,8V til strømmålerchippen lages med en TL431 shuntregulator. Det er viktig at denne spenningen er 100% stabil for å unngå drift i strømmålingene. Den drives fra 20V kilden (via 5V regulatoren).
3,3V lages med en AP7332 regulator som er innlemmet på mikroprosessorkretskortet og er ikke med her.
Strømforsyninger 230V side.
Totalt er det 2 regulerte DC-spenninger på høyspenningssiden.
5V til primærsiden på spenningsmåleren og 1V til spenningsoffset for å kunne måle både positiv og negativ side av nettspenningen. Siden disse DC-spenningene sitter sammen med farlige AC spenninger på 230V er de montert på eget kretskort som vil monteres skjermet mot berøring.
Nødstopp:
Det kommer til å oppstå situasjoner der jeg ønsker å skru av systemet raskt, og til det skal det være en liten knapp på fjernkontrollen som skrur av et rele på utgangen av variacen. Det vil være en LED som lyser når utgangen fra variacen er aktiv.
Spenningsjustering:
Dette blir et vanlig potmeter som interfaces til mikrokontrolleren. Jeg ønsker ikke noe rotary encoder eller knapper slik at man er avhengig av skjerm for å stille på trafo. Det er bedre med et potmeter med fast skala slik at man raskt kan sette den spenningen man ønsker. Så kan man heller finjustere når man etter hvert ser spenningen på skjermen. Potmeteret vil gi en spenning til AD-konverteren som igjen vil kjøre variacen dit jeg har valgt. Potmeteret er logaritmisk slik at jeg får litt mer finjustering rundt 180-240V.
Hovedbryter:
Med en egen hovedbryter med intergrert lys nede på variacen kan jeg bryte strømmen til hele systemet.
Mikroprosessor PCB:
Til dette bruker jeg ESP-07 som er montert på et kretskort jeg har utviklet tidligere. På dette kretskortet sitter det galvaniske skillet som skal brukes til spenningsmåling (det er derfor ene fasen fra 230V måtte tas med opp dit dette sitter). Det sitter også 2 stk. 16-bits AD konvertere med 4 kanaler hver. ESP-07 har innebygget Wi-Fi så jeg kan eventuelt utvide til å få denne på nett hvis jeg vil. Kortet har også innlemmet andre sensorer som BME280, BMA280, ISL29034 og jeg kan i prinsippet måle ting som temperatur, luftfuktighet, lufttrykk, lysstyrke og akselerasjon (!) hvis jeg skulle synes det var supernødvendig på en variac..
Nå gjenstår det å montere dette sammen og få skrevet noe kode til mikrokontrolleren. Blir nok ikke bading på meg i morgen heller. (så synd..)
Jeg har i går og i dag tenkt ut hvordan dette skal virke og er i gang med å lage kretskort og dokumentasjon og da kan jeg jo dele det her også.
Jeg har ervervet meg (takk Roar) et beist av en variac på 5700VA som leverer inntil 25A. Jeg har allerede en variac, men denne er på kun 700VA og 3A og er ikke nok når man skal teste kraftige forsterkere. Jeg skal nå i gang med testing av Purifi’s nye Eigentakt 1ET400A modul og trenger da mer kraft.
For de som ikke vet hva en variac er og hva det brukes til, så er det en justerbar trafo som gjør nettspenningen på 230V om til en valgfri spenning fra 0V til 230V. I praksis er den bygd opp som et gigantisk potensiometer. Dette er meget kjekt når man skal teste nye forsterkere og ikke vil bare «gønne på» med 230V og håpe på det beste. Med variac kan man forsiktig øke spenningen og følge med på om ting blir for varmt eller har lyst til å gå opp i røyk.
Den har også motorstyring slik at man kan fjernstyre den. Motorstyringen gir meg også muligheten til å velge en ønsket spenning og så går den dit av seg selv. Dette krever litt «smart» elektronikk som kan følge med på hva spenningen ut fra variac er og kjøre motoren automatisk til ønsket spenning er oppnådd. Siden smart elektronikk allerede skal inn i systemet fikk jeg lyst til å legge til funksjonalitet også.
Beistet ser slik ut:
Kravspesifikasjon:
• Fjernstyring med OLED grafisk display og knotter for å operere variacen. Egen nødstoppknapp for å raskt skru av variacen med et rele
skal også være lett tilgjengelig.
• Måling av RMS strøm og RMS spenning på display
• Måling av kurveformene til både strøm og spenning med båndbredde opp til 1kHz for å se kurveformen på disse både på displayet pluss en utgang for lett å kunne koble på et scop for bedre oppløsning.
• Med måling av både strøm og spenning opp til 1kHz kan jeg også beregne fasevinkel og power factor som skal vises på display.
• Det skal være et «sikkert» system som gjør at jeg ikke trenger å bekymre meg for støt når jeg bruker det. Både strøm og spenningsmåling skal derfor galvanisk isoleres med egnede chipper slik at spenningene som er tilgjengelige på fjernkontrollen er berøringssikre samtidig som de så nøyaktig som mulig reflekterer den ekte spenningen og strømmen ut fra variacen.
• Wifi-styring. Dette er streng tatt ikke nødvendig og er optional, men jeg har lagt opp til det i disse IoT tider.
Skjema:
Skjema er delt inn i tre deler. Til venstre for den blå streken er alt som har farlige spenninger.
Til høyre for blå strek er det kan spenninger under 20V. I den grønne firkanten er det ikke høye spenninger, men den ene 230 fasen vil ligge der. På grunn av at chippen som skal måle spenning er montert på samme kretskort som mikrokontrolleren måtte det bli slik for enkelthets skyld. Når dette er montert i en plastboks vil ikke noen av ledningene som kommer fra 230V siden være tilgjengelige og elektronikken vil være isolert via optokobleren.
