Dodajanje DC komponente

[Lovro7]

Pozdravljeni,
Zanima me, kako dodati DC komponento delilniku napetosti, da bom lahko z mikrokrmilnikom meril napetost med fazo in nulo.

Za merjenje toka bom to rešil z uprovnim delilnikom, na keterega bo povezan tokovni transformator da bo napetost na A/D pretvorniku med 0,5 in 2,5V.

Kako pa bi to naredil na veji za merjenje napetosti?

Gnd vezja sem povezal na N, ki bo služila kot referenca za celotno vezje. Je to vredu?

Ne pride v poštev, da bi napetost usmeril in meril Vrms zaradi tega, ker bo mikrokrminik računal tudo kot faze.

[Lojz]

Morda bi ti tole odgovarjalo?

[Lovro7]

Morda bi ti tole odgovarjalo?

Seveda bi odgovarjalo ampak si takšne zadeve raje naredim sam. Predvsem zaradi učenja in ker je bolj zanimivo.

[reber]

Ti rabiš DC komponento dodat na N, da bo GND v primerjavi z N recimo 2,5V višje, potem boš imel možnost meritve negativne komponente, ki bo po delilniku šla pod 2,5V.
Tudi tok lahko meriš s hall senzorjem namesto tokovnim transformatorjem, imajo 0 enako pri 2,5V, če je napajanje 5V
Da bo zadeva točna, boš moral uporabiti natančne napetostne reference.
Če že delaš sam, da bo to resen izdelek, bi predlagal uporabo bolj natančnega, več bitnega in hitrejšega ADC, samostojen čip, ne tiste ADC v uC.

[mucek]

Naredis konkretni uporovni delilnik med N in L, da dobis zadostno izolacijo, v sredino pa manjsi upor. En konec tega peljes na GND, drugi na vhod opampa, ki ga offsetas.

(N)-1M-1M-1M-1M---100k---1M-1M-1M-1M-(L)

[Lovro7]

Ti rabiš DC komponento dodat na N, da bo GND v primerjavi z N recimo 2,5V višje, potem boš imel možnost meritve negativne komponente, ki bo po delilniku šla pod 2,5V.
Tudi tok lahko meriš s hall senzorjem namesto tokovnim transformatorjem, imajo 0 enako pri 2,5V, če je napajanje 5V
Da bo zadeva točna, boš moral uporabiti natančne napetostne reference.
Če že delaš sam, da bo to resen izdelek, bi predlagal uporabo bolj natančnega, več bitnega in hitrejšega ADC, samostojen čip, ne tiste ADC v uC.

Bom poizkusil kot je rekel mucek.

Kar se tiče ADC pa bo zadostoval tisti v ATmegi.
Za glavno krmiljenje pa bom uporabil ESP8266. Ta bo na vsakih 15 sekund poslal zahtevo za podatke v ATmego. Atmega pa bom na vsake 200uS naredila interupt, ki bo izmeril napetost in tok na fazi. Če uporabljam prescaker za ADC f/128 in je frekvenca 16MHz bo meritev trajala točno 20,8mS. En cikelj pri 50Hz pa je 20mS. Seveda bo tok izmerilo z malo zakasnitve kot napetost (104uS). To razliko pa bo popravil program v ESP-ju.

V RAMu bo torej 6 arreyev (V1, I1…), ki jih bo ATmega po končanih meritvah poslal v ESP. ESP bo poiskal najvišjo točko v seznamu toka in napetosti in iz razlike izračunal fazni kot. Upošteval bo tudi konstanto napaka, ki jo naredi ADC (zamik med napetostjo in tokom)

[Lovro7]

Naredis konkretni uporovni delilnik med N in L, da dobis zadostno izolacijo, v sredino pa manjsi upor. En konec tega peljes na GND, drugi na vhod opampa, ki ga offsetas.

(N)-1M-1M-1M-1M---100k---1M-1M-1M-1M-(L)

Hvala, bom poizkusil. Moram pa upoštevati notranjo upornost ADC, da bodo meritve prave.

