Подсчёт потребления силы тока

[SergeyKa]

Никак не могу понять, как лучше посчитать силу потребляемого тока. Потребления тока снимается через трансформатор-тока продетого на проводник. После двухполупериудного выпрямителя на ОУ, если подключать лампу накаливания, то на выходе выпрямителя мы получаем почти-что синус. Или если подключить светодиодный светильник, получаем полусинус. 

И если на выходе поставить сглаживающий конденсатор, то можно получить параметр потребления тока, что в принципе совпадает с расчётами. Т.е. я к примеру вкручиваю 200Вт лампочку и потребления тока 0,87 А, или 40Вт лампочку - 0,18А и это хорошо. Но тут я подключил зарядник для мобильного телефона. И по итогу у меня показывает параметр потребления 60Вт, т.е. конденсатор заряжается так, как будто потребляется 60Вт (0,26А). Я удивился сильно, ну не может зарядник для мобильного телефона столько потреблять. Подключил тестер в разрыв и тестер в режиме амперметра показывает не 0,26А, а 0,03А (что наверное более правильнее). 

Немного подумав решил временно убрать конденсатор, и посмотреть что-же твориться на выходе выпрямителя на ОУ. И вижу картину. Зарядник от мобильного телефона (импульсный) и потребляет ток пиково-импульсно.

Т.е. по сути уже о чистом синусе речи тут не может быть. Думал может быть зарядник от мобильника только так себя ведёт. Включил импульсный зарядник от ноутбука и картина абсолютно такая же. Потребления тока Импульсное, даже отдалённо не напоминает синус.

В свете этого у меня вопрос, как мне измерить силу тока, как высчитать потребление если вместо синуса по итогу показываются импульсы (пики).

Есть ли какая нибудь формула расчёта такого потребления тока. И почему тестер показывает правильную силу тока, как он её определяет?

Спасибо.

[Реклама]

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

[IMXO]

13 минут назад, SergeyKa сказал:

Есть ли какая нибудь формула расчёта такого потребления тока. И почему тестер показывает правильную силу тока, как он её определяет?

а кто тебе сказал, что тестер показывает правильно? ее более-менее правильно показывают только тестеры с ThueRMS
Да есть... Irms=sqrt(symm(Im^2)/N) - где  Im - мгновенные значения тока за период,  N - количество отсчетов за период.

[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

[SergeyKa]

Если я так понял = корень из среднеквадратичного значения. Как и по сути определение вольт по синусоиде. Но весь ужас в том, что исходя из последней картинки не понятно когда начинается измерение и когда заканчивается. А это значит что считать среднеквадратичное значение можно бесконечно так и не дождавшись итога.

[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

[IMXO]

52 минуты назад, SergeyKa сказал:

Но весь ужас в том, что исходя из последней картинки не понятно когда начинается измерение и когда заканчивается.

ужас это только  в голове, на самом деле все проще... просто размер окна должен быть кратен периоду. при 50Гц = 20мс , окно = 20, 40, 60, 80, 100мс и тд. чем больше размер окна тем меньше погрешность из-за несовпадения фазы, конечно при условии, что сигнал периодичный

[SergeyKa]

знать бы ещё на сколько отстаёт фаза в трансформаторе тока от фазы в измеряемом проводнике. Интересно отставание фазы точное или зависит от чего-то.

[Piotr__1]

А вам с какой целью это? для каких-то практических целей или просто интереса для?

[SergeyKa]

 

10 часов назад, Piotr__1 сказал:

для каких-то практических целей или просто интереса для?

А есть разница в итоге получения ответа? Ответ может быть разным?

[IMXO]

может. разница в том , что вопрошающий не понимает сути ответов , примерно как блондинка, машина и деталь "710"

[SergeyKa]

Путём (эксперимента) измерений, понял, что трансформатор тока, отстаёт по фазе, ровно на 90 градусов.

И у импульсного, по сути импульсы идут, в конце т.е. 90+180 градусов. Как раз наверное лучше производить измерения в диапазоне от 90 до 270 градусов от основной фазы.

[Vslz]

какова бы ни была фаза, при периодичном сигнале и целом числе периодов, вы получите одинаковый результат. Если сдвинете "окно" на любое число градусов - результат не поменяется.

[SergeyKa]

Спасибо. Меня тоже озарило это) Надо было всего лишь поспать))) Не зря говорят умный мысли приходят на свежую голову.

[SergeyKa]

Толи тестер у меня криво измеряет ток, толи трансформатор тока такие искажения даёт. Произвёл замеры. И получается какая-то вакханалия (по форме напоминающая параболу). Почему нет линейности я никак не могу понять. 

