[Solved] Arduino - pomiar prądu i napięcia 400V AC

Witam,

Mam transformator 230V / 400V (1fazowy) . Chciałbym wejściem analogowym w Arduino mierzyć wartość napięcia strony wtórnej.
Przy 230V AC nie ma problemu bo są dostępne transformatory 230/5V....
Jak podejść do pomiaru strony wtórnej 400V AC ?

Na aukcji są aktualnie dostępne małe 0,35W trafa 380V/12V.

A ja potrzebuję 5V

Dzielnik... rezystancyjny, z kompensacją napięcia...

Jaką byście polecili metodę pomiaru napięcia 0-400VAC , prądu (0-4)A AC oraz częstotliwości 0-600Hz na Arduino ?

Na milion sposobów.
Musisz sprowadzić wszystko do potencjałów właściwych elektronice sterownika. Zakładam, że tym samym mierzysz i U i I.

Najprościej i najbezpieczniej transformować napięcie (transformator) i prąd (przekładnik). Tu masz niskie napięcia, które możesz z jednej strony uziemić, wyprostować i pomierzyć. A jak umiesz to i bez prostowania pomierzyć.
Inne metody są niebezpieczne bo grzebiesz się w dużych potencjałach a i pomiar prądu to już sztuka, jeśli miałby być mierzony na potencjale fazy...

Pozostań przy transformowaniu.
Transformator to już wiesz, a przekładnik to również taki transformator tylko o małej licznie zwojów po pierwotnej i większej po wtórnej (miernik cęgowy jest takim "przekładnikiem").
600Hz to trochę już dużo i należałoby zwrócić uwagę na blachy transformatorów.

W przypadku beztransformatorowym dzielnik napięcia to rzecz prosta. Pomiar prądu to albo na dole (nie na potencjale fazy) albo stosując dedykowane konwertery (popatrz na dedykowane do tego AD629, LT1787,...) lub pływające układy z wzmacniaczami izolowanymi (np. HCPL-7800).

Przyznam, że trzeba mieć tu trochę wiedzy. ale da się pójść każdą z dróg. Owszem są w różnych metodach różne dokładności, ale jaką chcesz osiągnąć dokładność na Arduino (pewnie jakaś ATMega). Procenta da się uzyskać.
A w ogóle to są dedykowane układy do pomiarów w systemach napędowych mierzące prądy w poszczególnych fazach. Na tym niczego nie robiłem, musisz poszukać.

Jeśli chodzi o napięcie to sprawa prosta. Transformator i na wejście analogowe mikroprocesora pomiar napięcia.

Zastanawia mnie pomiar prądu. Prąd z zakresu 0-4A. Tutaj pasuje mi rozdzielczość chociaż 10mA. Na cęgach raczej takiego nie uzyskam ? Np. cęgami Dietza SCT-013-005 tego nie osiągne. Może lepszym rozwiązaniem byłby Czujnik prądu ACS714 -5A do +5A - moduł Pololu ?

To prawdopodobnie optymalny wybór.
Twierdzą, że zmieści się w 1,5%.
Chyba robiłbym na tym.
A i izolacja to 2kVrms.

@Damian7546 Zamiast wynajdywać koło od nowa, może prościej skorzystać z gotowych, scalonych układów pomiaru napięcia, prądu i mocy dla instalacji 3f? Tego typu rozwiązania ma w ofercie np. Analog Devices.
Tu masz np. przykład pomiaru napięcia przy pomocy AVR:
http://engineerexperiences.com/3-phase-voltage.html

Dalej nie wiem jak podejść do pomiaru napięcia jednofazowego 0-600 VAC ...Na samych dzielnikach zjechać do 5V ? Tochę niebezpiecznie...

Co masz na myśli pisząc "niebezpiecznie"?
Jeśli potrzebujesz izolacji galwanicznej to mały transformatorek albo dwa szeregowo albo trzy...

@Grzegorz7 Jak poniżej ma sens ?

Nie.
Dzielnik wejściowy: Na rezystorach wydzieli się zbyt duża moc!
Na wyjściu trafka do dolnego końca uzwojenie podłączasz po prostu masę. Tu coś przekombinowane jest.

Ale wróćmy na wejście.
Teoretycznie można dobrać rezystor szeregowo z uzwojeniem pierwotnym (dzielnik nie ma tu praktycznego zastosowania).
Problem w tym, że wszystko zależy od zastosowanego transformatorka.
Należałoby dobrać go eksperymentalnie.
Jeżeli takie małe trafko o mocy poniżej kilku VA pobiera (a jest to w zasadzie prąd jałowy) jakieś 5mA to rezystor powinien mieć na początek około 75k.
Niestety dalej trzeba dobrać go eksperymentalnie.

A moja sugestia jest następująca:
Wejście fazy na rezystor dalej na pierwotne trafka i powrotny do neutralnego sieci.
Trafko bardzo małej mocy.
Wtórne na dzielnik. Z dzielnika na port uC.
Drugi koniec wtórnego to masa po stronie uC.

Rezystor na wejściu powinien mieć moc na poziomie 10W.
Dla zabezpieczenia można włączyć równolegle z pierwotnym antyszeregowo po 2 diody zenera (razem 4 sztuki) na jakieś 200V (5W). Są takie stosowane w przetwornicach sieciowych. Do kupienia za kilka zł.
To tak na gorąco.

A najlepiej po prostu trafko przewinąć na wyższe napięcie lub zastosować 2 czy 3.
Nie mam teraz pod ręką. Ale mam na myśli takie trafka zalewane powszechnie stosowane w rozmaitych urządzeniach na szynę DIN, itp. Mają wielkość sześcianu o boku 3cm.

Dodano po 4 [minuty]:

Oczywiście należy zachować zasady bezpieczeństwa.

Dodano po 10 [minuty]:

Jeżeli chcesz mierzyć napięcie od 0 do ... to niestety układy z takim szeregowym rezystorem będą nieliniowe. Jak bardzo? To należy zbadać.
Druga kwestia częstotliwość. Jeśli wykraczająca ponad 50Hz to ponownie problemy z blachą.
Dlatego przewinąłbym jakieś tyrafko głośnikowe ze wzmacniacza lampowego...
Przewinął albo i nie. W końcu na anodach panują napięcia rzędu 400V... a częstotliwości to pasmo akustyczne.

Zawsze zwracać trzeba uwagę na izolację między uzwojeniami!

W świetle powyższego faktycznie warto stosować rozwiązania dedykowane, jak chociażby podał Kolega Tmf.

@Grzegorz7 To jakie gotowe rozwiązanie byś polecił do pomiaru napięcia od 0-600V ?

W elektronicznych licznikach energii stosowane są dzielniki rezystancyjne w torze napięciowym.
Ale tam nie bawią się w izolację galwaniczną.
I to cały problem w Twoich wymaganiach.

Kiedyś robiłem układ mierzący drobne zmiany na potencjale sieci i nieco wyższym. Taki wzmacniacz pomiarowy z izolacją galwaniczną.
Przeniosłem część pomiarową analogową na stronę wysoką a transmitowałem na niską jakimś układem optoelektronicznym. Zasilanie analogówki pływającej na wysokim potencjale realizowałem przetwornicą izolowaną. I to był główny problem; izolacja.
Bo rozmaitych transoptorów i wzmacniaczy tzw. izolowanych co nie miara dla izolacji sygnałów.
To kolejna możliwość: Zrobić wszystko po stronie wysokiej a przesyłać tylko obrobione sygnały na stronę niską...

W układach energetycznych nie pomogę. Zwyczajnie nie mam tu doświadczenia.

@odalladoalla
Na podstawie przesłanych przez ciebie materiałów poskładałem taki układ jak na zrzucie.


Nie jestem tylko pewien zasady działania transformatora ZMPT107 ... Ma sens taki układ ?

odalladoalla wrote:

To masz jeszcze coś, nie wiem czy widziałeś- może zmienisz koncepcję
https://www.the-diy-life.com/simple-3-phase-arduino-energy-meter/

To jest standardowo na dzielnikach pomiar napięcia ...
Zastanawiam się czy nic nie kombinować tylko zrobić to na dzielnikach ....

Ciekawa opcja. Tylko czym to odczytać?

Dodano po 1 [godziny] 6 [minuty]:

A gdyby zastosować tylko dzielnik napięcia, tak aby po dzielniku było do 1V i tym 1 voltem zasilać fototranzystor ?
Coś jak niżej:

Jeżeli to ma być pomiar obecności fazy to użycie transoptora bedzie ok (schemat wymaga zmian), a jeżeli do pomiaru wartości napiecia to nie bedzie to działać, a na pewno nie liniowo.

Pozdr

Zdecyduj się czego potrzebujesz...
Maiło być 0-600V. Zrozumiałem, że z równą liniowością mierzone w całym zakresie.
Miała być izolacja galwaniczna.
A teraz robią się z tego zwykłe dzielniki albo jakieś detektory obecności napięcia...

Jeszcze raz; co to ma być?
Układ ostatni z dzielnikiem i transoptorem to lichy pomysł. Niby jaką ma zaletę?
jeśli ma to być detektor istnienia półokresu dodatniego napięcia sieci to zwyczajnie ogranicza się prąd rezystorem szeregowym w obwodzie diody i równolegle do diody podłącza się diodę antyrównolegle.

Ma być pomiar napiecia 0-600v AC przez arduino.



@Slawek K. W takim razie skłaniał bym się ku temu rozwiązaniu.


Jak tylko dobrać R1 ?

Temat zapowiadał się ciekawie i ambitnie, a widzę że jest słabo bo sam autor chyba się pogubił, a i podstaw przy tym brakuje.
Nie abym się czepiał, ale uważam że projekty gdzie panuje napięcie zagrażające życiu wymagają wiedzy "ponad średnią"
Obwód z transoptorem pokazuje, że to prosta droga do kłopotów!

Dodano po 2 [minuty]:

Damian7546 wrote:

Jak tylko dobrać R1 ?

proszę, oto pdf gdzie zostało to opisane:
http://www.zeming-e.com/file/0_2013_10_18_093344.pdf

jaclew wrote:

Temat zapowiadał się ciekawie i ambitnie, a widzę że jest słabo bo sam autor chyba się pogubił, a i podstaw przy tym brakuje.
Nie abym się czepiał, ale uważam że projekty gdzie panuje napięcie zagrażające życiu wymagają wiedzy "ponad średnią"
Obwód z transoptorem pokazuje, że to prosta droga do kłopotów!

Jak zauważyłeś szybko porzuciłem temat z opto.

@jaclew początkowo rozmawialiśmy o ZMPT101B i też w ten sposób dobierałem R1 jak to jest opisane dla tego konkretnego modelu .Teraz jak zauważyłeś w schemacie zmieniłem trafo na ogólnie dostępne w PL. (A nie takie w którego dokumentacji przekładnia to 1000:1000 i na które musiałbym długo czekać.)

Trafo to 230/9 VAC 0,5VA...
Ponawiam więc pytanie . Czy do nowo wybranego transformatora dalej aktualny jest dobór rezystorów z instukcji do transformatora ZMPT101..? Według ww postu piszesz że tak. Po co w takim razie rezystor po stronie wtórnej ? Skoro tam już mam napięcie jakiego potrzebuję - 9V ?

Spójrz na schemat zastępczy transformatora i wówczas sens tych rezystorów jest oczywisty.
Np. tzw. idealny transformator o przekładni 1:1 jedynie izoluje układ wtórny od pierwotnego. Rezystory na wejściu i wyjściu stanowią dzielnik.

