Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Europejski lider sprzedaży techniki i elektroniki.
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Cyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznych

gandal92 27 Paź 2017 12:00 4179 9
  • Witam,
    Chciałbym przedstawić urządzenie umożliwiające pomiar parametrów odbiorników elektrycznych, które wykonałem w ramach pracy dyplomowej.

    Urządzenie umożliwia pomiar takich parametrów jak:
    1. Napięcia zasilania (trueRMS)
    2. Natężenia pobieranego prądu (trueRMS)
    3. Moc czynna, bierna, pozorna (możliwość wskazania wartości maksymalnej 15 minutowej, maksymalnej podczas całego cyklu pracy urządzenia)
    4. Współczynnika mocy
    5. Pobranej energii elektrycznej
    6. Częstotliwości sieci zasilającej

    Parametrami mierzonymi są napięcie zasilania i natężenie prądu elektrycznego, częstotliwość próbkowania 1kHz. Reszta parametrów wyznaczana programowo z wykorzystaniem modułu Arduino Leonardo.

    W wersji podstawowej możliwe jest wyświetlenie mierzonych parametrów na wyświetlaczu znajdującym się na obudowie. Zmiana wyświetlanego parametru na wyświetlaczu LCD za pomocą przełącznika wielopozycyjnego. Urządzenie w połączeniu z komputerem umożliwia archiwizację i wizualizację przebiegów mierzonych parametrów - w chwili obecnej z wykorzystaniem np. Arduino IDE i wyświetlania wartości portu szeregowego oraz ich eksport do excela.

    Stan obecny:
    Schemat elektryczny:
    Cyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznych

    Urządzenie dostosowane jest do pomiaru parametrów odbiorników elektrycznych zasilanych napięciem sieciowym o poborze prądu nie przekraczającym 16A.

    Porównano pomiar urządzenia z domowym licznikiem energii elektrycznej. Różnica wskazań po 12 godzinnym pomiarze wynosiła około 3%. Na różnicę wskazań obu urządzeń najprawdopodobniej wpływa mało dokładny pomiar napięcia zasilania i natężenia prądu. Minimalny błąd bezwzględny pomiaru napięcia zasilania wynosi około 0,7V (błąd na wejściu do mikrokontrolera nie uwzględniałem błędu wynikającego z uproszczenia obliczeń). Minimalny błąd bezwzględny pomiaru natężenia prądu elektrycznego wynosi około 0,04A (błąd na wejściu do mikrokontrolera nie uwzględniałem błędu wynikającego z uproszczenia obliczeń).

    Parę zdjęć urządzenia:
    Cyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznychCyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznychCyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznychCyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznychCyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznychCyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznych





    Usterki w trakcie realizacji:
    1. Poprawa obwodów drukowanych
    2. Podmiana transformatora zasilającego na transformator o większej mocy.

    Plan rozwoju:
    1. Pełne wykorzystanie możliwości sprzętowych układu (niewykorzystane 2 wzmacniacze operacyjne i 2 wejścia analogowe w Arduino Leonardo). Schemat propozycji ulepszenia dotyczy zwiększenie rozdzielczości pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Można zastąpić 1 z 3 modułów mierzących natężenie prądu modułem zwiększającym rozdzielczość mierzonego napięcia. Jednak opcja ta wymaga jeszcze przeliczenia, które rozwiązanie będzie bardziej dokładne. W celu ręcznego zwiększania dokładności pomiaru można zastąpić rezystory (R14; R16) oraz (R12; R17) potencjometrami. Na obu potencjometrach powinna być ustawiana ta sama wartość. Różne wartości spowodują przesunięcie się 0 pomiarów. Zmiana nastaw potencjometru spowoduje zmniejszenie zakresu pomiarowego na danym wzmacniaczu.
    2. Dodanie Wifi/ethernet-shield + SD do Arduino: wizualizacja i archiwizacja danych dostępnych przez stronę internetową.
    3. Usunięcie zasilacza z osobnej płytki dla Arduino i dodanie do transformatora zasilającego układu LM7805.

    Schemat propozycji ulepszenia:
    Cyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznychCyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznych


    Fajne!
  • #2 27 Paź 2017 15:39
    R-MIK
    Poziom 38  

    Nie myślałeś o użyciu do pomiaru napięcia, zamiast transformatora wzmacniacza izolowanego?

  • #4 27 Paź 2017 18:21
    RometFan;p
    Poziom 26  

    Dlaczego to jest takie duże? Plytka, nie ma zbyt wieku elementów, a całość zajmie kawał biurka. Czy na etapie projektowania nie myślałeś o zastosowaniu mniejszych komponentów?

  • #5 28 Paź 2017 01:36
    gandal92
    Poziom 4  

    @R-MIK - muszę przyznać, że nie brałem pod uwagę wykorzystania wzmacniacza izolowanego ze względu na fakt, że transformator , który wykorzystałem jako transformator pomiarowy już miałem więc nie musiałem go kupować.
    @Sareph - mój błąd, rozdzielczość
    @RometFan;p - większość elementów jest z odzysku, obudowa została dopasowana do efektu końcowego. Można zmniejszyć rozmiary urządzenia np. pozbyć się wyłącznika nadprądowego, osobnego zasilacza do Arduino(w zamian za to dołożyć lm7805), zrezygnowanie z wyświetlacza LCD+przełącznika wielopozycyjnego na rzecz wifi-shield i wskazywanie wszystkich danych na serwer zmniejszy rozmiar do rozmiarów około 13x13cmxwysokość wystarczająca do zamontowania gniazdka sieciowego i transformatora zasilacza. (w chwili obecnej rozmiar obudowy jest porównywalny do kartki a4).

