Wechselspannungsmessung mit einem Mikrocontroller

Muss ich einen Transformator verwenden?

Nein, tust du nicht. Sie benötigen eine Isolierung zwischen der Stromleitung und allem, was Sie berühren könnten. Ein Transformator irgendwo in der Kette ist eine Möglichkeit, dies zu erreichen, aber nicht die einzige Möglichkeit.

Ich würde wahrscheinlich keinen Transformator verwenden. In diesem Fall ist es sinnvoll, das Messobjekt direkt mit der Referenz des Messsignals zu verbinden. In Ihrem Fall bedeutet dies, die Masse des Mikrocontrollers an die Neutralleitung zu binden.

Alles, was an eine AC-Leitung angeschlossen ist, ob heiß oder neutral, muss als spannungsführend und gefährlich betrachtet werden. In diesem Fall bedeutet dies, dass das Mikro an unsicheren Spannungen anliegt und von allem isoliert werden muss, was Sie berühren können, wenn das Produkt ordnungsgemäß abgedichtet ist. Ich würde wahrscheinlich Opto-Isolatoren zwischen dem Mikro und dem Rest der Schaltung verwenden. Digitale Signale können viel besser über eine Isolationsbarriere transportiert werden als analoge Signale. Indem Sie das analoge Signal nicht isolieren, erhalten Sie bessere Messungen. Die digitalen Werte können dann ohne Beschädigung über die Isolierung gesendet werden.

Wie lautet die richtige Gleichung für C1?

Der beste Weg, dies zu betrachten, besteht darin, die Impedanz von C1 im Verhältnis zu dem zu betrachten, was es antreibt. In Ihrer Schaltung gibt es 1-kΩ-Widerstände gegen 5 V und Masse, sodass die rechte Seite der Kappe eine 500-Ω-Last treibt. Die linke Seite der Kappe wird von einer 400-Ω-Quelle angesteuert. Das bedeutet, dass die Kappe eine Dämpfung um die Hälfte verursacht, wenn ihre Impedanz 900 Ω beträgt.

Nehmen wir an, Sie möchten, dass die Kappenimpedanz 1/100 davon bei 50 Hz nicht überschreitet, damit sie wenig Einfluss auf die Mischung der Harmonischen hat. Die Gleichung, um die Kapazität zu erhalten, die eine bestimmte Impedanz bei einer bestimmten Frequenz hat, lautet:

  C = 1 / (2 ΠfR)

Wenn f in Hz und R in Ohm ist, dann ist C in Farad. 9 Ω bei 50 Hz benötigen also 355 µF. Dieser große Wert ist jedoch auf die übermäßig niedrige Impedanz zurückzuführen, die die Kappe treiben muss. R3 und R4 müssen nicht so niedrig sein, wie Sie sie haben. Sie können leicht 10x höher sein.

Muss ich einen Transformator verwenden?

Ja, das tust du. Wenn Sie fragen müssen, sind Sie nicht erfahren genug, um die Schaltung zu entwickeln, die keinen Transformator verwendet. Ich würde einen Transformator verwenden und bin einigermaßen erfahren.

Anderes Problem - Ihre Netzspannung ist nicht in Bezug auf Erde entwickelt - sie ist relativ zum Neutralleiter und der Neutralleiter kann geerdet sein oder nicht. Dadurch wird sichergestellt, dass eine direkte galvanische Verbindung zu stromführenden Leitungen gefährlich ist.

Verwenden Sie also einen Transformator, und das löst zwangsläufig das Problem von C1 (das Sie fälschlicherweise als Elektrolyt gezeichnet haben), da Sie die Sekundärwicklung des Transformators auf die Hälfte der Referenzspannung Ihres ADC vorspannen und daher den vollen Hub messen können.

Wenn Sie Leistung messen möchten, müssen Sie Spannungs- und Stromwellenformen miteinander multiplizieren. Wenn Sie die Leistung "schlecht schätzen" möchten, können Sie jede in Gleichstrom umwandeln und den Leistungsfaktor der Last schätzen und wahrscheinlich eine Meile entfernt sein.