Messchaltung Rogowski Spule

Marcel schrieb:

Dabei ist ein Wert von 150 mV / kA von der Rogowskispule vorgegeben.

Bei welcher Nennbürde?

Marcel schrieb:

Zudem ist mir unklar ob ich die Schaltung aufgrund eines Rechtecksignales anders auslegen muss.

ne, grundsätzlich nicht. Auch wenn ein abgeleiteter Sinus natürlich "gutmütiger" zu messen ist als ein abgeleitetes Rechteck.

Aber was soll bei dir die dritte Verstärkerstufe? In der TI-Applikation dient sie als Levelshifter, aber das hast du ja allem Anschein nach nicht vor.

Marcel schrieb:

Dabei ist ein Wert von 150 mV / kA von der Rogowskispule vorgegeben.

Die Angabe bezieht sich üblicherweise auf einen Sinusstrom einer bestimmten Frequenz (typsich 50 Hz). Bei 1 kHz hast du eine entsprechend höhere Ausgangsspannung.

Marcel schrieb:

Ich habe teilweise bedenken ob der Integrator nicht die Rogowskispule zu stark belastet.

59kOhm ist schon "einigermaßen hochohmig, wahrscheinlich kann deine Rogowskispule das halbwegs gut treiben". Aber das ist nur eine allgmeine Schwurbelaussage. Um sicher zu sein wäre es wichtig zu wissen, welche Rogowskispule du konkret einsetzt und was deren Datenblatt sagt.

Marcel schrieb:

Bei der Auswahl vom Op Amp habe ich darauf geachtet, dass dieser Unity Gain Stable ist, da der Integrator Op Amp bei einer Frequenz von 1 kHz ein Gain von eins hat.

Wäre bei dieser Schaltung nicht wirklich nötig gewesen. Und für die Stabilität der Schaltung gegenüber Schwingneigung ist egal, ob das Eingangssignal eine Frequenz von 1kHz hat oder irgend einen anderen Wert.

Allerdings hat deine Integratostufe bei 1kHz schon eine erkennbare Abweichung vom idealen Integratorverhalten. Bei DC verstärkt deine erste Stufe ja nur einen Faktor 5 - das ist nicht so richtig weit entfernt von der Verstärkung 1, die du bei deiner Signalfrequenz 1kHz anstrebst.

LDR schrieb:

Bei welcher Nennbürde?

50 Ohm?

Frequenz des zu messenden Signales wäre 1 kHz, habe das eventuell im ersten Post schlecht formuliert.

Habe endlich ein Datenblatt mit mehr Infos bekommen: Bei 1kOhm Bürde, 50 Hz hat die Spule 150 mV / kA.

Marcel schrieb:

Habe endlich ein Datenblatt mit mehr Infos bekommen: Bei 1kOhm Bürde, 50 Hz hat die Spule 150 mV / kA.

Dann kannst du ja jetzt den Eingangswiderstand deiner Schaltung mit berücksichtigen.

Achim S. schrieb:

Allerdings hat deine Integratostufe bei 1kHz schon eine erkennbare Abweichung vom idealen Integratorverhalten. Bei DC verstärkt deine erste Stufe ja nur einen Faktor 5 - das ist nicht so richtig weit entfernt von der Verstärkung 1, die du bei deiner Signalfrequenz 1kHz anstrebst.

Woran liegt das? Von der Rogowskispule kriege ich ja eigentlich kein DC, also kann mir das ja eigentlich egal sein oder?

Marcel schrieb:

Woran liegt das?

wenn die rogowskispule 0V liefert sollte der Ausgang deines integrators konstant sein. Bei dir wird er aber mit einer Zeitkonstante 2,2nF*300kOhm absinken, du siehst also kein sauberes Rechteck. ein größerer Wert für R3 würde den Effekt reduzieren.

so, jetzt am richtigen Rechner noch mal die etwas ausführlichere Antwort (samt Simu).

Marcel schrieb:

Bei 1kOhm Bürde

dann sollten die 59kOhm deiner Schaltung nicht all zu kritisch sein.

Marcel schrieb:

Woran liegt das? Von der Rogowskispule kriege ich ja eigentlich kein DC, also kann mir das ja eigentlich egal sein oder?

Du kriegst zwar kein DC, aber bei einem rechteckförmigen Strom hast du trotzdem Zeitbereiche, in denen der Strom konstant ist.

Bei einem idealen Integrator würde die Verstärkung für f -> 0Hz nach unendlich gehen. Bei deiner Integratorschaltung geht sie gegen den konstanten Wert 6, und der Unterschied macht sich bereits bei 1kHz bemerkbar. (siehe Simulation des Frequenzgangs)

Im Zeitbereich sorgt diese Zeitkonstante aus 300kOhm*2,2nF=660µs dafür, dass der "konstante" Teil des rechteckförmigen Stroms nicht konstant gemessen wird, sondern jeweils mit tau=660µs gegen 0 läuft. Die Simu Rechteckstrom.png zeigt dir, wie das mit einem Rückkoppelwiderstand von 300kOhm und einem von 1MOhm am Ausgang des Integrators prinzipiell aussieht.

