Pomiar mocy pobieranej z sieci przy użyciu uc

Witam serdecznie,

Chciałbym stworzyć projekt urządzenia, które by było w stanie mierzyć moc pobieraną przez odbiornik z sieci energetycznej. Pomijając rodzaj zastosowanego mikrokontrolera chciałbym przejść do sedna sprawy.

Jaki charakter ma napięcie na wyjściu przekładnika prądowego np PP-ASM-010 ? Czy to jest napięcie stałe czy zmienne "synchronizowane" z siecią ?
Drugie pytanie bezpośrednio wiąże się z pierwszym mianowicie czy zgodnie z notą mierzalna wartość dla w/w przetwornika 10A tyczy się natężenia maksymalnego czy "chwilowego" ?

Z góry wielkie dzięki.

Darek

Jeśli na pierwotnym jest zmienne, to na wtórnym będzie zmienne. Ani maksymalne, ani chwilowe. Znamionowe.

Racja źle się wyraziłem.
Rozumiem ze "ujemna" połówka jest wyprostowana ?

Idąc krok dalej jeśli zbuduje dzielinik napiecia oraz dorobie prostownik do niego bede w stanie z większą dokładnościa podać moc pobieraną przez obiornik ?

Nie, nie jest wyprostowana. Tam jest tylko przekładnik prądowy (zamienia prąd na prąd) oraz bocznik (zamienia prąd na napięcie, a konkretniej mierzony jest jego spadek).

Dzielnik napięcia nie będzie potrzebny. Ale prostownik aktywny dwupołówkowy oraz wzmacniacz owszem.

Polecam także Link.

Okej.
Dzieki to juz sie dowiedzialem kilku rzeczy.
Dzielnik i prostownik miał być wykorzystany do pomiaru napiecia sieciowego

W przypadku pomiaru mocy a nie napięcia chwilowego wystarczy w układzie podanym w linku dorobić filtr dolnoprzepustowy.
Ułatwi to pomiar.

W przypadku pomiaru mocy należy zmierzyć prąd oraz należy zmierzyć napięcie. Nie wiadomo, jaką moc potrzebuje mierzyć autor, także na tym może się nie skończyć. No i nie wszystkie prądy są sinusoidalnie zmienne. A w zasadzie nie we wszystkich okolicznościach.

Niedawno wykonałem podobne urządzenie (zakładam, że autor chce mierzyć moc czynną).

Quote:

Dzielnik i prostownik miał być wykorzystany do pomiaru napiecia sieciowego Wink

w takim przypadku wg jakiej teorii autor będzie obliczał moc?

trochę teorii...
Średnia wartość mocy chwilowej za całkowitą liczbę okresów jest nazywana mocą czynną co można napisać: P=UIcosθ (ta zależność jest całkowana/sumowana w licznikach montowanych w domach)
U,I - wartości skuteczne
θ-przesunięcie fazowe pomiędzy U,I.
Są to przebiegi przemienne a ich wzajemne przesunięcie jest jedna z kluczowych spraw (dlatego żadne prostowanie przed pomiarem nie powinno wchodzić w grę).
Wzór obowiązuje także dla wyższych harmonicznych a całkowita moc jest ich sumą.
Kolejną niedogodnością to pomiar u,i za czas równy całkowitej wielokrotności napięcia sieci - inaczej będą błędy (pomijam już przebiegi wynikłe z intermodulacji ).

jedno z rozwiązań..
Zastosować układ CS5460 który to próbkuje, wymnaża, sumuje wartości chwilowe napięcia i prądu odbiornika.
To samo oczywiście można wykonać na odpowiednio szybkim uk z przetwornikiem ADC biorąc odpowiednio dużą ilość okresów napięcia sieci.

Chodzi głownie o moc czynną. Niestety odbiornikiem będzie falownik z jednej fazy na 3 i później jak to bywa silnik 3 fazowy wraz z agregatem.