  • #6 29 Paź 2017 00:02
    R-MIK
    Poziom 38  

    Pomiar mocy robiłeś według noty Atmela?

  • #7 29 Paź 2017 08:20
    W.P.
    Specjalista - zasilacze komputerowe

    Zastanawia mnie połączenie R2 z R3,15,16,17 na schemacie w #1. Te ostatnie połączone są równolegle.
    Czy to chochlik, czy bardzo precyzyjne dostrojenie do ostatecznej wartości 39,02K?

  • #8 29 Paź 2017 22:20
    gandal92
    Poziom 4  

    @R-MIK
    http://www.atmel.com/Images/Atmel-2566-Single...ter-with-Tamper-Detection_Ap-Notes_AVR465.pdf
    Odnosząc się do powyższej noty: pomiar mocy czynnej wykonałem identycznie jak w nocie. Moc pozorna jako wynikowa wartości skutecznych prądu i napięcia (wartości skuteczne wyliczane programowo). Współczynnik mocy i moc bierna jako wynikowe wyliczane programowo.

    @W.P.
    Rezystor R2 powinien być dobrany na tę samą wartość co rezystory R8, R9, R10, R11.
    Rezystory (R3,R6);(R13,R15);(R14,R16),(R12,R17) rozpatrywane parami jako wejścia wzmacniacza. Spis wzmacniaczy i ich maksymalna wartość mierzona dla 0-5V na wyjściu wzmacniacza:
    W01A - pomiar napięcia +/- 350V (aby uwzględnić ewentualne przepięcia, wartość napięcia można regulować potencjometrem którego wartość domyślnie została ustawiona na 5,6k)
    W01B - pomiar natężenia prądu +/- 16A
    W01C - pomiar natężenia prądu +/- 8A (dwukrotne zwiększenie wartości obu rezystorów R14,R16 powoduje że sygnał wyjściowy dalej jest symetryczny względem napięcia źródła odniesienia +2,5V ale wzmacniacz ulega nasyceniu przy o połowie mniejszej aplitudzie
    W01D - pomiar natężenia prądu +/-1A analogicznie jak wyżej
    Aplikacja powyższych wzmacniaczy przedstawiona na poniższym schemacie:
    Cyfrowy miernik paramterów odbiorników elektrycznych

  • #9 29 Paź 2017 22:29
    jaclew
    Poziom 15  

    Drugi schemat byłby bardziej czytelny gdybyś nie rysował linii zasilania i GND do każdego elementu, a zastosował symbolikę jak na pierwszym schemacie.
    I nie rozumiem tego, że pierwszy schemat podpisujesz "stan obecny", a nieco dalej fotki pokazujące coś innego.
    Na samym dole z kolei obrazek podpisany "Schemat propozycji ulepszenia". Źle się to ogarnia jak dla mnie.

    Program na Arduino obliczający trueRMS tak ogólnie to jaką ma konstrukcję? Dlaczego robisz trueRMS dla napięcia sinusoidalnego?
    I czy częstotliwość napięcia sieci jest konieczna do pomiaru? Odbiega ona od 50 Hz +/- 1% ?

    Samo wykonanie - montaż kabelkami na piny nie przekonuje mnie jakoś.
    Gdzie na schemacie jest ten obrotowy przełącznik do zmiany wyświetlanych danych na LCD?
    Mógłbyś pokazać jak prezentują się te ekrany?

    Generalnie projekt ciekawy z potencjałem rozwoju na przyszłość.

  • #10 29 Paź 2017 22:48
    gandal92
    Poziom 4  

    @jaclew dzięki za uwagi, postaram się je uwzględnić. Schemat pierwszy jest schematem stanu obecnego urządzenia. Schematy na końcu są tylko teoretycznym rozważaniem nad tym, w którą stronę chcę rozwinąć urządzenie i do czego może ono mi się jeszcze przydać.
    True RMS niezbędny do poprawnego wyznaczenia mocy urządzenia a następnie (patrz post wyżej link do strony Atmela str 15 "Active power measurement).
    Częstotliwość napięcia zrobiona tylko i wyłącznie dla mojego kaprysu (pomyślałem że będę mógł wykorzystać w czymś innym).
    Co do wykonania to sam mam pewne zastrzeżenia, z perspektywy czasu (urządzenie było wykonane w zeszłym roku) zmieniłbym w nim sporo elementów. Jednak jest to moja pierwsza przygoda z praktycznym zastosowaniem wiedzy więc jestem świadomy tego, że rozwiązanie nie jest pozbawione błędów.
    Przełącznik obrotowy znajduje się jedynie na schemacie prototypowym potencjometr RV3(pierwszy schemat dotyczy tylko wykonania płytki PCB). Początkowo używałem potencjometru bo był pod ręką jednak w wersji użytkowej był mały problem z odpowiednim obrotem dla uzyskania danej wartości na wyświetlaczu. Zastosowanie przełącznika z wlutowanymi rezystorami pozwoliło na dalsze wykorzystanie tylko 1 wejścia (analogowego) do Arduino i uzyskiwanie powtarzalnej wartości napięcia dla danej pozycji.

 Szukaj w ofercie
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME