Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Computer ControlsComputer Controls
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Prosty analizator jakości energii

lukasb9 28 Sie 2008 02:03 21356 48
  • Prosty analizator jakości energii
    Chciałbym przedstawić prosty analizator jakości energii, urządzenie to ma za zadanie obliczać 32 punktowe FFT na sygnale badanego prądu i napięcia, mierzyć wartości skuteczne (prawdziwe wartości skuteczne) prądu i napięcia, obliczać moce i cos fi. Na chwile obecną wywiązuje się z obowiązków ;)
    Odpowiednio ustawiając kursor można podglądnąć jaką wartość ma dana harmoniczna, można przełączać ekraniki pomiędzy widmem prądu, napięcia i ekranikiem zbiorczym gdzie pokazane są min. moce. Jest jeszcze opcja automatycznego przełączania zakresu prądu (0-3A i 0-10A) Całość zbudowana na ATmedze 32 (wystarczyła by 16) taktowana kwarcem 16MHz. Tor pomiarowy stanowią cztery wzmacniacze operacyjne, jako przetwornik prądu wykorzystałem LEM-a (dokładnie LEM100-P), w roli przekładnika napięcia został wykorzystany zwykły transformatorek sieciowy o mocy 9VA (jak się okazało z wstępnych pomiarów nieobciążony zachowuje bardzo dobrze przekładnie zwojową aż do 100kHz!). Jest możliwość również podłączenia napięcia sieciowego bezpośrednio do toru pomiarowego (bez separacji galwanicznej ale wolę tego unikać). Jest to prototyp stąd program zawiera kilka "kwiatków" które na pewno dadzą o sobie znać podczas testów. Część sprzętowa również wymaga poprawek, na przykład zastosowane wzmacniacze operacyjne za bardzo pływają temperaturowo. Swoją drogą może ktoś poleci jakiś nie koniecznie szybki tani precyzyjny wzmacniacz operacyjny?
    Jeśli chodzi o opis to w zasadzie chyba tyle, na mojej stronie niedługo powinno pojawić się o nim więcej informacji.

    FFT prądu pobieranego przez mój komputer (sama jednostka, bez monitora)
    Prosty analizator jakości energii
    FFT napięcia
    Prosty analizator jakości energii
    moce
    Prosty analizator jakości energii

    a tutaj podłączona pod analizator żarówka 40W
    Prosty analizator jakości energii

    i kilka zdjęć urządzenia
    Prosty analizator jakości energii

    Prosty analizator jakości energii

    pozdrawiam Łukasz :)

    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
    O autorze
    lukasb9
    Poziom 28  
    Offline 
    lukasb9 napisał 1421 postów o ocenie 42, pomógł 56 razy. Mieszka w mieście Stalowa Wola. Jest z nami od 2004 roku.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #3
    ADAM99
    Poziom 12  
    Witam

    Projekt jest dość ciekawy. Interesuje mnie jak został rozwiązany problem jednoczesnego pomiaru prądu i napięcia ,przetwornik A/D w Atmedze jest chyba jeden z przełącznymi wejściami. Posiadam 2 oryginalne mierniki parametrów energii elektrycznej (takie tablicowe, produkcji chyba Lumela) i w nich zastosowano dodatkowo kilkuwejsciowy układ "Track and Hold" wiec ten problem jest chyba dość istotny. Mierniki te sa zrobione na Atmega128. Tak ogóle to są dostępne gotowe kostki zawierające zaawansowane mierniki energii (nawet trójfazowe) np. układy Analoga z seri ADE77xx. Zaleta projektu jest możliwość określenia zawartości poszczególnych harmonicznych.
  • #4
    lukaszzk
    Poziom 13  
    Witam przyłączam się do opinii kolegów i do prośby kolegów. Ciekawi mnie jak jest zorganizowany pomiar mocy i cos fi . Bardzo fajny i ciekawy projekt.
  • #5
    Ukasz
    Poziom 11  
    Również proszę o informację odnośnie pomiaru mocy i cos fi.

    I jeszcze w jaki sposób mierzona jest częstotliwość.