A skąd w opisie tego chińskiego cuda przekładnia 1000:1000 (to nadal 1:1)?
Sądzę, że wyrazili w ten sposób "precyzję". Poświadczają również liniowość na poziomie 1/1000.

Damian7546 wrote:

Chciałbym wejściem analogowym w Arduino mierzyć wartość napięcia strony wtórnej.
Przy 230V AC nie ma problemu bo są dostępne transformatory 230/5V....
Jak podejść do pomiaru strony wtórnej 400V AC ?

Jeżeli to nie musi mieć separacji od 400V należy zastosować typowe rozwiązanie czyli dzielnik oporowy.
Jeżeli musi to trafo np. TMP 30/023M/1.

Separacja od sieci 400V dotyczy problemu bezpieczeństwa- to nie jest techniczny wymóg.
Niewykluczone,że wystarczą dwa rezystory dzielnika - inaczej dwurezystorowy symetryczny dzielnik.

Damian7546 wrote:

ten sposób dobierałem R1 jak to jest opisane dla tego konkretnego modelu

Jak zatem jako R1 obliczyłeś na 4,7 k ? Podobnie z R2 - skąd te 50 omów ? (chodzi o transformator ZMPT101B)
Wg moich wyliczeń ma być odpowiednio około 400 k i 2,35 k (przy założeniu prądu pracy 1,5 mA i napięcia bipolarnego dla AD na 5 V)

Damian7546 wrote:

Czy do nowo wybranego transformatora dalej aktualny jest dobór rezystorów z instukcji do transformatora ZMPT101..?

Nie. Dla tego transformatorka obliczenia nie będą takie same. Ma on inną przekładnię i nie jest trafem pomiarowym.
Nie stosuj go jeśli zależy Ci na dokładności pomiaru.

Grzegorz7 wrote:

A skąd w opisie tego chińskiego cuda przekładnia 1000:1000 (to nadal 1:1)?
Sądzę, że wyrazili w ten sposób "precyzję". Poświadczają również liniowość na poziomie 1/1000.

Tak to nadal będzie 1:1 ale producent podając przekładnię jako 1000:1000 określa tu przy okazji maksymalne napięcie jakie może być transformowane przy gwarantowanej liniowości.
Czyli tu mamy max 1000 V @ liniowości <=0,2 %

Grzegorz7 wrote:

Rezystory na wejściu i wyjściu stanowią dzielnik.

Nie zgodzę się z tym, chociaż może na pozór to tak wyglądać.
Mamy w pdf tego trafka wzór na napięcie wyjściowe U2=(U1/R') x R , a to nie jest równanie dla typowego dzielnika rezystancyjnego.
Tu do obliczeń trzeba brać równanie przekładni dla tego transformatora: U1/U2 = I2/I1 = 1
Włączone po obu stronach odpowiednie rezystancje ustalają jego warunki pracy.

Jeżeli zależy na dokładności pomiaru (duża liniowość, małe błędy fazowe) to stosuj tego typu rozwiązania z transformatorami pomiarowymi.
Zapewniają też większą odporność na przepięcia występujące w sieci energetycznej, mają bowiem specjalną konstrukcję rdzenia i nawinięcia uzwojeń.
Ale gdy dokładność pomiaru nie jest kluczowa - zastosuj zwykłe trafo lub ostatecznie dzielnik rezystancyjny.
Twój wybór.
Pozdrawiam

Kolego ,wyjaśnij mi co mierzy na wejściu AD Arduino ?
Autor chce kontrolować napięcie 400VAC.

Układ z postu # 24 jest dla mnie dziwny.
Bo napięcia AC się tak nie mierzy.
Uwaga że wartość ujemna nie może przekraczać -1V ?
Wejście AD podejrzewam że służy do przetwarzania napięcia stałego.

Nie znam Arduino, dlatego zapytałem.