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

Mikrokontroler do pomiaru napięcia, prądu i mocy - pytanie

simoon87 06 Lip 2010 14:57 3277 25
  • #1 06 Lip 2010 14:57
    simoon87
    Poziom 9  

    Witam, mam następujący problem, muszę zbudować układ do rejestracji prądu, napięcia i mocy pobieranej przez nagrzewnice indukcyjna 10kHz. Chciałbym się was zapytać jaki uC byście mogli polecić to tego zadania. Jak do tej pory miałem styczność tylko z AVRami. Zastanawiałem się nad Atmega128, jest to dobry wybór czy będzie za wolna?

    0 25
  • #2 06 Lip 2010 15:30
    nenpa8lo
    Poziom 17  

    Nie widzę dlaczego ATmega by sobie miała nie poradzić. Jak często masz zamiar robić pomiary, czy procesor ma tworzyć log w czasie rzeczywistym czy wystarczy wyświetlenie pomiarów raz na sekunde na minutę itd.

    0
  • #3 06 Lip 2010 16:13
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Skoro tam płyną prądy o częstotliwości 10kHz to mierząc w czasie rzeczywistym potrzebujesz zrobić próbkowanie znaczenie częściej, przynajmniej 2xcześciej. Pasmo ADC w AVR wynosi koło 3-4kHz, więc ich ADC się zupełnie do tego nie nadaje. Trzeba wziąść jakiś zewnętrzny ADC, albo jakiś sprytny układ całkujący i z tego mierzyć już napięcie stałe za pomocą ADC.

    0
  • #4 06 Lip 2010 16:13
    simoon87
    Poziom 9  

    Wiec jak napisałem wyżej mam zamiar zdejmować przebieg napięcia i prądu o częstotliwości 10kHz wiec częstotliwość próbkowania musi być dość duża. W dodatku muszę obsłużyć 3 kanały przetwornika ADC (jeden do pomiaru napięcia, drugi do pomiaru prądu, trzeci do pomiaru temperatury). Wynik pomiarów ma być zapisywany mniej więcej co 10us żeby zachować kształt przebiegów. Temperatura nie musi być rejestrowana zbyt często. Nigdy wcześniej nie bawiłem się w coś takiego przy takiej częstotliwości wiec stąd moje wątpliwości. Był bym bardzo wdzięczy gdyby ktoś je rozwiał.

    0
  • #5 06 Lip 2010 16:21
    atom1477
    Poziom 43  

    No to ARM jakiś chyba tylko da radę.

    0
  • #6 06 Lip 2010 16:35
    simoon87
    Poziom 9  

    atom1477 napisał:
    No to ARM jakiś chyba tylko da radę.


    A mogły mnie trochę naprowadzić na jakiś konkretny model?

    0
  • #7 06 Lip 2010 17:28
    markosik20
    Poziom 33  

    simoon87 napisał:
    atom1477 napisał:
    No to ARM jakiś chyba tylko da radę.


    A mogły mnie trochę naprowadzić na jakiś konkretny model?


    Może być coś ze "stajni" STM32. Modele STM32F103xx posiadają po dwa 12bit ADC, STM32F101xx tylko jeden. Ewentualnie coś z NXP, LPC17xx.

    0
  • #8 06 Lip 2010 17:57
    atom1477
    Poziom 43  

    Właśnie o takie mi chodziło jak by co.

    0
  • #9 06 Lip 2010 18:48
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    No i jeszcze trzeba by się zastanowić jak wysyłasz dane, czy je magazynujesz. Bo masz 2x100ksps, to daje spore pasmo potrzebne do transmisji danych. Czyli przydałoby się coś z USB.

    0
  • #10 06 Lip 2010 19:12
    janbernat
    Poziom 38  

    A jaką moc ma ta nagrzewnica?
    I o ile zmieni się moc (prąd, napięcie) w czasie np 100 okresów?
    Bo mam obawy że projekt idzie w kierunku skonstruowania szybkostrzelnej armaty do polowania na wróble.

    0
  • #11 06 Lip 2010 21:02
    simoon87
    Poziom 9  

    janbernat napisał:
    Bo mam obawy że projekt idzie w kierunku skonstruowania szybkostrzelnej armaty do polowania na wróble.


    I tu się bardzo mylisz:P jest to część mojej pracy inżynierskiej. Do istniejącej nagrzewnicy mam zrealizować układ rejestrujący napięcie, prąd, moc pobierana przez nią i temperaturę. Jest to stanowisko laboratoryjne w którym nagrzewana jest stalowa rura o średnicy zewnętrznej 24mm i średnicy wewnętrzny 13mm. Wiec jak widać nie jest to taki kosmiczny projekt jak uważasz. Nagrzewnica ta po porostu rozgrzać tą rurę do 150°C.

    janbernat napisał:
    ]A jaką moc ma ta nagrzewnica?

