Was ist der wirtschaftlichste Weg, 240-V-Netzspannung, -strom und -leistungsfaktor digital zu messen?

Früher habe ich Stromzähler entworfen, also bin ich voreingenommen. Es gibt nur eine Möglichkeit, die Leistung (digital) zu messen, und zwar das gleichzeitige Abtasten der Spannungs- und Stromwellenformen mit einer angemessen hohen Rate, z. B. 1 kSps oder höher. Sie multiplizieren die v- und i-Samples, um sofortige Power-Samples zu erhalten. Sie mitteln dann diese Leistungsproben, um die wahre Durchschnittsleistung zu erhalten, dh die Art der Leistung, die Ihnen in Rechnung gestellt wird: -

Wenn Sie die 3-Phasen-Leistung messen müssen, finden Sie unter diesem Link die Zwei-Wattmeter-Methode

Keines der oben genannten muss den Leistungsfaktor berücksichtigen, da PF nur eine nette retrospektive Zahl ist, die verwendet werden kann, um den Strom eines Standorts zu reduzieren und so zu vermeiden, dass für das Überschreiten der Blindleistungsgrenzen eine Rechnung gestellt wird. In einem Haushalt wird dieser zusätzliche Teil der Abrechnung meines Wissens nicht angewendet, und in Großbritannien wurden nur Benutzer mit 100 kW und mehr aufgefordert, die PF-Korrektur zu verwenden, um die zusätzliche Gebühr von Stromanbietern zu vermeiden.

Lassen Sie mich wiederholen

LEISTUNGSFAKTOR HAT NICHTS MIT RICHTIGER UND GENAUE LEISTUNGSMESSUNG ZU TUN.

Warum müssen Sie mit 1 kSps abtasten, höre ich jemanden sagen - Grund - um Nyquist-Aliasing-Fehler zu vermeiden. Ja, die Spannung ist normalerweise eine ziemlich unverzerrte Sinuswelle mit minimalen Oberwellen, aber nicht der Strom. Denken Sie nur an den Strom, den ein Brückengleichrichter, ein Glättungskondensator und eine Last aufnehmen: -

Der Glättungskondensator des Netzteils wird nur am oberen Ende des Spannungszyklus aufgeladen, und in der restlichen Zeit wird größtenteils kein Strom aus der Wechselstromversorgung entnommen. Unter diesen Umständen muss eine ziemlich rigorose Hochgeschwindigkeitsabtastung durchgeführt werden.

Dann fragen Sie sich angesichts der schlechten Form des Stroms in Haushalten, ob Effektivspannung, Effektivstrom und der Versuch, einen aussagekräftigen Leistungsfaktor zu ermitteln, überhaupt einen Sinn für die Stromversorgung machen?

Nein, natürlich nicht, und daher ist jedes Gerät, das die Leistung nicht misst, indem es das Ergebnis der augenblicklichen Multiplikation von Spannung und Strom mittelt, ein Betrug.

Messen und berechnen Sie also die Leistung richtig, und nebenbei können Sie die RMS-Spannung und den RMS-Strom berechnen. Sie könnten dann die RMS-Zahlen in die Leistungszahl teilen, um ein echtes Maß für den Leistungsfaktor zu erhalten, ABER Sie müssen PF nicht kennen überhaupt, wenn Sie Ihre Rechnungen überprüfen möchten.

Mehr gleich - ich habe viele Referenzen, die ich ausgraben kann. Ich bin in Neuseeland.

Das ADAFruit tweetawatt System kann konzeptionell mit jedem Leistungsmesser verwendet werden.
Im Wesentlichen akzeptieren sie Eingaben vom Spannungssensor und Stromsensor des Messgeräts und leihen sich die Versorgungsspannung für das XBEE-Modul aus und geben dann das Signal über XBEE zur Verarbeitung durch das Remote-System - PC oder was auch immer - aus.

Seite 25 des Tweet-a-Watt-Handbuchs enthält den sehr einfachen Schaltplan dessen, was sie tun. Leistungsmesser skalieren die Netzspannung auf einen kleinen Wert (häufig etwa 0,2 V RMS-Bereich für anspruchsvolle Sigma-Delta-Wandler-Eingangsenergiemesser-ICs und einige Volt für Prozess-in-Mikrocontroller-Einheiten) und der Strom wird ähnlich dargestellt - oft über einen Stromwandler.
Wenn Sie bereit sind zu spielen und die Sicherheitsprobleme zu akzeptieren, können Sie sich ansehen, welche Eingänge der Tweet-a-Watt benötigt, und die Hauptleitungen selbst skalieren.

Ich bin der Meinung (nachdem ich mich intensiv mit dem Thema befasst habe), dass die effektivste Gesamtmethode darin besteht, einen "Energiezähler-IC" mit einer isolierten Schnittstelle zu verwenden. Einige Leute haben die Arbeit für einige der verfügbaren kommerziellen Messgeräte erledigt, die bekannte ICs verwenden, und eine Reihe von kommerziellen Messgeräten verwenden ICs, für die Datenblätter verfügbar sind.