Statt den Rückkoppelwiderstand zu erhöhen, könntest du auch den Eingangswiderstand reduzieren und die Rückkoppelkapazität erhöhen, um wieder die selbe Zeitkonstante zu bekommen. In beiden Fällen würde die DC-Verstärkung deiner Schaltung ansteigen (daher habe ich mich in meinem ersten Beitrag darauf bezogen).

Achim S. schrieb:

wenn die rogowskispule 0V liefert sollte der Ausgang deines integrators konstant sein. Bei dir wird er aber mit einer Zeitkonstante 2,2nF*300kOhm absinken, du siehst also kein sauberes Rechteck. ein größerer Wert für R3 würde den Effekt reduzieren.

Ja gut das ergibt Sinn. Da ich ja alle 500 µs einen Puls von der Rogowskispule bekomme, reichen dann nicht eine Zeitkonstante von 660 µs? Oder ist das zu knapp bemessen?

Marcel schrieb:

Ja gut das ergibt Sinn. Da ich ja alle 500 µs einen Puls von der Rogowskispule bekomme, reichen dann nicht eine Zeitkonstante von 660 µs? Oder ist das zu knapp bemessen?

Das hängt davon ab, wie schmal dein Puls ist. Oben hattest du von einem Rechecksignal von 1kHz gesprochen. Das ergäbe Konstantstromphasen von ~500µs, und dafür wäre mir eine Zeitkonstante von 660µs nicht gut genug (siehe Simu)

Deine Antwort hat sich mit meiner zeitlich überschnitten. Deine ausführliche Erklärung hat mir echt weitergeholfen.

Da ich ja den Strom in beide Richtungen mit einem ADC messen will müsste ich ja jetzt noch das Messsignal gleichrichten. Also die untere Halbwelle nach oben klappen. Ich habe mir bereits precision Full Wave Rectifier Schaltungen mit OP Amps angesehen, aber die Simulationsergebnisse in LTSpice waren nicht so zielführend.

Marcel schrieb:

Da ich ja den Strom in beide Richtungen mit einem ADC messen will müsste ich ja jetzt noch das Messsignal gleichrichten.

Nicht unbedingt. Du könntest auch den Signalbereich "nach oben verschieben". Genau dazu hat TI in seiner Appnote die dritte Verstärkerstufe als Levelshifter (du nutzt sie bisher nicht, bei dir ist die dritte Verstärkerstufe bisher überflüssig).

Marcel schrieb:

Ich habe mir bereits precision Full Wave Rectifier Schaltungen mit OP Amps angesehen, aber die Simulationsergebnisse in LTSpice waren nicht so zielführend.

Ja: das Grundprinzip ist einfach, aber bis die Messkurven mit idealen Gleichrichtern wirklich passen kann es ein ziemliches Gepfrimel werden. Mit dem Levelshifter-Ansatz von TI hättest du dieses Problem nicht.

Achim S. schrieb:

Nicht unbedingt. Du könntest auch den Signalbereich "nach oben verschieben". Genau dazu hat TI in seiner Appnote die dritte Verstärkerstufe als Levelshifter (du nutzt sie bisher nicht, bei dir ist die dritte Verstärkerstufe bisher überflüssig).

Okay gut, habe das entsprechend geändert. Aber jetzt habe ich ja nur noch 1,65 V um einen Strom von 6500 A aufzulösen. Macht es da eventuell Sinn einen Sigma Delta ADC zu verwenden?

Marcel schrieb:

Aber jetzt habe ich ja nur noch 1,65 V um einen Strom von 6500 A aufzulösen. Macht es da eventuell Sinn einen Sigma Delta ADC zu verwenden?

Wenn du den Freiheitsgrad hast, einen anderen ADC zu wählen, dann kannst du ja auch einen mit bipolarem Eingangsbereich einsetzten. (Eine bipolare Versorgungsspannung hast du ja offenbar.) Dann benötigst du weder idealen Gleichrichter noch eine Verschiebung des Bezugspegels - du kannst einfach direkt die AC-Spannung messen.

Ansonsten: keine Ahnung, was deine Anforderungen an die Messung sind. Wenn du im kA-Bereich misst, dann wirst du wohl nicht unbeding eine Auflösung im mA-Bereich bennötigen. Und wenn du bei der Auswerteschaltung Fehler im Bereich diverser % akzeptierst (das ist mein Eindruck aus der bisherigen Diskussion), dann brauchst du wohl auch keine effektive Auflösung wesentlich oberhalb von 12 Bit.

Achim S. schrieb:

Wenn du den Freiheitsgrad hast, einen anderen ADC zu wählen, dann kannst du ja auch einen mit bipolarem Eingangsbereich einsetzten. (Eine bipolare Versorgungsspannung hast du ja offenbar.) Dann benötigst du weder idealen Gleichrichter noch eine Verschiebung des Bezugspegels - du kannst einfach direkt die AC-Spannung messen.

Nachdem ich die Preise und Verfügbarkeit von bipolaren ADCs gesehen habe werde ich jetzt eine Single Ended to differential OP Amp Schaltung einsetzen und dann mit einem fully differential ADC digitalisieren.

Genauigkeit wurde leider nie wirklich definiert, nach dem Motto so genau wie möglich aber billig.

Danke für die Hilfe!