[100482]

Пустой график, никаких размерностей, никаких цифр, просто прелесть.

А почему вы думаете что должна быть линейность, откуда такая уверенность?

[SergeyKa]

Потому что АЦП линейный. 

Показание мультиметра А / Номинал лампы накаливания Вт / Расчётная мощность при U=230В / показания АЦП с датчика тока.
2.17А (500Вт) (499,1 Вт) (АЦП - 146-150)
1.31А (300Вт) (301,3 Вт) (АЦП 117-120)
0.87А (200Вт) (200,1 Вт) (АЦП 92-93)
0.38А (95Вт)  (87,4 Вт)  (АЦП 43-44)
0.16А (40Вт)  (36,8 Вт)  (АЦП 17)

[oleg_s]

видимо спасёт только тепловой амперметр )

Изменено 14 июня, 2021 пользователем oleg_s

[El-Shang]

On 6/12/2021 at 6:23 PM, SergeyKa said:

В свете этого у меня вопрос, как мне измерить силу тока, как высчитать потребление если вместо синуса по итогу показываются импульсы (пики).

Ну как... По формуле из википедии:

Интеграл квадрата тока с точки зрения программы считается просто как сумма квадратов отсчетов АЦП за некоторое время. Частота оцифровки должна в 20-50 (а лучше в 100) раз превышать максимальную частоту сигнала. Последняя в данном примере может показаться быть равной 100 Гц, но на деле она раз в 10-20 больше, так как в ряде приведенных примеров ток потребляется короткими импульсами, у них спектр шире.

Впрочем, судя по Вашим графикам с оцифровкой всё в порядке, так что нужно проверить алгоритм расчёта.

[SergeyKa]

12 минут назад, El-Shang сказал:

Частота оцифровки должна в 20-50 (а лучше в 100)

с этим беда. У меня всего-лишь 300 выборок за один полупериод 50 Герц. Т.е. 300 выборок за 10 мс. 

Я поставил сглаживающий конденсатор на 220мКф, чтобы не нагружать микроконтроллер расчётами. И в итоге получил такую же кривую и с конденсатором.  

[El-Shang]

1 hour ago, SergeyKa said:

с этим беда. У меня всего-лишь 300 выборок за один полупериод 50 Герц

Почему беда? Это как раз то, что требуется. 

 

1 hour ago, SergeyKa said:

Я поставил сглаживающий конденсатор на 220мКф, чтобы не нагружать микроконтроллер расчётами.

Куда поставили? И как это должно влиять на расчёты? :-)

[SergeyKa]

После двухполупериодного выпрямителя на ОУ. АЦП не может жевать отрицательную полуволну. Поэтому пришлось разворачивать полуволну, чтобы не спалить АЦП.

Для пробы поставил на выходе поставил резистор и конденсатор. Чтобы сгладить пульсации и привести сигнал к общему знаменателю, убрал формулу расчёта среднеквадратичного значения и просто сканирую показания АЦП. И график аналогичный. Т.е. По сути формула работала корректно, проблема не в формуле. Я уже думаю может виноват выпрямитель на ОУ и он так искажает сигнал? Надо попробовать подать на вход выпрямителя "пилу" чтобы посмотреть линейность выпрямителя.

[El-Shang]

Какие пульсации, кого сгладить, график чего? :-) Схему и исходиники в студию, тогда можно будет предметно говорить, а не гадать на кофейной гуще.

[SergeyKa]

Забудьте про конденсатор и про выпрямитель. Подал треугольник с положительной и отрицательной полуволной, чтобы проверить выпрямитель на линейность. После того как выпрямитель перевернул треугольник, АЦП принимает такой сигнал на выходе. В принципе линейность выдержена. Значит АЦП работает корректно, выпрямитель работает корректно, даже более чем ожидалось (судя по графику). Остаётся только трансформатор тока. Видимо из-за него получается нелинейность сигнала. Другого варианта видимо нет.

Упрощённая схема такая.

если с конденсатором, то такая.

Изменено 14 июня, 2021 пользователем SergeyKa

[bam-buk]

29 минут назад, SergeyKa сказал:

поставил резистор и конденсатор. Чтобы сгладить пульсации и привести сигнал к общему знаменателю, убрал формулу расчёта среднеквадратичного значения и просто сканирую показания АЦП. И график аналогичный. Т.е. По сути формула работала корректно, проблема не в формуле.

...300 выборок за 10 мс...