@ginar
Wydawało mi się że jeśli będe miał przebieg napiecia sieciowego właśnie z dzielnika wraz z prostownikiem lub ogranicznikiem napiecia na wejsciu przetwornika ADC oraz wartosc prądu z przekładnika prądowego i to również podam na wejście ADC i po odpowiedniej obróbce cyfrowej bede w stanie z dobrym przybliżeniem określić moc pobieraną przez urządzenie. Wiadomo układ opisany w duży uproszczeniu. Gdzie jest błąd w moim rozumowaniu ? I czemu niby nie moge prostować napięcia z sieci ? na prostowniku aktywnym celem dalszej obróbki ?

ginar wrote:

biorąc odpowiednio dużą ilość okresów napięcia sieci

Trochę niefortunne stwierdzenie jak na użytkownika elektrody tej klasy.

Linoge: Tak, z "dobrym" przybliżeniem to właściwe słowo. Ale co za pomiaru można się spodziewać, skoro sam przekładnik prądowy myli się o 10%. Kwestię dzielnika napięcia oraz separacji, a w zasadzie jej braku pomijam.

Niestety właśnie charakter obciążenia oraz wartość poboru prądu skłoniły mnie do refleksji tej natury. Zawsze można wziąć kilka czy kilkaset pomiarów do obróbki i już błąd statystycznie spada . W takim razie może z innej beczki na jakiej zasadzie działąja tanie i "ciut" droższe mierniki poboru energii ?

btw jak bardzo selektywne są te przekładniki prądowe ? Pozatym ciekawe czy po wstępnej kalibracji wyniki pomiarów mieściły by się w granicach +/-5%

Tanie, taki jak kiedyś miałem, to pewnie mierzą prąd i napięcie dosyć często i to całkuje, pewnie najprościej metodą prostokątów. Może dokładniej, metodą trapezów. Ale on mierzył moc pozorną, użytkownikom domowym w ogóle nie potrzebną. Te lepsze potrafią zmierzyć moc czynną zamiast pozornej. Jak sobie radzą z przebiegami odkształconymi, nie wiem. Tak czy inaczej, falownik wdzięczny do pomiaru raczej nie będzie.

Kolega się zastanowi, czy chce zbudować takie urządzenie, żeby się czegoś nauczyć, czy potrzebuje coś zmierzyć. Bo jak tylko zmierzyć, to polecam zakupić gotowe rozwiązanie. Wyjdzie dużo taniej i bardzo dużo szybciej.

Selektywne przekładniki prądowe ? Myli kolega pojęcia. I tego się nie kalibruje.

"licznik energii elektrycznej przesunięcie fazowe" i wiki.
Pomiar prądu przy użyciu przekładnika prądowego oznacza pomiar prądu- niezależnie od tego jak ten prąd po przekładniku jest mierzony- jako prąd czy też jest najpierw przekształcony na napięcie z prostownika.
I dokładność pomiaru nie będzie lepsza niż dokładność przekładnika i układu pomiarowego.
I najważniejsze- to jest wpięte w szereg z odbiornikiem.
Czyli jak odbiornikowi się zmieni oporność to i prąd się zmieni.
Pomiar napięcia oznacza wpięcie między wejście a wyjście odbiornika ustroju pomiarowego mierzącego napięcie- czy będzie izolowany od sieci czy nie- zależy od wymagań.
Jeśli wiemy jakie przesunięcia fazowe mają te układy to można to obliczyć moc.
Oczywiście w ramach hobby albo na zaliczenie.
Bo gotowe układy są- przykładowy podał ginar.

A tak w ogóle to dodatkowe pytanie do ginar. Jak kolega mierzy ten cos ? Projekt urządzenia trafił gdzieś na DIY ? Jeśli to możliwe, to chętnie się zapoznam z projektem.

sulfur wrote:

Selektywne przekładniki prądowe ? Myli kolega pojęcia. I tego się nie kalibruje.

Być może pomyliłem pojęcie. Chodziło mi o wpływ zakłóceń zewnętrznych np z pobliskiego silnika 3fazowego lub czegos podobnego na dokładnosc pomiaru przekładnika pradowego i czy np przebieg o innej czestotliwosci bedzie oddziałowywał na niego - ( więc tutaj raczej pojecie selektywności by się zgadzało).
Wiem że łatwiej jest kupic itd Z tym że będzie to część wiekszego urządzenia i być może będzie potrzebna wartość pobieranej mocy z sieci.

