Hallo, Freunde des Mikrocontrollers ;-) Ist heute mein erster Beitrag zum Forum, habe hoffentlich alle Regeln eingehalten. Ich arbeite im Moment an einem sehr umfangreichen Projekt, in welchem ich den Strom mehrerer 230V AC-Leitungen bei mir Zuhause messe und die Messwerte dann mit einem µC auf einer Webseite grafisch darstelle. Konkret geht es bei meiner Frage aber erst um die Messschaltung. Habe mich nun einige Stunden in das Thema Stromwandler eingelesen und habe auch den passenden für meinen Messbereich gefunden. Messbereich : 0-15A AC, minimale Auflösung von 100mA Abtastrate : 50Hz wäre super, 1Hz tuts im Notfall auch Stromwandler : AX-1000 oder AX-1500 (Bin noch nicht 100% sicher welcher geeigneter ist) Analog-Digital-Converter : MCP3004 (10bit) Die Schaltung ist soweit fertig (siehe Anhang). Die Dimensienierung des Zweiweggleichrichters ist relativ einfach und für meine Frage auch irrelevant. Im Grunde mache ich aus der Wechselspannung eine Gleichspannung ohne Verlust (dank den OPVs) und versuche sie mit dem Kondensator C_G noch etwas zu glätten. Mit dem Widerstand R_3 kann ich die gleichgerichtete Spannung noch verstärken. Die resultierende Spannung sollte im Idealfall von 0-5V gehen, damit der ADC auch optimal angesteuert wird. Ich frage mich nun: Kann ich eine Auflösung von mindestens 100mA bei dem Setup einhalten? Welche Toleranzen sind besonders zu beachten (an welchen Bauteilen)? Falls Ihr weitere Infos benötigt, bitte einfach fragen :-) Sobald ich euer grünes Licht habe, kann ich bestellen :-)) Vielen Dank im Vorraus, Phil
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Philipp Meixner schrieb: > Hallo, Freunde des Mikrocontrollers ;-) > > Ist heute mein erster Beitrag zum Forum, habe hoffentlich alle > Regeln eingehalten. Du bist mit deinem Thread im Unterforum "Analoge Elektronik und Schaltungstechnik" gelandet - nix mit Mikrocontroller ;-) Zu deiner Schaltung: Ein Kondensator direkt am Ausgang eines OP ist ganz böse, weil der kräftig Phasenreserve schluck, d.h. das Ding kann schwinganfällig werden. Außerdem ist der Filtereffekt minimal, weil sich die Zeitkonstante aus Ausgangsimpedanz des OP und der Kapazität des Kondensators bestimmt. Für eine sinnvolle Tiefpaßfilterung baust du besser die zweite OP-Stufe als TP auf, d.h. C parallel zu R3 in die Gegenkopplung. Du hast nicht geschieben, was dir deine Strommessung für eine Aussage liefern soll. Bei induktiven Lasten mit Phasenverschiebung zwischen Strom un Spannung wird aus deiner Messung ein deutlich höherer Wert rauskommen, als dir vom EVU in Rechnung gestellt wird, weil du ohne Berücksichtigung der Phase auch die Blindleistung mißt.
Was ist ein AX 1000, finde nur Radlader. Ein Stromwandeltrafo? Dann ist er falsch angeschlossen, es fehlt der Bürdewiderstand. Auch schön, dass du eine Vollwellengleichrichtung machst, wer macht daraus RMS, also den Effektivwert? Der uC kann das ergen dem Kondensator nicht mehr. Welche Versorgungsspannung haben deine OpAmps? Um 0V = 0mA zu erreichen, müssen die OpAmps eine negative Versorgung bekommen.
Da die Frage vor allem das Analoge Frontend betrifft, passt es schon unter Analog. Bei den Stromwandlern ist die Spannung begrenzt. 3 V AC sind da schon recht viel; auch sind 3 V eff. schon reichlich viel für OPs die wie der µC mit 5 V oder weniger versorgt werden. Über die Bürde kann man die Spannung auch kleiner wählen. Es fehlt auch noch ein Schutz vor Überspannungen für den Fall, dass es im 230 V Kreis zu einem Kurzschluss kommt. Im Prinzip geht es mit Stromwandler, Aktivem Gleichrichter und AD. 100 mA Auflösung bei 15 A Messbereich ist auch keine so hohe Anforderung. Die Offsets der OPs sollte man ggf. in der Software berücksichtigen. Mit einer virtuellen Masse würde man auch mit einer einfachen 5 V (ggf. auch 3 V) Versorgung auskommen. Wenn man sowieso auf einen µC geht, wäre zu überlegen auf die Gleichrichtung zu verzichten, den µC das AC Signal messen zu lassen und in Software die Gleichrichtung machen zu lassen. Einen 10 Bit AD oder besser haben viele µCs auch schon intern, so dass eine externer 10 Bit AD wenig Sinn macht.