Oppe til høyre er delene som tilhører fjernkontrollen som skal installeres litt tilgjengelig på arbeidsstasjonen. AD-konverter er innlemmet på samme kretskort og kommer ikke frem på skjema.
Nede til høyre er delene som installeres på variacen. Dette er strømforsyninger, motordriver og strømmåler.
Det vil gå en 12-leder fra fjernkontrollen ned til variacen som frakter de nødvendige driftsspenninger og måle/styrespenninger. Denne monteres fast i fjernkontrollen og med en 25pins D-sub kontakt på variacen.
Skjerm:
En billig ebay 2,4 tommer OLED med hvit tekst. Styres via I2C buss.
Strømmåler:
ACS712 en galvanisk isolert strømmåler som kan måle +-20A med støygulv på ca. 50mA og nøyaktighet på ca. 1%. Jeg har valgt å begrense båndbredden til 1kHz for å senke støygulvet. Den baserer seg på en hall-effekt sensor. Chippen er utrolig liten og det føles ikke helt riktig å dra 20A gjennom en SO8 chipp som er 5mm bred, men den interne motstanden er kun 0,0012 ohm så det går nok fint. På bildet ser man den lillle chippen med to 1,5mm^2 kabler. Den store gule kondensatoren er en 100nF filmkondensator som begrenser båndbredde og senker støy.
Spenningsmåling:
ACPL-C87X er en galvanisk isolert spenningsmåler. Det er en relativt avansert krets som sitter inni der for å oppnå 0,5% nøyaktighet. Båndbredden på denne er 100kHz så her kan jeg se bortimot alt som foregår på strømnettet. Den måler kun positive spenninger mellom 0-2V så for å kunne måle hele kurveformen både positiv og negativ måtte jeg lage en egen strømforsyning på 230V siden som lager en 1V offset. Dette er relativt lave spenninger så for å unngå støy og drift bruker jeg en LT3042 regulator til dette.
Motorstyring til variac.
Variacen er utstyrt med en DC motor som vrir på slideren på variacen slik at utspenningen endres. For å kunne kjøre denne frem og tilbake må man snu polariteten på motoren. Til dette bruker jeg en L239 chip. Denne chippen har integrerte MOSFET switcher i en halv-H konfigurasjon som kan kjøre inntil 1,2A med spenninger opp til 36V. Den styres via pulser fra en mikrokontroller.
Strømforsyninger lavspenningsside.
Totalt er det 4 DC-spenninger på lavspenningssiden der 3 er regulerte. Dette er montert på et kretskort sammen med motordriveren og ser slik ut: Selve trafoen er ikke med på bildet.
20V til DC motoren på variac.
5V til styrechippen til motordriveren.
4,8V til strømmåleren.
20V er nok til at DC motoren går med god hastighet og justerer spenningen ut fra variac fra minimum til maksimum på ca. 30 sekunder. Denne spenningen skal kun drive motoren og er derfor uregulert, kun glattet med en 22mF kondis.
5V til motordriverchippen lages med en enkel 7805 regulator drevet fra 20V kilden
4,8V til strømmålerchippen lages med en TL431 shuntregulator. Det er viktig at denne spenningen er 100% stabil for å unngå drift i strømmålingene. Den drives fra 20V kilden (via 5V regulatoren).
3,3V lages med en AP7332 regulator som er innlemmet på mikroprosessorkretskortet og er ikke med her.
Strømforsyninger 230V side.
Totalt er det 2 regulerte DC-spenninger på høyspenningssiden.
5V til primærsiden på spenningsmåleren og 1V til spenningsoffset for å kunne måle både positiv og negativ side av nettspenningen. Siden disse DC-spenningene sitter sammen med farlige AC spenninger på 230V er de montert på eget kretskort som vil monteres skjermet mot berøring.
Nødstopp:
Det kommer til å oppstå situasjoner der jeg ønsker å skru av systemet raskt, og til det skal det være en liten knapp på fjernkontrollen som skrur av et rele på utgangen av variacen. Det vil være en LED som lyser når utgangen fra variacen er aktiv.
Spenningsjustering:
Dette blir et vanlig potmeter som interfaces til mikrokontrolleren. Jeg ønsker ikke noe rotary encoder eller knapper slik at man er avhengig av skjerm for å stille på trafo. Det er bedre med et potmeter med fast skala slik at man raskt kan sette den spenningen man ønsker. Så kan man heller finjustere når man etter hvert ser spenningen på skjermen. Potmeteret vil gi en spenning til AD-konverteren som igjen vil kjøre variacen dit jeg har valgt. Potmeteret er logaritmisk slik at jeg får litt mer finjustering rundt 180-240V.
Hovedbryter:
Med en egen hovedbryter med intergrert lys nede på variacen kan jeg bryte strømmen til hele systemet.
Mikroprosessor PCB:
Til dette bruker jeg ESP-07 som er montert på et kretskort jeg har utviklet tidligere. På dette kretskortet sitter det galvaniske skillet som skal brukes til spenningsmåling (det er derfor ene fasen fra 230V måtte tas med opp dit dette sitter). Det sitter også 2 stk. 16-bits AD konvertere med 4 kanaler hver. ESP-07 har innebygget Wi-Fi så jeg kan eventuelt utvide til å få denne på nett hvis jeg vil. Kortet har også innlemmet andre sensorer som BME280, BMA280, ISL29034 og jeg kan i prinsippet måle ting som temperatur, luftfuktighet, lufttrykk, lysstyrke og akselerasjon (!) hvis jeg skulle synes det var supernødvendig på en variac..
Nå gjenstår det å montere dette sammen og få skrevet noe kode til mikrokontrolleren. Blir nok ikke bading på meg i morgen heller. (så synd..)