    Prawdę mówiąc dokładnie nie wiem, ale jest to kolo 1kW

    0
  • #12 06 Lip 2010 21:32
    janbernat
    Poziom 38  

    Czyli rura jest wpuszczana stopniowo w cewkę nagrzewnicy i wychodzi też powoli?
    Czy też cewka jest na tyle długa że wkładamy rurę i włączamy nagrzewnicę?
    Bo dalej podejrzewam że mam rację.
    Rejestracja chwilowych zmian mocy w trakcie wpuszczania rury w cewkę oznacza pomiar mocno zniekształconego prądu- pod warunkiem że rura jest wpuszczana bardzo szybko w cewkę.
    Wtedy warunek "przynajmniej 2xcześciej" jest za słaby.
    Ale w takim przypadku - rura wpychana w cewkę nagrzewnicy z szybością większą niz odpowiednik przeliczenia 10kHz- po prostu wybuchnie.
    To nie są z mojej strony złośliwości- ten projekt idzie w złą stronę.
    Przecież bezwładność termiczna i wytrzymałość mechaniczna tego układu jest o parę rzędów wielkości mniejsza niż to co chcesz mierzyć.
    A to że jest to praca inżynierska- za moich starych czasów asystent by za zgłoszenie takiego pomysłu mnie wyśmiał i wysłał do przedszkola.
    I tak czasem bywało- wracałem do domu z podkulonym ogonem.
    Bo to jest nie tylko elektronika.

    0
  • #13 07 Lip 2010 12:33
    simoon87
    Poziom 9  

    Cewka jest na tyle długa ze wsadza się rurę i włącza nagrzewnice. wygląda to tak:
    Mikrokontroler do pomiaru napięcia, prądu i mocy - pytanie

    janbernat napisał:
    warunek "przynajmniej 2xcześciej" jest za słaby.


    pokaz mi zdanie w którym tak napisałem? Napisałem ze pomiar ma być co 10us. Możesz liczyć na wszystkie sposoby i jest to dużo więcej niż 2 razy

    janbernat napisał:
    A to że jest to praca inżynierska- za moich starych czasów asystent by za zgłoszenie takiego pomysłu mnie wyśmiał i wysłał do przedszkola.


    I tu cie zaskoczę raz kolejny, tematu sam nie wymyśliłem. Wybrałem go z listy wiec wątpię że znajdowały się na niej tematy nie do zrealizowania.

    0
  • #14 07 Lip 2010 12:54
    arturavs
    Poziom 39  

    Wystarczy pomiar co np. 100 ms. Duża bezwładność termiczna spowoduje to , że w ciągu np. 300 ms będziesz miał takie same odczyty.


    Czy w temacie miałeś odgórnie ustalone warunki i szybkość pomiaru?

    0
  • #15 07 Lip 2010 14:49
    janbernat
    Poziom 38  

    Zajrzyj tu:
    http://www.portalnaukowy.edu.pl/ind_heater_1.htm
    Nie chodzi o to że wybrałeś zły temat.
    Wybrałeś złą metodę pomiaru.
    Pomiar wartości chwilowej napięcia i prądu sinusoidalnego pozwoli oczywiście obliczyć moc ale niepotrzebnie skomplikuje układ.
    Pomiar przez "prostownik idealny" na wzmacniaczu operacyjnym co kilkaset ms będzie równie dobry a znacznie prostszy w konstrukcji.
    Ze wzmacniacza na przetwornik AC w procesorze i przemnożyć.
    P.S.
    Jeszcze to:
    http://pl.wikipedia.org/wiki/Przek%C5%82adnik_pr%C4%85dowy
    Bo masz tylko prąd przemienny- wystarczy taki przekładnik- jest tani i do zrobienia samemu.
    A nie wiem ile kosztuje ten na hallotronach.

    0
  • #16 08 Lip 2010 17:57
    simoon87
    Poziom 9  

    arturavs napisał:
    Czy w temacie miałeś odgórnie ustalone warunki i szybkość pomiaru?

    Nie, nie miałem określonych warunków.

    Sorry ale trochę nie rozumień co daje mi ten prostownik skoro i tak muszę rejestrować wartości chwilowe prądu i napięcia gdyż jest tak napisane w temacie pracy.

    Przeglądałem trochę dokumentacje ARMów i spodobał mi się STM32F107. Czas konwersji A/C to 1us wiec chyba nada się idealnie.

    0
  • #17 08 Lip 2010 18:13
    atom1477
    Poziom 43  

    Tak nie da rady. Co z przesunięciem fazy?
    Potrzeba albo szybki analogowy układ mnożący, albo próbkowanie co najmniej 100kHz i obliczanie mocy programowo.

    0
  • #18 08 Lip 2010 18:30
    piotr5000
    Poziom 21  

    Aby zachować warunek jedoczesności pomiaru , proponuje trzy procesory z przetwornikami pomiarowymi ADC , rozpoczynające pomiar w momencie wystąpienia zewnętrznego impulsu synchronizującego . A tak poważnie to wziąłbym oscyloskop dwukanałowy i zobaczył jak w rzeczywistości wyglądają przebiegi napięcia i prądu .

