AC-Strommessung mit Shunt-Widerstand

Ich muss den AC-RMS-Strom mit einem Shunt-Widerstand messen. Der AC-Strombereich beträgt 0-8A RMS. Der gewählte Shunt-Widerstand beträgt 100 mOhm. was mir maximal 8 * 1,414 * 10 = 1,13 Volt gibt, die ich verwenden werde, um einen Operationsverstärker zu speisen, um ihn mit der richtigen Verstärkungseinstellung weiter auf etwa maximal 3 V zu verstärken. und das geht an meinen Mikrocontroller ADC (nur 0 bis 3 V). Da in meiner Schaltung nur eine positive Versorgung vorhanden ist, habe ich einen Operationsverstärker mit Einzelversorgung verwendet (der negative Halbzyklus wird vom Operationsverstärker zerhackt, denke ich). Unten ist die Ruff-Schaltung.

Welche Schaltung von unten zwei sieht gut aus, um zu starten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

es hängt davon ab, was Sie mit Ihrem Bodensymbol meinen. CKT1 sieht ziemlich gefährlich aus und erdet das stromführende Terminal.
Was ist die Wechselspannung? Wenn es sich um Netzspannung handelt, müssen Sie Ihren gesamten Ansatz überdenken. Ich glaube nicht, dass Sie einen Shunt verwenden wollen. Wahrscheinlich sollten Sie einen Stromwandler oder einen Hall-Effekt-Stromsensor (z. B. ACS712) mit einem Isolationswert verwenden. Insbesondere CKT2 verbindet die Volllastspannung direkt mit Ihrem unteren 22pF-Kondensator. Das willst du sicher nicht.
Wenn Sie einen Shunt verwenden müssen, sollte er auf der N-Seite sein. Sie können die Shunt-Spannung kapazitiv an Ihren Verstärker koppeln. Dies scheint jedoch ein potenzielles Sicherheitsrisiko zu sein, je nachdem, was Sie zu tun versuchen. Es könnte hilfreich sein, mehr Hintergrundinformationen zu dem zu liefern, was Sie tun.
Seine 230-V-Wechselspannung erfordert eine kostengünstige Lösung. Deshalb habe ich einen Shunt-Widerstand verwendet. CT ist hier etwas teuer. Außerdem kann ich keinen Shunt auf der niedrigen Seite verwenden, da die Last außerhalb des Geräts liegt.
Die erste Regel beim Messen des RMS-Stroms lautet: Vermasseln Sie ihn nicht, indem Sie ihn gleichrichten. Können Sie mit 6 Watt umgehen, die vom Widerstand abgeführt werden?
danke @Andy alias, um darauf hinzuweisen, ja, ich kann den Shunt-Widerstandswert verringern, der durch die Verstärkung des Operationsverstärkers weiter verstärkt werden kann. Das einzige Problem ist, dass AC auch einen negativen Zyklus hat, aber ich habe keine negative Versorgung für den Operationsverstärker. Ich hoffe also, dass der Operationsverstärker einen negativen Halbzyklus hackt. (in Firmware, die manipuliert werden kann). oder gibt es eine kostengünstige Methode zum Messen von Wechselstrom?
Isolation wird ein großes Problem sein. So wie Sie es gezeichnet haben, ist Ihr gesamter Stromkreis berührungsgefährlich und muss isoliert werden. Nur das Testen und Debuggen wird extrem schwierig sein.
Ich glaube, es wird eine Methode geben, um Wechselstrom über Shunt zu erfassen und in den ADC einzuspeisen. (nicht isolierte Methode für sehr verlorene Lösung)
Ich habe einen Shunt von 12 Milliohm mit 3 Fuß 16 AWG Massivdraht erstellt, wenn ich mich richtig erinnere. Ich habe es auf die neutrale Seite einer Duplex-Steckdose (USA) gelegt, das Ohr abgebrochen und es mit dem Shunt-Draht überbrückt. Ich habe alles in eine Metallsteckdose mit einem 3-adrigen Kabel gesteckt. Unter Verwendung eines Multimeters an den weißen Anschlüssen wurden 0,1 Volt für 1000 W gemessen (was 8,3 Ampere bei 120 Volt entspricht). Trotzdem sind 3 Fuß Draht gefaltet (nicht gewickelt) ziemlich groß. Und es würde etwa 1 Watt Wärme abführen. Ein Shunt ist vielleicht nicht die beste Lösung, aber was ist dann?
@mkeith Den Shunt im Draht N zu haben, macht es nicht sicher - auch nicht, wenn Sie die Polarität garantieren können. Denken Sie an einen gebrochenen N-Draht. Sie erhalten das Netz durch die Last.
@ user287001, das Setzen des Shunts auf den Neutralleiter wäre in der Praxis sicherer, da beide Seiten des Shunts Sie unter normalen Bedingungen wahrscheinlich nicht schocken würden, wenn Sie sie berühren würden. Sie müssten immer noch für eine vollständige Isolierung entwerfen. Würde die Designanforderungen nicht ändern.