    W tej chwili jestem na etapie pracy nad układem pomiarowym dla sieci 3f. Również LEM (LTS6-NP), Mega32, a TRMS zajmują się AD637, problem mam w tej chwili z pomiarem napięcia a konkretnie z izolacją na IL300
  • #6
    Morpheusss
    Poziom 15  
    Witam!
    Pomysł i wykonanie - 10/10. Widać, że strona sprzętowa przemyślana i porządnie wykonana. Mnie też chodzi coś takiego po głowie, tylko zamierzam to wkomponować w projekt "inteligentnego pokoju" który od jakiegoś czasu staram się opracować.
    Tak trzymać! Pozdrawiam
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #7
    lukasb9
    Poziom 28  
    Cytat:
    Pewnie Praca Magisterska?
    Możesz udostępnić dokumentację do tego?

    Nie jest to praca magisterska ale blisko :) na prace magisterską robie podobny analizator ale na wrednym i paskudnym procesorze DSP ;) , dokumentację udostępnie, ale zatrzymam dla siebie kod programu, będzie powszechnie dostępny hex, gdyby ktoś chciał konkretny kawałek kodu, jak co działa - pomogę.
    Cytat:
    Interesuje mnie jak został rozwiązany problem jednoczesnego pomiaru prądu i napięcia

    Brutalnie i po najmniejszej linii oporu ;) , nie zastosowałem układów SH, w zasadzie można by było po prostu o tym nie pomyślałem trafna uwaga z Twojej strony! Pomiar "jednoczesny" odbywa się poprzez pobieranie w kolejnych odstępach czasu dwóch próbek (napięcia i prądu) oczywiście nie jednocześnie... czasowo przesunięte są o czas konwersji przetwornika A/C i kilka instrukcji. Wynik wydaje się być w miarę ok, a ponieważ urządzenie buduje do domowego warsztatu nie wymagam od niego super dokładności.
    Cytat:
    Ciekawi mnie jak jest zorganizowany pomiar mocy i cos fi

    A więc pomiar mocy czynnej realizowany jest wg definicji, suma iloczynu próbek prądu i napięcia w okresie podzielona przez ilość próbek, moc pozorna liczona jest z wartości skutecznych prądu i napięcia, a z tych dwóch mocy wyliczana jest z kolei moc bierna i cos fi.
    Cytat:
    I jeszcze w jaki sposób mierzona jest częstotliwość.

    Częstotliwość nie jest mierzona, "f" na wyświetlaczu pokazuje tylko z jakiego prążka (o jakiej częstotliwości) mamy pokazaną amplitudę.
  • #8
    zbyrek
    Poziom 23  
    A mnie ciekawi w czym pisałeś program. Projekt bardzo fajny i użyteczny.
  • #9
    lukasb9
    Poziom 28  
    zbyrek2 - Program pisany był w C.
  • #10
    bonias85
    Poziom 12  
    lukasb9 napisał:
    Częstotliwość nie jest mierzona(...)

    W dzisiejszych czasach pomiar częstotliwości sieci energetycznej, ważny nie jest, ale dokładny pomiar jest dość ciekawy. Szczególnie przy pełnych godzinach zauważalna jest nagła zmiana obrotów generatora :) (o ile pamiętam zmiana f nie większa niz o 0,1Hz)
    Ciekawą opcją byłaby komunikacja z PC - nawet prosta, przez sam terminal.
  • #12
    markovip
    Poziom 34  
    Tak, ale czy pod agregat podłączył byś np. komputer ? nie sądzę. Agregaty prądotwórcze używa się przeważnie na budowach gdzie odbiornikami są tylko silniki i żarówki które nie są czułe na zmiany częstotliwości ;)

    Dla ciekawostki dodam że w niektórych krajach Afryki i Azji różnice napięcia między najniższą a najwyższą wartością (zapomniałem poprawnego wyrażenie, lata za granicą robią swoje, nie cierpię tego... ;/ Może ktoś podpowie?) sięgają nawet 20V, a częstotliwość... a co to w ogóle jest?... :D

    Do autora: projekt bardzo mi się podoba ponieważ w prosty sposób można zaobserwować różnice w poborze prądu miedzy mocą czynną a macą pozorną.