[Lovro7]

Malo sem razmišljal in sem prišel do teuretične rešitve.

Ideja je, da bi uporovni delilnik znižal napetost na od -0,5 do 0,5V. To napetost bi nato ojačal operacijski ojačevalnik na nivo primeren za ADC.
Ker bo -V pin na GND napetost ne bo pod 0V.

Ali bi delovalo?

Mikrokrmilnik ne potrebuje celotnega sinusnega vala za meritve. Napetost in tok bo izračunal iz najvišje vrednosti in korena od 2. Za fazni kot pa sem že napisal kako.

[ivor]

Lahko tudi brez OA, z RC členom:

[Lovro7]

Lahko tudi brez OA, z RC členom:

Če prav razumem izračunam vrednost uporov med L in N tako, da bo maksimalna amplituda faze med -2V in 2V.
Druga 2 upora pa, da bo normalna napetost 2.5V.

Kako pa izračunam kondenzator?

[ivor]

Kako pa izračunam kondenzator?

Kondenzator je odvisen od vrednosti uporov na obeh njegovih straneh. Dobro je, če sta upora R, ki sestavljata napetostni delilnik 5V, veliko večja kot spodnji upor delilnika omrežne napetosti. Potem mora biti kapacitivnost kondenzatorja tako velika, da je njegova impedanca pri 50Hz, vsaj 20 krat manjša, kot je upornost R. Pri kapacitivnosti lahko zelo pretiravaš.
V vsakem primeru se bo pri meritvah pojavila neka večja ali manjša sistemska napaka, ki jo bo treba pri sami meritvi upoštevati, če zahtevaš določeno točnost.
V skrajnem primeru lahko dodaš še en dodatni upor proti napetostnemu delilniku R-R.

[PPG78]

Upoštevaj da je N tudi GND del procesorja in da lahko "poka" če kaj ni pravilno zvezano; od programatorja in računalnika.

Predlagam da meritev izvedeš preko enega manjšega transformatorja, tako dobiš izolacijo med nevarno napetostjo in elektroniko, uporovni delilnik pa preračunaš na sekundarno napetost.

LP, Peter

[dejko1]

Tole kar kliče po izoliranem programatorju

Drugače pa PG je veliko bolj varen za uporabo kot ground, ker N in L sta le pol obrata vtiča narazen od zamenjave.

Koliko bo pa napetost popačena, če jo vzameš na sekundarju napajalnega transformatorja? Transformator sicer verjetno pokvari vsaj fazne zamike?

[ivor]

Če merilnik ne bo galvansko ločen od električnega omrežja, potem mora biti popolnoma zaprt v izolirano škatlo, podobno tistemu, ki ga je predlagal Lojz, brez možnosti dotika elementov v notranjosti.
Sistem: glej me, ne dotikaj se me!

[Lovro7]

Če merilnik ne bo galvansko ločen od električnega omrežja, potem mora biti popolnoma zaprt v izolirano škatlo, podobno tistemu, ki ga je predlagal Lojz, brez možnosti dotika elementov v notranjosti.
Sistem: glej me, ne dotikaj se me!

Merilnik bo tako ali tako v elektro omari zraven števca. ESP pa bo pošoljal podatke na moj server.

Imam pa slabe izkušnje z vezjem za 230V

[Lovro7]

Tole kar kliče po izoliranem programatorju

Drugače pa PG je veliko bolj varen za uporabo kot ground, ker N in L sta le pol obrata vtiča narazen od zamenjave.

Koliko bo pa napetost popačena, če jo vzameš na sekundarju napajalnega transformatorja? Transformator sicer verjetno pokvari vsaj fazne zamike?

Vezje bo priklopljeno (merilni del) direktno za števec tako da do zamenjave ne bi prišlo. Napajanje za vezje pa bo priklopljeno prek FID stikala in 6A varovalke.

[bostjang]

Kondenzator iz prve ivorjeve sheme ni potreben. Potrebuješ samo desna dva upora in upor proti L.