Standard-Stromwandler (z. Bsp. csd-electronic) Bürde dran und mit OPV das AC-Signal auf halbe ADC-Spannung legen. Somit kann man prima RMS im uC messen. Für eventuelle Messbereiche noch ein extra OPV mit einstellbarer Verstärkung (über Analogschalter oder dig. Poti)-> Fertig!
sorry noch was vergessen -> Anti-Aliasing-Filter noch vorsehen.
@ Philipp Meixner (Firma: HTL Innsbruck f. Elektronik) (luckyresistor123) > Circuit_Current_Measurement.png Hmmm. >mich nun einige Stunden in das Thema Stromwandler eingelesen und habe Aber einige wichtige Sachen nicht beachtet! >Messbereich : 0-15A AC, minimale Auflösung von 100mA Sind 150 Schritte, also ein wenig mehr als 7 Bit Auflösung. Eine Kleinigkeit. >Abtastrate : 50Hz wäre super, 1Hz tuts im Notfall auch 50 Hz brauchst du keine Sekunde, denn du willst ja nur den MITTLEREN STROMverbrauch messen. Achtung, damit kann man NICHT die Scheinleistung einfach so ermitteln! Das geht GANZ anders! >Stromwandler : AX-1000 oder AX-1500 (Bin noch nicht 100% sicher >welcher geeigneter ist) Kann man machen, beide sind OK. >Analog-Digital-Converter : MCP3004 (10bit) Wozu? Nimm einen uC mit internem ADC und gut. >Die Schaltung ist soweit fertig (siehe Anhang). Und falsch, es fehlt der Shunt! Den braucht man UNBEDINGT! Ausserdem unnötig aufwändig. Man braucht keinen Präzisionsgleichrichter! https://www.mikrocontroller.net/articles/Stromwandler Beitrag "Re: Haussteuerung, Strommessung AC" >Verlust (dank den OPVs) und versuche sie mit dem Kondensator C_G noch >etwas zu glätten. Das macht man so nicht. Erstens belastet es den OPV stark kapazitiv und er kann ggf. dadurch schwingen und 2. ist ein RC-Tiefpass deutlich einfacher und besser. >Mit dem Widerstand R_3 kann ich die gleichgerichtete >Spannung noch verstärken. Kaum. Das macht der OPV. R3 atellt bestenfalls dessen Verstärkung ein. > Die resultierende Spannung sollte im Idealfall >von 0-5V gehen, damit der ADC auch optimal angesteuert wird. Siehe mein Link oben, dort ist das alles drin, rein passiv und mindestens genauso genau! >Ich frage mich nun: Kann ich eine Auflösung von mindestens 100mA bei dem >Setup einhalten? Schon mal 1 Minute nachgedacht und gerechnet? Du kennst den Unterschied zwischen Auflösung und Genauigkeit ??
Falk Brunner schrieb: > 50 Hz brauchst du keine Sekunde, denn du willst ja nur den MITTLEREN > STROMverbrauch messen. Achtung, damit kann man NICHT die Scheinleistung > einfach so ermitteln! Das geht GANZ anders! Scheinleistung ist noch nicht sooo schwierig; Wirleistung messen ist deutlich schwieriger. :-)
Der gezeigte Talema-Stromwandler muss mit 100 Ohm abgeschlossen werden und zwar UNBEDINGT über seinen beiden Pins, sonst entstehen möglicherweise lebensgefährlich hohe Induktions-Spannungen. Denk mal über eine nicht abgeschlossene Zündspule nach. So wie deine Schaltung aussieht, wird es krachen. Magnetische Stromsensoren gibt es günstig und reichlich, aber kompensierte Stromwandler sind einfacher und sicherer in der Handhabung. Schau mal bei LEM, wo es einige prima Applikationsschaltungen gibt. Leider haben die Dinger ein paar Eigenschaften, die nicht im Datenblatt auftauchen. Das Ausgangssignal ist etwas abhängig von der Position des elektischen Leiters innerhalb des Kernes. Das macht schon mal 0,5 % aus. Also am besten den Leiter in der Mitte fixieren. Weiterhin ist Remanenz ein Thema. Der Strom im Abschaltmoment hinterlässt schon seine Spuren im Kern, was einem bei DC-Messungen schon die Präzision verhagelt. Weiterhin driftet ein Hall-Element schon mal ein bisschen mit der Temperatur. Aber du interessiert dich für 50 Hz, damit kannst du ja kapazitiv auskoppeln, was beide Effekte preiswert ausblendet. Die Vollwellen-Gleichrichtung ist OK, der Tiefpass-Filter könnte steiler ausfallen, der Rest müsste funktionieren. Gruß Thomas, der das schon hinter sich gebracht hat, aber mit 16 Bit. :-)