Antworten (2)

Erstens: Ihr uC erhält galvanischen Kontakt zum Wechselstromnetz. Es wird ein ziemlich verblüffender Effekt sein, es plötzlich während des Gebrauchs zu bemerken, wenn es nicht von Anfang an berücksichtigt wird.

Das gesamte uC-System muss ohne erreichbare Schaltkreise sicher isoliert sein. Dies ist eine Herausforderung, bis es batteriebetrieben ist und keine externen Geräte anders als drahtlos verbunden sind.

Wenn Sie den Messwiderstand am N-Draht platziert und das System so gesichert hätten, wären die Isolationsanforderungen geringer. Leider haben Sie keine Möglichkeit zu garantieren, dass die Polarität erhalten bleibt und der N-Draht bruchsicher ist. Damit stünde in der Praxis keine Isolationsentlastung zur Verfügung.

Denken Sie zumindest an einen Stromwandler oder eine Stromzange (=Wandler oder Hall-Effekt), um den galvanischen Kontakt zum Wechselstromnetz zu unterbrechen. Bei 50...60 Hz und so viel Strom sollte das kein Problem sein. Es löst das Isolationsproblem sofort, da kein galvanischer Kontakt besteht. Wenn der Stromwandler oder die Klemme zu viel kostet, denken Sie über einen Optokoppler im Linearmodus oder einen selbstgebauten Stromwandler nach.

Zweitens: Ihr Differenzverstärker hat nur 3 Widerstände, 4 werden benötigt, wenn das Ergebnis der Strom sein soll.

Wenn Sie eine Verbindung zu einer Hauptleitung herstellen müssen, würde ich von Anfang an eine Opto-Isolator-Lösung verwenden. Ich habe dies mit einer großen Batteriebank getan, um Spannung und +-Strom zu messen. Ich wollte keine Masseschleife mit Geräten und der Bank erstellen. Der MSP430f2013 hat einen 16-Bit-DS-ADC, viele Bits. Halten Sie Ihren Shunt im Millivoltbereich und der ADC misst sehr gut negativ gegen Vdd.

Es ist so stromsparend, dass Sie es über eine einfache Dioden-/Kondensatorversorgung von der anderen Seite der Hauptleitung versorgen können. Außerdem hat TI eine Reihe von MSP430s, die speziell für diese Art von Arbeit gedacht sind, und mit 24 Bit. Submetering leicht gemacht . Was ich am 2013er mag, ist, dass es für billiges und einfaches Prototyping angeboten wird, und es ist billig. Wahrscheinlich billiger als die Verwendung von Operationsverstärkern, um ohne Isolierung zu einem anderen Mikro zu gelangen. In meinem Fall habe ich den UART verwendet, um einen Datenstrom durch den Optokoppler zu pumpen.

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