Moim zdanie kalibracji warto dokonać po złożeniu calego toru antenowego. Coś jak z ds'ami 18b20 dokładność niby 0.5*C ale po kalibracji .

Quote:

A tak w ogóle to dodatkowe pytanie do ginar. Jak kolega mierzy ten cos

Poprzedni wzór który podałem wynika bezpośrednio z tego:
$$P=\frac{1}{nT}\int u(t)i(t)$$(a)
-całkujemy w zakresie 0÷nT, n liczba całkowita, T okres napięcia sieci.
na podstawie powyższego wzoru (oczywiście dla wartości dyskretnych) można wyznaczyć moc czynną czyli wartość średnia mocy chwilowej
$$p(t)=u(t)i(t)$$ - moc chwilowa.

Wzór (a) jest słuszny także dla przebiegów odkształconych(wyższe harmoniczne będą całkowitą wielokrotnością częstotliwości sieci), które niewątpliwie wystąpią skoro obiektem pomiaru ma być falownik. W praktyczniej realizacji użyłem czasu pomiaru równemu n=50 okresów napięcia.
Błąd pomiaru zależał głównie od zakresu prądu odbiornika - bezstykowy pomiar prądu poprzez cęgi prądowe-gorzej radziły sobie z małym prądem.
Błąd przedstawiał się następująco (przy czym liczona była energia )

Reasumując.
W moim wypadku wystarczy wszystkie wielkości prądu czy też napięcia wrzucić na przetwornik ADC w procku po odpowiednich "przekształceniach". Użycie prostownika wydaje się być nawet konieczne. Jeśli zajdzie tak potrzeba można przecież zbudować detektor wartości "ujemnych".
Zgromadzoną liczbę próbek przechowywać w pamięci (lub na bieżąco liczyć choć to może zabrać zbyt wiele czasu) i później na podstawie całki przedstawionej powyżej metodą numeryczną policzyć moc pobieraną przez odbiorniki.

Quote:

Użycie prostownika wydaje się być nawet konieczne. Jeśli zajdzie tak potrzeba można przecież zbudować detektor wartości "ujemnych".

Jeśli zachowasz informacje o znaku napięcia/prądu - to tak.
Także twierdzenie o próbkowaniu powinno być wzięte pod uwagę.

Mógłbys się jeszcze pochwalić jakimi parametrami przetwornika Ty operowałeś ? Jakaś sugerowana liczba próbek na okres ?

W projekcie zastosowałem 4000 próbek/s - było to domyśle ustawienie dla przetwornika CS5460a

Niestety jestem zmuszony korzystać z wbudowanego w atmęgę.

Linoge wrote:

Być może pomyliłem pojęcie. Chodziło mi o wpływ zakłóceń zewnętrznych np z pobliskiego silnika 3fazowego lub czegos podobnego na dokładnosc pomiaru przekładnika pradowego i czy np przebieg o innej czestotliwosci bedzie oddziałowywał na niego - ( więc tutaj raczej pojecie selektywności by się zgadzało).

Informacja 1: przekładnik prądowy to transformator pracujący w warunkach zbliżonych do zwarcia (w pewnym dużym uproszczeniu). Należy się więc spodziewać, że w jakimś stopniu wyższe harmoniczne będzie tłumił.
Informacja 2: przekładnik prądowy ma swoją klasę. Np 0,5 (często różną w zależności od obciążenia, ale czasowo pomińmy). Klasa 0,5 mówi, że przyrząd myli się o 0,5% przy znamionowym prądzie. Zatem jeśli przekładnik jest 30/5, to myli się o 150mA. Ale to 150mA to jest jak mierzy 30A i jak mierzy 1A. Jak jest 1A i 150mA błędu to jest 15% (pomimo, że klasa jest 0,5).

Linoge wrote:

Moim zdanie kalibracji warto dokonać po złożeniu calego toru antenowego. Coś jak z ds'ami 18b20 dokładność niby 0.5*C ale po kalibracji .

Ale co i jak kolega chce kalibrować, no może ewentualnie poza wzmocnieniem wzmacniacza. Nic innego skalibrować się nie da.