@ Thomas Schreiweis (thomass8082) >Der gezeigte Talema-Stromwandler muss mit 100 Ohm abgeschlossen werden >und zwar UNBEDINGT über seinen beiden Pins, sonst entstehen >möglicherweise lebensgefährlich hohe Induktions-Spannungen. Blödsinn. > Denk mal >über eine nicht abgeschlossene Zündspule nach. So wie deine Schaltung >aussieht, wird es krachen. Ja, das solltest DU mal tun! Und mal über das Grundprinzip des Unterbrecherkontakts nachdenken! >Magnetische Stromsensoren gibt es günstig und reichlich, aber >kompensierte Stromwandler sind einfacher und sicherer in der Handhabung. >Schau mal bei LEM, wo es einige prima Applikationsschaltungen gibt. Jaja, die Arduino-Kids mit ihrer LEM und Allegro-Philosophie. Warum ein Problem mit einem klassichen, passiven Bauteil lösen, wenn es auch ein trendy Halbleiter kann. Gähn >Leider haben die Dinger ein paar Eigenschaften, die nicht im Datenblatt >auftauchen. Das Ausgangssignal ist etwas abhängig von der Position des >elektischen Leiters innerhalb des Kernes. Das macht schon mal 0,5 % aus. >Also am besten den Leiter in der Mitte fixieren. Wollen wir wetten, dass das für den OP nicht wirklich relevant ist? >Weiterhin ist Remanenz ein Thema. Der Strom im Abschaltmoment >hinterlässt schon seine Spuren im Kern, was einem bei DC-Messungen schon >die Präzision verhagelt. Interessiert hier keine Sekunde! >ein bisschen mit der Temperatur. Aber du interessiert dich für 50 Hz, >damit kannst du ja kapazitiv auskoppeln, was beide Effekte preiswert >ausblendet. Ohje! >Die Vollwellen-Gleichrichtung ist OK, der Tiefpass-Filter könnte steiler >ausfallen, der Rest müsste funktionieren. Du hast auch Tomaten auf den Augen! Es fehlt dein als lebenswichtig beschworener Shunt! (Jaja, die geballte Forumskompetzenz mal wieder)
Thomas Schreiweis schrieb: > Der gezeigte Talema-Stromwandler muss > mit 100 Ohm abgeschlossen werden > Weiterhin driftet ein Hall-Element schon mal ein bisschen mit der > Temperatur. Also was jetzt, Hallsensorwandler oder Abschlusswiderstand, eins passt nur, du bringst da alles durcheinander.
@Falk: Es ginge auch etwas freundlicher. Zitat aus Wikipedia: "Ein Stromwandler muss aus mehreren Gründen immer an eine(n) niederohmige Bürde, Lastwiderstand oder weiteren Strom-(Summen)- Wandler angeschlossen werden und darf nie offen betrieben werden. Erstens würden bei schnellen Stromänderungen hohe Spannungen am Ausgang entstehen, welche die Isolation seiner Wickeldrähte durchschlagen könnten, und zweitens würde beim Normalbetrieb mit einem zu hochohmigen Abschluss die Ausgangsspannung den Kern schon vor dem Ende einer Stromhalbwelle am Eingang in Sättigung bringen und die Messung verfälschen." @MaWin Habe mich wohl unklar ausgedrückt. Ein einfacher Stromwandler muss an der Sekundärseite abgeschlossen werden. Ein kompensierender Wandler mit Hallelement nicht.Jedoch braucht man bei einigen Typen einen externen Strommeßwiderstand. Darauf bezog sich der Rest meines Postings.
Thomas Schreiweis schrieb: > @Falk: > > Es ginge auch etwas freundlicher. Nein, geht nicht. Der war als Kind schon anders als Andere. Thomas Schreiweis schrieb: > Gruß Thomas, > > der das schon hinter sich gebracht hat, aber mit 16 Bit. :-) Es spielt keine Rolle, ob Du selbst Erfahrungen gesammelt hast, wenn Dir die einsamen Streiter hier sagen, daß es so nicht geht, dann wirf sämtliche Erkenntnisse über Bord. Merke: Es kann nur Einen geben, der Recht hat. Der setzt es auch durch, egal wie... Falk Brunner schrieb: > (Jaja, die geballte Forumskompetzenz mal wieder) Das ist jetzt nicht wahr...
Berufs-Zeterer schrieb: > Thomas Schreiweis schrieb: >> @Falk: >> >> Es ginge auch etwas freundlicher. > > Nein, geht nicht. Der war als Kind schon anders als Andere. Jetzt haltet mal den Ball flach, wir wollen hier ja helfen und uns nicht gegenseitig die Köpfe einschlagen. Ich bin euch sehr dankbar für die vielen Antworten und arbeite gerade alle angebrachten Punkte von euch durch und präsentiere es euch dann. Zu den vielen Fragen bez. des externen ADCs, ich verwende als µC einen Raspberry PI (model B), welcher leider keinen ADC on-board hat. Friedliche Grüße, Phil
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