Ein Mann lieferte im vergangenen Jahr ausführliche Informationen zu seiner Lösung, die am Hackaday und anderswo aufgetaucht sind. Ich kann später weitere Details angeben, aber eine Websuche sollte es finden. Er nahm die IIC-Ausgänge und isolierte sie optisch und verwendete einen ESP8266, um sie zur Fernanalyse zu senden. Er kannte den verwendeten IC nicht und ich schickte ihm eine Nachricht, in der ich ihm mitteilte, was verwendet wurde, aber nie eine Antwort bekam. Ich kann diese Informationen "bald" zur Verfügung stellen.

Der Vorteil der Verwendung eines Geräts, das einen "Energiezähler"-IC verwendet, besteht darin, dass es für den kommerziellen Stromzählermarkt entwickelt wurde und den meisten weniger integrierten Systemen im grundlegenden Betrieb weit überlegen ist. Die ICs verwenden typischerweise Delta-Sigma-ADC-Wandler mit Genauigkeiten und Auflösungen, die weit über der Genauigkeit der üblicherweise verwendeten Referenzen liegen. Sie haben eine Datenausgabefähigkeit von besser als +/- 0,1 % (in einigen Fällen viel besser), wenn ausreichend genaue Referenzen gegeben sind. Sie liefern Effektivspannung und -strom, Wirkleistung (momentan und zeitlich gemittelt), summierte Energie (kWh), Blindleistung (kVA), Leistungsfaktor und mehr. Sie liefern häufig sowohl numerische Daten als auch Energieimpulse, die zum Ansteuern mechanischer Zähleranzeigen geeignet sind. Wenn ein handelsübliches Gerät als Schnittstelle zu einem DIY-System verwendet wird, ist lediglich die Leistungsplatine erforderlich - wobei das LCD-Display und die Prozessorplatine redundant sind. Da solche Messgeräte beispielsweise für 18 $ verkauft werden, kosten die Leistungsplatinen allein wahrscheinlich weniger als 5 $ ex China. Diese verfügen über den Energiezähler-IC, den Spannungsteiler, den Strom-Shunt, die Kalibrierungskomponenten und die Offline-Stromversorgung (oftmals ein unangenehmer, aber funktionsfähiger (tödlich gefährlicher, wenn nicht isolierter) Reihenkondensator).

Das "Energy Meter Project" ist Google (und meinen Aufzeichnungen zu gegebener Zeit) bekannt und bietet eine Version des oben Genannten.

Dies ist NICHT nur eine Einkaufsliste - aber es könnte so verwendet werden. Ziel ist es aufzuzeigen, wie solche Messgeräte für Heimwerkerzwecke eingesetzt werden können.

Jaycar in Australien verkauft eine Reihe von Leistungsmessern , die einen solchen IC verwenden, und Datenblätter sind verfügbar. Es ist meine Absicht, eine optoisolierte Schnittstelle für die Jaycar-Zähler und andere zu entwickeln, die dieselben oder ähnliche ICs verwenden, aber es steht auf der "Irgendwann" -Liste, so dass es zu schnelleren Ergebnissen führen kann, wenn jemand daran interessiert ist, es zu erledigen :-).

Wenn Sie morgen Ergebnisse wollen und nichts dagegen haben, 179 $ (160-90 $ mit einer "Trade" -Karte) zu zahlen, macht dieses Messgerät mit USB-Schnittstelle und Stromwandler und Software wahrscheinlich genau das, was Sie wollen.

Dieser Jaycar-Leistungsmesser kostet 27 australische Dollar in 1/s und ungefähr 18 Dollar in bescheidenem Volumen, als ich vor einigen Monaten nachfragte. Sie spezialisieren sie gelegentlich. Ich habe ein Datenblatt für den verwendeten IC (möglicherweise Cirrus-Logik), und dies möchte ich zunächst für die Schnittstelle anstreben.

Diese Jaycar Messgeräte sind schöner und teurer, aber nicht unbedingt besser für Ihren Zweck. Ich denke, das ist derjenige, für den Projektdetails und Code auf Hackaday veröffentlicht wurden.

Gerne können Sie mich abseits der Liste per E-Mail kontaktieren (Details in meinem Profil). Facebook ist keine gute Erstkontaktmethode.

HINZUGEFÜGT:

Welche Genauigkeit willst du.
WICHTIG - liegen sie alle auf einer Phase und werden vom selben Einspeisepunkt versorgt (Sicherung oder Steckdose oder ...?). Wenn ja, können Sie wahrscheinlich einmal die Spannung und den Strom x N messen und die V für V x I teilen.
Wenn alle Einspeisungen von einem gemeinsamen Punkt stammen, können Sie von diesem Punkt aus resistive Reihensensoren verwenden und das Messsystem mit diesem gemeinsamen Punkt floaten, also nur äußerst minimale Schaltungen verwenden. Ein uC an Bord von ADCs ist wahrscheinlich für Ihren Zweck in Ordnung, sodass Sie beispielsweise 8 x I-Sense, einen V-Teiler, eine auf den gemeinsamen Punkt zentrierte Stromversorgung und einen einzelnen isolierten Ausgangskanal benötigen, wenn Sie Ihren eigenen rollen. Das ist nicht trivial, aber auch technisch nicht sehr schwierig. Wenn Sie sich z. B. die Jaycar-Messgeräte nicht leisten können, werden sogar getrennte CTs pro Kanal lästig. Wenn Sie das obige Schema wirklich vorantreiben, könnten Sie das Los für 15 bis 30 US-Dollar in Teilen machen.