Kar pa sem izolacije tiče, pa sem videl že rešitev z dvema uporoma višje vrednosti (in izolacijske trdnosti) in diferencialni ojačevalnik. Torej brez prave galvanske ločitve.

[mucek]

Jap, zadeva preverjeno pije vodo na SIQ
Rabis pa ustrezno kaskado uporov, da prides na potrebno distanco in dovolj nizek tok, pa se racuna se, da lahko eden od njih odpove (kratek stik). Konkretno za CAT4 6+6 2512 1M.

Lp, G

[bostjang]

Za glavno krmiljenje pa bom uporabil ESP8266. Ta bo na vsakih 15 sekund poslal zahtevo za podatke v ATmego. Atmega pa bom na vsake 200uS naredila interupt, ki bo izmeril napetost in tok na fazi. Če uporabljam prescaker za ADC f/128 in je frekvenca 16MHz bo meritev trajala točno 20,8mS.

Vsakih 15 sekund boš torej meril 20,8ms. Večino meritev boš torej vrgel proč. Npr. stikalne napajalnike, ki delujejo v burst načinu boš izmeril zelo slabo. Enako tudi indukcijska kuhališča.

V RAMu bo torej 6 arreyev (V1, I1…), ki jih bo ATmega po končanih meritvah poslal v ESP. ESP bo poiskal najvišjo točko v seznamu toka in napetosti in iz razlike izračunal fazni kot.

Če sta tok ali napetost popačena, potem fazni kot ni nujno enak kotu med vrhovoma.

Idealno je torej ves čas vzorčiti in sproti računati, kar je želeno (P, V, I). Seveda ob vsem tem domnevam, da to počneš. Če to ni namen, potem je lahko tvoj pristop čisto v redu.

[Lovro7]

Vsakih 15 sekund boš torej meril 20,8ms. Večino meritev boš torej vrgel proč. Npr. stikalne napajalnike, ki delujejo v burst načinu boš izmeril zelo slabo. Enako tudi indukcijska kuhališča.

Ali naj merim bolj pogosto ali redko? Verjetno bi bilo bolje, da naredim neko računanje povprečja.

Če sta tok ali napetost popačena, potem fazni kot ni nujno enak kotu med vrhovoma.

Potem bi bilo bolje, da merim čas, ko vrednost doseže 0.

Idealno je torej ves čas vzorčiti in sproti računati, kar je želeno (P, V, I). Seveda ob vsem tem domnevam, da to počneš. Če to ni namen, potem je lahko tvoj pristop čisto v redu.

Da, izdelujem power meter, ki bo oišiljal podatke na moj server. Do njih pa bom dostopal prek spletne strani.
Gledena nov sistem obračunavanja pa bom naredil, da ob preseženi moči za določen čas (dokler nebo poraba+poraba izklopljenega porabnika manjša od maksimalne) izklopi nepotrebne porabnike. Recimo ko je poraba previsoka ne bo polnilo električnega avta...

[Lovro7]

Testiral sem ta načrt.
Modra črta je napetost na delilniku napetosti med L in N.
Rdečaje izhodna napetost.
Zelena pa je napetost med L in N.

Problem je še v zamiku med prehodom vhodne napetosti čez 0V in začetkom večanja izhodne napetosti. Pri določanju faznega kota na podlagi najvišje točke to ni problem. Če pa določam z 0 pa je. Ga je pa možno odpraviti programsko.

Graf sem testiral na Vpp=370V. Zahteva pa samo prilagajanje uporov.
Za zaščito ADC sem dodal na izhod zener diodo 4V9 in 10nF kondenzator. Zaporedno pa še 100k upor.

Bom pa simuliral še druge rešitve.

[radix]

Ali naj merim bolj pogosto ali redko? Verjetno bi bilo bolje, da naredim neko računanje povprečja.

Bolj pogosto. Malo poenostavljeno je postopek tak:

• tok in napetost vzorčiš dovolj hitro, da pravilno ujameš najhitrejšo komponento signala,
• množiš trenutne vrednosti toka in napetosti,
• računaš povprečje tega zmnožka (integral) čez periodo omrežne napetosti.