    0
  • #19 08 Lip 2010 18:36
    atom1477
    Poziom 43  

    A na cholerę? I na cholerę 3? Wystarczyły by dwa.
    Ale jeden też wystarczy. STM32F103 ma dwa przetworniki ADC więc jeden STM wystarczy do robienia jednoczesnych pomiarów prądu i napięcia.

    0
  • #20 08 Lip 2010 18:38
    piotr5000
    Poziom 21  

    przepraszam rozpędziłem się .... oczywiście 2

    0
  • #21 08 Lip 2010 19:27
    PiotrPitucha
    Poziom 33  

    Witam
    Arturavs popieram Twoją koncepcję, taki kawał rury ma w procesie nagrzewania będzie miał dynamikę żółwia, co 100mS będzie aż za często, w końcu jeśli dojdzie do przedstawienia wykresu czy tabeli pomiarowej to nie będzie wielkiego sensu prezentowania czegoś co nie zmienia się przez kolejne 10000 okresów ani malowania tego na papierze toaletowym jak w znanej reklamie telewizyjnej :).
    Przedstawianie mocy w odcinku mniejszym niż okres przebiegu też mija się z celem.
    Co do koncepcji to ściągnąłbym mierzone wartości analogowo stosując odpowiednie przetworniki, nie prostownik idealny ale na przykład przetwornik wartości skutecznej czy średniej ( w zależności co będziemy potrzebowali ), chyba że pytający bardzo chce się bawić w szybkie liczenie to DSP, tylko nie bardzo widzę sens, no może finansowy bo przetworniki wartości skutecznej kosztuję kilkadziesiąt złotych, ale czas poświęcony nad analizą masy danych kosztuje więcej, spłaciłby się pewnie przy kilkuset sztukach.
    Piotr

    0
  • #22 08 Lip 2010 20:54
    janbernat
    Poziom 38  

    Ponieważ to jest zwykła sinusoida- bo inaczej być w zasadzie nie może- to można to łatwo przeliczyć.
    Zamiast stosować przetwornik wartości skutecznej- zwykłe przeliczenie.
    simoon87- podaj pełny tytuł Twojej pracy.
    Bo część odpowiedzi mogę podać od razu- moc chwilowa w takim układzie będzie stała.
    Ale oczywiście można stosować pomiar co 1us.
    Tylko pomiar przesunięcia fazowego między prądem a napięciem tę dokładność "zje".

    0
  • #23 08 Lip 2010 22:09
    PiotrPitucha
    Poziom 33  

    Witam
    Nie wiemy czy to sinusoida, po pierwsze generator może podawać bardzo odkształcone napięcie, przy tej mocy może być to wprost kluczowane prostokątem.
    Druga sprawa to nasycanie rdzenia myślę że przy tej mocy może mieć wpływ na kształt prądu w cewce.
    Na miejscu autora pytania zainteresowałbym się konstrukcją elektronicznych liczników energii, skoro zakłady energetyczne stosują to do rozliczeń finansowych to pewnie z dokładnością jest nienajgorzej.
    Częstotliwość większa ale zasada pomiaru będzie identyczna.
    Piotr

    0
  • #24 08 Lip 2010 22:35
    atom1477
    Poziom 43  

    Ale w takim mierniku nie ma nic odkrywczego.
    Problemem właśnie jest to że częstotliwość jest inna i z tego powodu nie można użyc klasycznych mierników mocy (50Hz).

    0
  • #25 08 Lip 2010 22:48
    simoon87
    Poziom 9  

    Temat pracy:
    Modernizacja stanowiska laboratoryjnego do nagrzewnia indukcyjnego 10kHz

    Zadania szczegółowe:
    - Przegląd problemów pomiarowych na stanowisku nagrzewnicy indukcyjnej 10kHz
    - Opracowanie koncepcji układu do pomiaru i rejestracji temperatury, prądów, napięć i mocy pobieranej przez układ
    - Projekt i wykonanie modernizacji stanowiska
    - Wykonanie badań wykazujących przydatność modernizacji

    Nagrzewnica zasilana jest z rezonansowego falownika IGBT, regulacja mocy odbywa się za pomocą metody PDM (Pulse Density Modulation)

    0
  • #26 08 Lip 2010 23:55
    PiotrPitucha
    Poziom 33  

    Witam

    Cytat:
    Opracowanie koncepcji układu do pomiaru i rejestracji temperatury, prądów, napięć i mocy pobieranej przez układ

    To zmienia zasadniczo zasadę pomiaru, jeśli nie mierzysz prądu w cewce tylko prąd pobierany przez układ to upraszcza pomiary....
    Jeśli dobrze zrozumiałem PDM służy do zasilenia falownika i masz mierzyć napięcie i prąd dostarczony do falownika.
    Co do czasów próbkowania to względnie łatwo możesz oszacować czas po którym Twoja próbka się nagrzeje do wymaganej temperatury i podziel ten czas na tyle próbek by wygenerować ładny wykres.
    Piotr

    0