Резистор и конденсатор - это процесс интегрирования. Хоть "электрический", хоть по формуле на бумажке. Результат такого интегрирования - среднее значение. Сл-но, формула в АЦП тоже вычисляет среднее? А должна "корень из суммы квадратов". Т.е., каждое из 600 значений (за весь период!) возвести в квадрат и просуммировать. После чего из полученной суммы извлечь корень.

Скрытый текст

С "треугольником" сложнее: его "среднее" и "среднеквадратичное" равны между собой (умозрительно - это так, а расписываль - лень... поэтому - могу ошибаться).
=====================
Почему 600? А вдруг в цепи однополупериодный выпрямитель работает?

Да и вообще: лучше взять 10 или 100 периодов, т.е. - усреднить значение - показания меньше "прыгать" будут. Впрочем - это зависит от цели и поставленной задачи.

С уважением В.

Изменено 14 июня, 2021 пользователем bam-buk

[El-Shang]

Да у автора там какой-то бардак, судя по всему. Если бы у него на выходе были 220 мкф, или сколько там, то он не получил бы тех графиков, которые приводил в самом начале. :-) Видимо, он что-то отключает, кого-то смотрит, потом подключает ещё раз и снова смотрит. Не забывая удивляться между всем этим.

На деле же отладка этого изделия не так сложна:

1. подаём на вход АЦП какую-то известную постоянную, скажем, соответствующую одному амперу:
2. отлаживаем расчет среднеквадратичного значения, он должен насчитать ровно один ампер;
3. выполняем несколько контрольных измерений для значений больше/меньше выбранного, допустим 1.5 и 0.5 Ампера;
4. убедившись, что на постоянке всё работает переходим к испытаниям на переменке;
5. берём резистивную нагрузку, и измеряем/рассчитываем ток, который через неё протекает, обычного мультиметра тут вполне достаточно, пусть он и будет врать в пределах 5-ти процентов;
6. смотрим, что "намерял" ранее отлаженный на постоянке алгоритм, вносим правки, скажем, меняем время интегрирования;
7. при возникновении сомнений возвращаемся к шагу 1;
8. последующие шаги опциональны и зависят от личной "упоротости", перфекционизма и желания достичь "правильного" результата ;-); 
9. собираем макет реактивной нагрузки, диодный мост, конденсатор, резистор;
10. рассчитываем RMS импульса тока, возникающего при зарядке конденсатора при данных условиях;
11. подключаем наш измеритель и сравниваем с расчетным значением;
12. радуемся или огорчаемся;

В общем, очень важно заиметь контрольную точку, в которой точно всё работает, дабы потом можно было понять что пошло не так и на каком шаге в дальнейшем. И продвигаться от наиболее простого и предсказуемого сценария к наиболее сложному. А иначе это будет просто хаотическое метание в темноте.

Всех благ!

Изменено 14 июня, 2021 пользователем El-Shang

[SergeyKa]

16 часов назад, bam-buk сказал:

формула в АЦП тоже вычисляет среднее? А должна "корень из суммы квадратов".

Вот как раз формула вычисляет корень из среднеквадратичного значения. Но вот с ней "дебет с кредитом" не сходится. Дополнительно для проверки у меня к примеру есть светодиодная лампа на 20Вт мощности и Зарядник от мобильного устройства приблизительно 69Вт мощности.

_____________________________________________________________

1) Я выкидываю расчёт среднеквадратичного значения из программы и снимаю значения АЦП напрямую, далее я добавляю конденсатор (сглаживающий), он и будет работать вместо формулы, сглаживать и приводить к единому числу все пульсации. (т.е. повторюсь за место формулы работает, конденсатор)

То при калибровке такой схемы:

- У меня все лампочки по потреблению тока имеют почти-что такой же результат, как и на тестере "плюс" или "минус", расхождения есть но незначительные.

- Дополнительно если я подключаю светодиодную лампу, у меня расчётная мощность получается (~18-19 Вт), что почти что права на этикетке лампы написано (20Вт),

- Дополнительно подключаю зарядник от мобильника, который даёт такие импульсы большие (на графике выше показаны эти импульсы), схема с конденсатором показывает (~59-65 Вт) - что тоже укладывается в пределы написанного на этикетке зарядника, а именно (230В, 0,3А, 69Вт).

_____________________________________________________________

2) Я подключаю АЦП напрямую (выкидываю конденсатор с резистором), и подключаю расчёт среднеквадратичной формулы. И тут и начинается странность. 

При калибровке такой схемы:

- Все лампочки также по потреблению тока имеют почти-что такой же результат, как и на тестере "плюс" или "минус", расхождения есть но незначительные.