Veliko boljši opis in tudi primer vezja za prilagoditev signalov na ADC je tukaj: http://elm-chan.org/works/heco/report_e.html.

Če sta tok ali napetost popačena, potem fazni kot ni nujno enak kotu med vrhovoma.

Potem bi bilo bolje, da merim čas, ko vrednost doseže 0.

Na žalost tudi to ne bo šlo. Vsak porabnik ki ima na vhodu usmerniški mostiček in kondenzator (stikalni napajalniki <50 W) vleče tok v ozkih špicah okrog vrhov napetosti. Enačba P=U·I·cos(φ) je primerna samo za linearna bremena in sinusno napetost ter tok.

[bostjang]

Testiral sem ta načrt.

Rezultat, predvsem oblika napetosti, je pričakovan. Nisi dodal enosmerne komponente, kot sem opisal. Operacijski ojačevalnik (OPA) v nasičenju lahko tam ostane še nekaj časa (rail sticking).

[Lovro7]

Testiral sem ta načrt.

Rezultat, predvsem oblika napetosti, je pričakovan. Nisi dodal enosmerne komponente, kot sem opisal. Operacijski ojačevalnik (OPA) v nasičenju lahko tam ostane še nekaj časa (rail sticking).

To se je tui zgodilo v simulaciji. Zato sem malo zmanjšal ojačanje in vhodno napetost.

[Lovro7]

Ali naj merim bolj pogosto ali redko? Verjetno bi bilo bolje, da naredim neko računanje povprečja.

Bolj pogosto. Malo poenostavljeno je postopek tak:

• tok in napetost vzorčiš dovolj hitro, da pravilno ujameš najhitrejšo komponento signala,
• množiš trenutne vrednosti toka in napetosti,
• računaš povprečje tega zmnožka (integral) čez periodo omrežne napetosti.

Veliko boljši opis in tudi primer vezja za prilagoditev signalov na ADC je tukaj: http://elm-chan.org/works/heco/report_e.html.

Če sta tok ali napetost popačena, potem fazni kot ni nujno enak kotu med vrhovoma.

Potem bi bilo bolje, da merim čas, ko vrednost doseže 0.

Na žalost tudi to ne bo šlo. Vsak porabnik ki ima na vhodu usmerniški mostiček in kondenzator (stikalni napajalniki <50 W) vleče tok v ozkih špicah okrog vrhov napetosti. Enačba P=U·I·cos(φ) je primerna samo za linearna bremena in sinusno napetost ter tok.

Hvala za informacije,

Bom spremenil merjenje in program kot je v linku.

[bostjang]

Testiral sem ta načrt.

Rezultat, predvsem oblika napetosti, je pričakovan. Nisi dodal enosmerne komponente, kot sem opisal. Operacijski ojačevalnik (OPA) v nasičenju lahko tam ostane še nekaj časa (rail sticking).

To se je tui zgodilo v simulaciji. Zato sem malo zmanjšal ojačanje in vhodno napetost.

Spreminjanje ojačenja in napetosti ne bo pomagalo, če shema ni prava! In zakaj bi 101-krat ojačeval, če je že na začetku signal velik?

Če pa že želiš neko enostavno rešitev, lahko oba signala usmeriš in meriš DC vrednosti tako, kot to počno ne-True-RMS merilniki. Potem ne bo problem neprestano nekajkrat na sekundo množiti.

[Lovro7]

In zakaj bi 101-krat ojačeval, če je že na začetku signal velik?

To je mišljeno kot zaščita pred previsoko napetostjo. Če bo napetost Vpp višja od 750V bo “nabilo” izhod do konca, ne bo pa uničilo op ampa.

[Lovro7]

Če pa že želiš neko enostavno rešitev, lahko oba signala usmeriš in meriš DC vrednosti tako, kot to počno ne-True-RMS merilniki. Potem ne bo problem neprestano nekajkrat na sekundo množiti.

To je tudi opcija. Bom najprej poizkusil narediti tako, kot je poslal radix