Измерение Переменного Тока С Помощью Мк

[esoteric]

Понадобилось измерять мгновенные значения переменного тока (220 В, 50 Гц) с помощью микроконтроллера. Ток сравнительно небольшой, до 300 мА. Требуемая точность измерений - не хуже 2,5%. Какие варианты возможны?

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Григорий Т.]

А кто будет указывать мгновение?

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[my504]

Какие варианты возможны?

Вариант собственно один - квадратурное измерение. Делаем парные выборки с интервалом в 5 мс. Возводим каждое из 2 измерений в квадрат. Затем их суммируем. И из суммы извлекаем корень квадратный. Результат - амплитуда основной гармоники - 50 Гц. Действующее значение этой гармоники, ессно, равно 0,701... от амплитуды.

Будет иметь место погрешность из-за нелинейностей синуса в сети. Заметная погрешность.

Поэтому нужно мерять 2-ю, 3-ю и т.д. гармоники. Чем больше, тем лучше. Для фильтрации проще всего создать кольцевые буферы результата по каждой гармонике. И сделать на этих буферах ФНЧ с КИХ. Думаю, что ФНЧ можно для простоты реализовать с прямоугольным окном. Но если производительность МК не страдает хромотой - неплохо сделать окно типа "косинус на пъедестале".

Подробности по каждому пункту ответа будут по запросу автора темы.

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Григорий Т.]

my504, не действующее значение, а мгновенное

[my504]

Ай донт андерстуд...

Причем тут мгновенное значение? Мгновенное значение ЧЕГО?

Я говорил ровно о том, что написано. Никаких описок нет.

Мгновенное значение синуса - это ПРОСТО его мгновенное значение. "Вот оно было и нету..."

Аффтор не делает различий между мгновенным значением и текущим амплитудным (действующим) при изменениях амплитуды.

Изменено 21 сентября, 2011 пользователем my504

[Григорий Т.]

my504, описок нет, и речь идёт именно о мгновенном. Я имею в виду ТС.

[my504]

Уточнил выше...

[esoteric]

А кто будет указывать мгновение?

Причем тут мгновенное значение? Мгновенное значение ЧЕГО?

Мгновенное значение силы тока, естественно. А частота измерений - чем больше, тем лучше...скажем, с максимальной скоростью, с которой сможет контроллер мерить. Какого порядка она возможна?

Интересует прежде всего схемотехническая сторона вопроса, то есть как будет выглядеть схема.

[my504]

Любезный!

Мгновенное значение силы тока будет изменяемо и знакопеременно с частотой 50 Гц. Потому как это СЕТЬ. Какова конечная цель измерений?

А частота измерений (выборок) зависит от МК. Можно поставить TMS320 c 3 МГц, а можно какой нибудь Тайни атмеловский с 10 кГц.

Говорите не о том...

ЗЫ.

Для 300 ма и 2,5% практически неизбежен токовый трансформатор.

Изменено 21 сентября, 2011 пользователем my504

[esoteric]

Любезный!

Мгновенное значение силы тока будет изменяемо и знакопеременно с частотой 50 Гц. Потому как это СЕТЬ. Какова конечная цель измерений?

Хорошо, я до этого описал задачу неправильно, постараюсь объяснить по-другому.

Цель - измерить микронтроллером ток, который будет потреблять некий прибор, а также потребляемую мощность (активную, реактивную) и косинус фи.

[my504]

О..., что и подразумевалось.

Токовый трансформатор. И чего нибудь попроизводительней. Например dsPIC33. Алгоритм на Вашу задачу есть в одной из аппнот.

Изменено 21 сентября, 2011 пользователем my504

[esoteric]

Алгоритм на Вашу задачу есть в одной из аппнот.

А точнее, это где искать?

[my504]

На сайте Микрочипа. Я только что пытался с ходу найти - не вышло. Но то, что там это имеется - совершенно точно. Читал пару лет назад.

Нашел у Техаса. http://www.ti.com/solution/power_quality_meter

Думаю для Вас без разницы кто написал...

[esoteric]

Спасибо. я еще вот такой материал нашел - http://fetmag.mrsu.ru/2009-1/pdf/Balzamoff_Power_measurement.pdf

[my504]

Ну если Вы не стеснены в средствах, то можно и Аналоговых девайсов задействовать. Тогда все сильно упрощается. От МК мало что зависит, можно взять любой простенький по вкусу.

Только микросхемку счетчика немного поновей, чем приведена в Вашей ссылке - ADE7759 (335 руб. в Терраэлектронике в Москве в розницу).

Даташит: http://www.analog.co...ets/ADE7759.pdf

Про токовый датчик: http://www.analog.co...07IIC_Paper.pdf

Аппликуха по референсному дизайну: http://www.analog.co...notes/an564.pdf

Аппликуха по принципам и алгоритмам: http://www.analog.co...notes/AN639.pdf

Для общего развития по счетчикам на этой элементной базе:

http://www.analog.co...ower/ad775x.pdf

http://www.analog.com/static/imported-files/tech_articles/16242282714726reactive_energy_metering_international_edition.pdf

http://www.analog.com/static/imported-files/tech_articles/16673279729875solid_state.pdf

Короче, читать неперечитать...