Czyli potrzebny jest przekładnik prądowy i przekładnik napięciowy.
I prostowniki- do pomiaru prądu i do pomiaru napięcia.
W tym wypadku jednopołówkowe- dla napięcia/prądu ze znakiem +i dla napięcia/ prądu ze znakiem -.
Cztery prostowniki jednopołówkowe i do nich cztery wzmacniacze.
No i cztery kanały ADC.

No to jak potrzebne są cztery kanały, ATmega8 ADC ma maks 15kSPS, i połowa próbek z tego nie będzie brana pod uwagę, to jest maksymalnie 1875 próbek na sekundę.

No nie upieram się- ale w wypadku pomiaru mocy i nożliwości przesunięcia fazy między prądem a napięciem trzeba jakoś rozpoznać czy mamy połówkę dodatnią czy ujemną.
Mozna to zrobić na prastowniku dwupołówkowym- wtedy dwukrotnie rzadziej przełączamy kanały.
Ale trzeba też wtedy "poinformować" procesor czy mierzy dodatnią czy ujemną połówkę.
Komparator równolegle do wejścia prostownika i jakiś polling na procesorze.
Z tym są związane pewne błędy bo komparator ma jakąś histerezę.
Czyli- już mierzymy połówkę dodatnią a komparator podaje że jeszcze ujemna.
Z dokładnością do 1-2mV.
Można to pewnie zrobić programowo- skoro było minimum napięcia to teraz mierzymy tę drugą połówkę- a komparator w czasie tego pomiaru podaje którą.

[quote="sulfur"]

Linoge wrote:

Linoge wrote:

Moim zdanie kalibracji warto dokonać po złożeniu calego toru antenowego. Coś jak z ds'ami 18b20 dokładność niby 0.5*C ale po kalibracji .

Ale co i jak kolega chce kalibrować, no może ewentualnie poza wzmocnieniem wzmacniacza. Nic innego skalibrować się nie da.

Po prostu przebadam ewentualne wskazania takiego miernika z miernikiem wzorcowym i postaram (" prawie jak na laborkach" ) by mój miernik pokazywał mniej więcej wskazanie miernika wzorcowego. Już tak robiłem by wynik wyznaczany podstawowych obliczen był poddawany jako argument funkckji korekcyjnej. Rezulatat spełniał oczekiwania.

Tak się zastanawiam czy nie mogę pominąc tej ujemnej połówki ? Zmierze tylko wyprostowaną dodatnią ( druga załóżymy będzie "symetryczna" ) skrócę czas pomiaru (okres) i tak powinienem otrzymać w miarę podobny wynik do tego przy uwzględnieniu dwóch połówek. Domniemam iż przesuniecie fazowe nie będzie większe niż zakładane będę oczekiwał przejścia przez zero "prądu". Potem zrobie jego symetryczne odbicie względem OX i otrzymam "ujemną" połówkę. Z pomiaru "opóźnienia" prądu mogę nawet spróbować wyznaczyć cos.

ps. 1 mV bym się nie przejmował ze względu na przetwornik wbudowany w atmedze.

Jeśli się poczyni pewne założenia, to można wszystko. Z drugiej połówki bym nie rezygnował, bo taki pomiar to sobie będzie można w buty wsadzić. Dyskusja odbywa się na poziomie, jak to powinno być zrobione dobrze. Ile poruszanych tu kwestii zostanie zaniedbanych to już sprawa konstruktora. Sprzęt coś zmierzy. Ale co, bo na pewno nie energię pobraną przez odbiornik.

Zamiast obliczać te drugą połówkę można całość przemnożyć przez dwa.
Sprawa założonej dokładności.
Ale tak sie zastanawiam- na wejściu do falownika jest prostownik.
Tak że te dwie połówki wcale nie muszą być symetryczne.

Według mnie nie ma potrzeby mnożenia przez 2 . Tylko okres zmniejszyć o połowę. Niestety nie mam doświadczenia z falownikami dlatego potrzebowałem rady. Z punktu widzenia "wdrożeniowca" muszę zbudować coś co będzie działać a nie będzie wymagało zbyt wielu części . Szczególnie drogich części.

No ale układ podany przez ginar kosztuje 4$- to nie jest chyba bardzo drogo.
Przekładnik pradowy-kilkanaście zł- a i tak jest konieczny.
Napięciowy-nie wiem- ale może być zwykły transformator.