    I jako druga ciekawostka jest to że w wielkich fabrykach gdzie pracuje dużo odbiorników typu silniki i jarzeniówki, jest obowiązek zamontowania także liczników mocy pozornej.

    Pozdrawiam
  • #13
    lukaszzk
    Poziom 13  
    markovip napisał:

    Tak, ale czy pod agregat podłączył byś np. komputer ? nie sądzę. Agregaty prądotwórcze używa się przeważnie na budowach gdzie odbiornikami są tylko silniki i żarówki które nie są czułe na zmiany częstotliwości ;)

    Dla ciekawostki dodam że w niektórych krajach Afryki i Azji różnice napięcia między najniższą a najwyższą wartością (zapomniałem poprawnego wyrażenie, lata za granicą robią swoje, nie cierpię tego... ;/ ) sięgają nawet 20V, a częstotliwość... a co to w ogóle jest... :D

    Pozdrawiam



    Kolego silniki prądu przemiennego są bardzo wrażliwe na zmiany częstotliwość, co wpływa pośrednio na prędkość obrotową, oraz moment obrotowy.
    Ja tam swojego kompa mógłbym nawet zapodać pod agregat który generuje napięcie o częstotliwości 100 Hz, byle diody w mostku nadążały "klepać młotkiem" :D sinusoidę na wartość stałą , a kondensator dobrze filtrował tętnienia - oczywiście filtr zasilający tez się przyda :D.
    Jeśli chodzi o Afrykę to nie znam Ich norm, ale domyślam się że są mniej rygorystyczne niż w Polsce. W Polsce napięcie zasilające dostarczone przez dystrybutora nie powinno być inne niż +/- 10% napięcia nominalnego, czyli np dla sieci jednofazowej +/- 23V, lol w afryce mają fajniej.

    PS: Czekam z kolegami na schemacik

    Pozdrawiam lukaszzk
  • #14
    markovip
    Poziom 34  
    Powodzenia! Opowiesz nam jak Ci poszło, o ile będziesz miał jeszcze czym ;)

    Z tymi 20V to jest jeszcze lekko powiedziane... niekiedy dochodzą nawet do 40V!, i gdy się patrzy na żarówkę widać jak raz świeci mocniej a raz słabiej :D

    Pozdrawiam
  • #15
    michal2666
    Poziom 20  
    Witam - projekt rewelacyjny i co najważniejsze - wykonany z najwyższą estetyką i myślą techniczną. Twoje projekty są naprawdę rewelacyjne !!! Chciałem zapytać jak rozwiązałeś pomiar napięcia przemiennego i wyliczanie jego wartości rms. Buduję właśnie falownik 24/230 Sin ale jeszcze nie zabrałem się za pomiary na wyjściu i tor sprzężenia.
  • #16
    seba_x
    Poziom 31  
    lukasb9 napisał:

    A więc pomiar mocy czynnej realizowany jest wg definicji, suma iloczynu próbek prądu i napięcia w okresie podzielona przez ilość próbek, moc pozorna liczona jest z wartości skutecznych prądu i napięcia, a z tych dwóch mocy wyliczana jest z kolei moc bierna i cos fi.


    czy możesz napisać po kolei jakich użyłeś wzorów do obliczeń ?


    P = | U | * | I | * cos(fi) - moc czynna
    S = | U | * | I | - moc pozorna

    i co dalej ?
  • #17
    Adam940
    Poziom 13  
    michal2666:
    Opowiedz coś o tym falowniku. Usiłuje zbudować przetwornice 1kW 12/230V sin na wyjśćiu, jestem na etapie falownika wyjściowego.