- Светодиодная лампа, у меня расчётная мощность получается (~30 Вт), что уже гораздо страннее,

- Зарядник от мобильника, показывает (~600 Вт), что ещё более страннее ибо столько зарядка мобильника потреблять не может.

 

Судя по расчётам формулы, при подключении обычных ламп накаливания, где сигнал с датчика тока имеет синусоидальный сигнал, среднеквадратичная формула работает отлично, но стоит только подключить устройства с импульсным блок питанием, как формула перестаёт работать и показывает какие-то другие значения. И здесь конденсатор включенный в цепь имеет куда более правдивые показания, чем формула. Но всё же, и там и там, и в схеме без формулы, но с конденсатором, ни в схеме без конденсатора, но с формулой, на графиках видна нелинейность напоминающая параболу. 

[bam-buk]

3 часа назад, SergeyKa сказал:

формула вычисляет корень из среднеквадратичного значения.

"Среднеквадратичное" - это "среднее для ряда квадратов чисел", подразумевает "корень из суммы квадратов".
"Корень из среднеквадратичного" = "корень из корня суммы квадратов". Ошибка или опечатка?

3 часа назад, SergeyKa сказал:

добавляю конденсатор (сглаживающий), он и будет работать вместо формулы, сглаживать и приводить к единому числу все пульсации. (т.е. повторюсь за место формулы работает, конденсатор)

Схема "резистор+конденсатор", подключенные к источнику напряжения, выполняют функцию усреднения, т.е. получаем значение "среднее" (в нашем случае "средневыпрямленное"). Т.е.:

"Конденсатор сглаживающий" = "среднее". 
Далее.
"Формула" = "среднеквадратичное".

Можно ли поставить знак "=" между синей и зелёной формулами? Попробуем:
"Конденсатор сглаживающий" = "Формула"
или
"среднее" = "среднеквадратичное".
Нельзя!!!
Т.о, конденсатор не может заменить формулу!

Если разбираться в математике дальше, то можно выяснить, что для некоторых "красивых" периодических сигналов (синусоида, "треугольник", "трапеция", "пила", меандр) "среднее" и "среднеквадратичное" отличаются друг от друга на несколько %% (до ~15% - точно не помню. Кстати, пока писал это понял, что для "треугольника" отличие есть, значит в предыдущем сообщении я ошибался). Это "отличие" называется "коэффициент формы" (=отношение среднеквадратичного значения к средневыпрямленному). Для "некрасивых" непериодических сигналов такого коэф. не существует.
Т.о., для "красивых" сигналов конденсатор после выпрямителя может заменить формулу, но нужно помнить о коэффициенте формы.

1. Если на "графике" (красивая квадратичная парабола!) показана зависимость
(измеренное прибором) от (вычисленное по формуле),
то появляется сильное подозрение, что в формуле "не всё в порядке" (именно потому сильное, что "красивая квадратичная парабола", т.е. в вычислениях не хватает корня/квадрата). Ещё одно подтверждение подозрению:

3 часа назад, SergeyKa сказал:

подключаю расчёт среднеквадратичной формулы. И тут и начинается странность. 
..............
... где сигнал с датчика тока имеет синусоидальный сигнал, среднеквадратичная формула работает отлично, но стоит только подключить устройства с импульсным блок питанием, как формула перестаёт работать и показывает какие-то другие значения. 

Т.е., для "красивых" сигналов всегда есть спасительный "коэф. формы"...

2. Трансф.тока обязательно нужно "контролировать":
во-первых, сердечник не должен входить в насыщение ("запас" - 2 раза минимум);
во-вторых, его нужно нагружать на активное сопротивление, чтобы исключить в нём резонансные явления (мало ли!).
Кстати: график вполне может выглядеть как "насыщение" сердечника...

3 часа назад, SergeyKa сказал:

Зарядник от мобильника, показывает (~600 Вт)

Похоже на пиковое значение...

С уважением В.

ПС. Просто интересно: в формуле есть сомножитель 1/N, где N - число отсчётов (кажется, 300)?. Он не обязателен - его можно "заменить" иными "константами" в схеме...

П2С. А можно ли из АЦП извлечь 300(?) отсчётов и посмотреть на них, т.е. удостовериться, что АЦП делает верные отсчёты для подстановки их в формулу? В идеальном случае график, построенный на этих отсчётах должен повторять 1:1 синусоиду для лампочки или "страшные" импульсы для "импульсника".

Изменено 15 июня, 2021 пользователем bam-buk