Изменено 21 сентября, 2011 пользователем my504

[Alexeyslav]

Зачем счетчик? Обыкновенный шунт из резистора и операционник для нормализации. Единственное что надо будет привести диапазон +-0.5В к диапазону 0..2.54В для контроллера. С искусственной средней точкой на 1.27В, чтобы контроллер смог измерить ток как в "+" так и в "-". Или пусть контроллер измеряет напряжение от 0 до 5В(напряжение питания контроллера) а запитать его от двуполярного источника по +-2.5В тогда относительно средней точки шунт будет давать напряжение для АЦП относительно уровня 2.5В, измеряя вторым каналом АЦП "общий" контроллер всегда будет знать уровень нуля.

[my504]

Схемку можно?

Так, чтобы и напряжение мерял и ток с шунта и биполярно и один источник у МК (ну и гальванику желательно по МК от силы изолировать, есличо).

Вот и сравним с ТТ...

Обычно решения вендоров не из пальца высосаны. Все имеет свои причины.

Ну а идея с Аналог девайсом - исключительно авторская. Тем более, что полюбасику без этих счетчиков выбор МК будет весьма критичен. Фильтровать гармоники сети на простеньком МК не выйдет... А по другому не выдать 2,5% точности.

[Alexeyslav]

Зачем их фильтровать, если речь идет о мгновенных значениях? Мы ведь собираемся мерить реальную мощность а не идеализированную синусоиду?

Счетчики заточены под измерение активной мощности и довольно дорогие для любительских условий.

Контроллер не обязательно изолировать от измеряемой сети, достаточно изолировать на уровне цифрового интерфейса - обычный оптрон сойдет. И, правда не стоит забывать о защите измерительных цепей - супрессорами например, таким образом чтобы не спалить контроллер при аномальных выбросах напряжения/тока в измеряемой цепи.

[my504]

Зачем их фильтровать, если речь идет о мгновенных значениях? Мы ведь собираемся мерить реальную мощность а не идеализированную синусоиду?

Читаем тему ВНИМАТЕЛЬНО:

Хорошо, я до этого описал задачу неправильно, постараюсь объяснить по-другому.

Цель - измерить микронтроллером ток, который будет потреблять некий прибор, а также потребляемую мощность (активную, реактивную) и косинус фи.

И второе. Вас ист дас - Мы ведь собираемся мерить реальную мощность а не идеализированную синусоиду

Что есть "реальна мощност"? Наверное речь идет о действующих значениях напряжения и тока? Или нет?

И как сие сделать ? Уточните...

Ну и вопрос со схемотехникой остался неосвещенным...

И последнее. В любительских условиях ГОРАЗДО ПРОЩЕ поставить готовый и калиброванный девайс, а не городить запутанную и сложную в настройке схемотехнику. По деньгам экономии почти не будет, а результат практически гарантированно выйдет ПЛАЧЕВНЫЙ. То есть цифры какие то на дисплее конечно будут... И цифр может даже будет много... после запятой. Только к истине эти цифры никакого отношения иметь не будут.

Делать все самому (схемотехнику и алгоритмы) стОит только подготовленному профессионалу...

Изменено 22 сентября, 2011 пользователем my504

[Goodefine]

Тоже не совсем понял зачем фильтровать гармоники. Конечно, можно получить действующее напряжение сети измерив действующие значения гармоник. Но, по определению, действующее значение напряжения это среднеквадратичное из мгновенных значений напряжения за время измерения (или за период). Причем неважно, какой формы напряжение (и соответственно сколько там гармоник и каких). Соответственно, если мы достаточно точно посчитаем интеграл, зачем фильтровать? То же самое с током. Единственное косинус нужно находить по сдвигу фаз участков наибольшей крутизны тока и напряжения. И как там скажутся гармоники сходу не скажу, но на первый взгляд вроде сильно не должны...

P.S. В то же время совершенно понятно, чтобы получить более менее приемлемую точность измерений, с лучшим соотношением цена/качество, применение специализированных микросхем почти единственный вариант. Конечно, можно придумать собственный велосипед, набив себе кучу шишек, который, возможно, будет ездить лучше аналог девайсов, но временные, материальные и интеллектуальные затраты для одного прибора (тем паче что для "себя") никогда не будут оправданы.

Изменено 22 сентября, 2011 пользователем Goodefine

[my504]

Тоже не совсем понял зачем фильтровать гармоники. Конечно, можно получить действующее напряжение сети измерив действующие значения гармоник. Но, по определению, действующее значение напряжения это среднеквадратичное из мгновенных значений напряжения за время измерения (или за период).

Именно ЗА ПЕРИОД. Без вариантов.

Т.е. если мы интегрируем ВО ВРЕМЕННОЙ области, то должны с необходимой для результата точностью определить этот самый период. Мерять период простым периодомером для несинусоидального (именно такой в сети) сигнала - тухлое для результата занятие. Все будет зависеть от помеховой обстановки в сети в районе перехода через ноль. Ну и от частоты сети, конечно.

Можно забить на флюктуации периода (тупо мерять по 20 мс), но тогда получить заданную точность будет проблематично.

С частотной областью несколько проще в смысле интегрирования, но нужна фильтрация.

Изменено 22 сентября, 2011 пользователем my504

[Goodefine]

Тогда понятно. Этот тот самый "дьявол в деталях". С другой стороны есть статистика...

[my504]

Статистика ЧЕГО? Качества сети?

Я тут делаю периодически устройства, которые синхрятся от сети. По переходу через ноль. Джиттер - порядка 25 мкс. Теперь посчитайте какое это напряжение... Ну и соотнесите его с амплитудой....

Дьявол, именно он...

[Goodefine]

Статистика в смысле статистических методов.

[my504]

Вы имеете ввиду накопление? Тогда это и есть ФНЧ с КИХ.