    Projekt :
    Już dawno nie widziałem coś co by mi sie tak podobało.
  • #18
    nerysiek
    Poziom 13  
    A jak obliczasz zniekształcenia prądu THDi ?
  • #19
    michal2666
    Poziom 20  
    O falowniku na razie nie ma co opowiadać bo dopiero robię próby. Zbudowałem mostek H na tranzystorach IGBT, steruję je driverami TLP250 z mikrokontrolera. Dolne drivery zasilam normalnie a górne przez przetworniczki DC/DC. Falownik pracuję na niskim napięciu 24 V i "sieczkę" podaję na toroidalne trafo na razie o mocy 600 W. Na razie piszę łopatologiczny program w Bascomie i na oscyloskopie obserwuje jak wygląda sprawa na wyjściu. Docelowo wyjście będzie kontrolowane i właśnie tu szukam pomysłu na mierzenie napięcia i prądu rms bo nie wiem jak się to mierzy. Kiedyś na wzmacniaczu operacyjnym robiłem układ, który dawał wartość bezwzględną ale nie wiem czy to dobra droga.
  • #20
    kila
    Poziom 17  
    oj napaliłem się na ten analizator... czy autor może udostępnić schematy oraz kod w hex? pozdrawiam i gratuluje pomyslu!!

    @michal2666 ja pracuje na codzien z falownikami kolejowymi 3000 > 3x400V i wiem jakie sa z nimi czasem problemy wiec jak stworzysz swoj falownik to zapraszam na browarka :) mam nadzieje ze sie pochwalisz swoim projektem :) pozdro!
  • #21
    lukasb9
    Poziom 28  
    michal2666-
    dziękuje za uznanie kolegi po fachu :)
    Pomiar napięcia przemiennego odbywa się za pomocą przekładnika napięciowego w roli którego pracuje zwykły transformatorek 230/9V 9VA
    (podłączenie podobnego do generatora funkcji po stronie pierwotnej i obserwacja oscyloskopem sygnały po stronie wtórnej pokazało, że taki transformatorek nie obciążony ma pasmo przenoszenia nawet ponad 100kHz, w projekcie ostatecznie zamontowałem transformatorek inny niż sprawdzany - musze to zweryfikować bo zniekształcenia napięcia rzędu 23% wydają mi się dosyć spore, być może ten transformator który tam wsadziłem nie jest taki super jak ten sprawdzany). Wartość napięcia skutecznego mierze również wg definicji czyli jako pierwiastek z sumy kwadratów próbek prądu - cała suma podzielona przez ilość próbek na okres, zainteresowanych odsyłam do definicji wartości skutecznej.
    seba_x-
    moc czynna liczona jest również z definicji - jako suma wartości mocy chwilowych w ciągu okresu przez liczbę próbek pobranych w okresie (dlatego też do obliczenia mocy czynnej nie potrzeba cos fi)
    moc pozorna liczona z definicji jest iloczynem wartości skutecznej prądu i napięcia (a te już mam policzone) więc wystarczy pomnożyć wartości skuteczne prądu i napięcia w wyniku otrzymuje S. Z wielkości P i S obliczam dopiero cos fi i moc bierną Q.
    nerysiek-
    obliczenie THDI jest również tak jak w definicji ;) i jest to stosunek sumy harmonicznych o numerach większych od 1 do pierwszej harmonicznej pomnożony razy 100 (co by były procenty).

    Na wieczór postaram się przygotować schemat i go zamieścić.
    PS Cieszę się , że projekt się podoba i dziękuje za opinie :)
  • #22
    seba_x
    Poziom 31  
    próbki zbierasz w ciągu 0.02 s ?
  • #23
    lukasb9
    Poziom 28  
    Tak i jest ich 64 w ciągu tych 20ms
  • #24
    paw1976
    Poziom 11  
    Hmm. Braki teoretyczne?:) Zgadzam się z liczeniem mocy czynnej P, pozornej S. Ale nie zgadzam się z mocą bierną Q. Nie wiem czy słyszałeś o mocy odkształcenia D? Mnie uczyli, że moc pozorna to jest:
    S=sqrt(P^2+Q^2+D^2). Gdzie D to jest właśnie moc odkształcenia.
    Według mnie twój cosfi to nie jest ten cosfi o którym myślisz. To co liczysz to jest współczynnik mocy P/S, ale nie ten cosfi. Moc bierną Q powinieneś liczyć tak jak moc czynną z próbek przebiegów napięcia i prądu i dopiero na podstawie tego liczyć cosfi. Dopiero z tego mając moc P, Q i S policzyć moc odkształcenia.

    Pozdr.
    Paweł
  • #25
    WoŹnY
    Poziom 28  
    Również popieram sposób liczenia przedstawiony przez przedmówcę paw1976. Pozatym bardzo ciekawy projekt. Acha po zebraniu próbek zajmujesz się obsługą wyświetlacza i innych wymaganych obliczeń, zatem nie obserwujesz na bieżąco przebiegów tylko co jakiś czas "gubisz" kilka okresów?
  • #26
    seba_x
    Poziom 31  
    jeszce jedno : czy wykrywasz moment przejścia napięcia przez zero i od tego momentu zbierasz te 64 próbki ?
  • #27
    WoŹnY
    Poziom 28  
    seba po co zaczynać pomiar od zera, wystarczy aby pomiar precyzyjnie objął cały okres przebiegu
  • #28
    paw1976
    Poziom 11  
    A jak wykryjesz początek i koniec całego okresu? Nie można zakładać że częstotliwość ma 50Hz i zacząć zbierać próbki w dowolnym momencie przez 0,2s. Myślę że program powinien być bardziej uniwersalny i mierzyć również zbliżone częstotliwości. Chyba że autor wątku zakłada tylko częstotliwości sieciowe któr i tak mogą się wachać w pewnych granicach. A jeżeli nawet to może warto również pomyśleć o 60Hz? Pisałem trochę lat temu coś podobnego na kartę przetwornikową na PCta. Tyle że prądy i napięcia były 3 fazowe, stałe, zmienne, sinusoidalne i odkształcone, fouriera i fft, program liczył praktycznie wszystko. Warto by się pokusić o trochę większą uniwarsalność.
    Oczywiście projekt uważam za praktyczny i bardzo pouczający jeśli chodzi o implementację algorytmów.
  • #29
    lukasb9
    Poziom 28  
    Cytat:
    Hmm. Braki teoretyczne?

    Jak widać, wiesz jak to teraz jest ze szkolnictwem wszystko leci w dół ;) , może napisz dokładnie jak mam policzyć moc bierną z sygnału dyskretnego, to poprawie algorytm.

    WoŹnY - niestety to "tylko" 8 bitowy AVR czas liczenia 32 punktowego FFT zajmuje mu około 0,3s (wiem z obserwacji ;) )

    seba_x - nie wykrywam przejścia przez zero - robie tak jak napisał WoŹnY, odmierzam czas równy okresowi /64 i pobieram próbkę.

    Cytat:
    Nie można zakładać że częstotliwość ma 50Hz i zacząć zbierać próbki w dowolnym momencie przez 0,2s.

    nie przez 0,2s ale przez 0,02s można :) , spróbuj mierzyć tak jak piszesz sygnały z szybkimi oscylacjami przechodzącymi kilka razy przez zero.

    Cytat:
    może warto również pomyśleć o 60Hz?

    Może i warto - jak polska energetyka przyspieszy o te 10Hz to pomyśle ;)

    Cytat:
    Pisałem trochę lat temu coś podobnego na kartę przetwornikową na PCta. Tyle że prądy i napięcia były 3 fazowe, stałe, zmienne, sinusoidalne i odkształcone, fouriera i fft, program liczył praktycznie wszystko.

    Niestety mój analizator nie posiada mocy obliczeniowej PC-ta.
    Praktycznie wszystko to znaczy co?

    PS - opis analizatora jest w drodze niedługo pojawi się na stronie.
  • #30
    WoŹnY
    Poziom 28  
    Autor projektu nie będzie raczej ubiegał się o legalizację miernika zatem według mnie spokojnie można przyjąć częstotliwość za stałą i wynoszącą te 50Hz - tutaj nie doszukiwałbym się większych błędów.