Wie baut man sehr kostengünstige Stromwandler?

Ich baue ein kostengünstiges Energieüberwachungssystem für zu Hause. Ich möchte sehen, wie viel Energie von Warmwasserbereitern, großen Wasserpumpen, Küchengeräten, Blitzen und Computern verbraucht wird. Ich wäre super, wenn ich jedes Licht und jede Steckdose in meinem Haus messen könnte.

Ich habe auf dem lokalen Markt relativ billige Stromwandler gefunden, aber sie sind für ein solches Projekt etwas zu teuer (ich brauche zu viele davon).

Ich brauche wenige Strombereiche (5A, 10A, 20A). Ich möchte diese Ströme mit Mikrocontroller ADC messen.

Die Frage ist also:

Wie kann ich kostengünstige und relativ kleine Stromwandler bauen?

  1. Muss es ringförmig, klein (unter 2 x 2 x 2 cm für 20 A CT) und billig sein?

  2. Wenn es ein Ringkern sein muss - welchen Kern kann ich verwenden? Eisenpulverkerne sind sehr günstig - kann ich sie verwenden? Ich kann Eisenpulverkerne kaufen (AL-Bereich von 33 bis 83). für 0,10 EUR.

Ich weiß, dass das Wickeln von Toroiden kompliziert ist, aber ich habe einige mechanische Fähigkeiten und ich glaube, ich kann eine kleine Toroidwickelmaschine bauen, wenn Toroide für kleine Größen benötigt werden.

Wenn jemand mit einer erschöpfenden Antwort (in Form einer Anleitung?) antwortet, werde ich ihn mit einem großen Kopfgeld belohnen (nach 2 Tagen).

Am billigsten ist ein "Luftstromwandler". Wickeln Sie Draht A mehrmals um Draht B.
Ich habe darüber nachgedacht. Aber wie viele Umdrehungen? Wie genau wird es sein?
Sie müssten experimentieren, um eine gute Anzahl von Windungen zu erhalten - es hängt davon ab, welche Stromstärke Sie erfassen. Wie genau - Genauigkeit definieren? Es wird sich im Laufe der Zeit nicht ändern, also wenn Sie es richtig kalibrieren, dann 100% Genauigkeit;)
@Majenko: Da die Achse des großen Drahtes parallel zur Achse des Drahtes sein muss, schneidet das Magnetfeld in der Wicklung, das Wickeln von Draht A um Draht B funktioniert nicht.
Niemand hat gesagt, dass es effizient wäre ...
@Majenko: Es ist keine Frage der Effizienz, es wird einfach nicht funktionieren. Betrachten Sie zum Beispiel einen Draht, der Wechselstrom führt, und einen anderen daneben, dessen Achse parallel zum ersten ist. Wird das variierende Magnetfeld, das durch den Strom durch den ersten Draht erzeugt wird, im zweiten eine Spannung induzieren? Absolut! Drehen Sie nun den zweiten Draht um 90 Grad, sodass die Achsen der Drähte senkrecht stehen. Wird nun in der zweiten Ader eine Spannung induziert? Absolut nicht! Wickeln Sie nun den zweiten Draht um den ersten. Wurde die axiale Anordnung geändert? Wenn nicht, wie wird dann im zweiten Draht eine Spannung induziert?
Das alles gilt, wenn Sie davon ausgehen, dass ein Draht ein eindimensionales Objekt ohne Dicke ist. Es gibt jedoch eine gewisse Dicke - nur sehr klein, sodass ein gewisser Strom induziert wird. Da es spiralförmig um den Draht gewickelt ist, ist es nicht in einem Winkel von 90 °, sondern in einem etwas niedrigeren Winkel, und so fließt ein Teil dieses winzigen Stroms. Wie ich schon sagte - nicht effizient (vielleicht 0,001% effizient), aber im Wesentlichen kostenlos.
Und ich habe es einfach auf meiner Bank aufgebaut und siehe da, mit 3,8 A, 5 V, durch einen einzelnen Leiter und einen Draht, der um diesen Leiter gewickelt ist (11 Mal, über eine Länge von etwa 6 Zoll), ich sehe (ich habe nur einen DC-Quelle zur Hand) Spitzen von einigen mV auf meinem Oszilloskop, wenn ich das Gerät ein-/ausschalte. (Das erinnert mich daran, dass ich die AC-Versorgung bauen muss, die ich mir vorgenommen habe.)
Nun, die Windungen so weit auseinander zu legen, ist Schummeln, da es die Drähte näher an die Parallelität bringt, und ich bin sicher, Sie meinten beim ersten Mal eng gewickelt, aber wer ist pingelig? ;) Der OP muss jedoch etwas enttäuscht sein, da er mit Ihrer Methode - mit einem Wirkungsgrad von 0,001% - wahrscheinlich 80000-mal größere Transformatoren erhält als herkömmliche Eisenkerntransformatoren, die mit 80% laufen. Kaum das, was ich "im Wesentlichen frei" nennen würde <G>
Sie sollten diese Antwort überprüfen .

Antworten (3)

Finden Sie die günstigsten „Eisenkern“-Transformatoren, die genug Platz in einem Laminierungs-„Fenster“ haben, damit Sie einen Draht hindurchschieben können. Platz für zwei Drähte ist sogar noch besser, aber Platz für einen reicht aus.

Führen Sie einen isolierten Draht durch das Loch, so dass es sich effektiv um eine Wicklung mit 1 Windung handelt.
Drehen Sie die Enden (isoliert) umeinander, so dass sie eine enge Schleife um den Kern bilden.
Zwei Drähte durch (effektiv zwei Windungen) können es etwas weniger anfällig für Störungen durch Drahtbewegungen machen. Dürfen.

Sie haben jetzt einen Stromwandler.

Legen Sie einen kleineren Widerstand über die Wicklung.
Leiten Sie Wechselstrom durch das Kabel.
Messen Sie die Spannung mit einem Messgerät.
Widerstand passend einstellen.

Ein kleiner Leistungstransformator sollte gut funktionieren, aber fast jeder Transformator mit Stahlkern funktioniert. Kleine Audio-Interstage-Kopplungstransistoren mit Stahlkernen sollten funktionieren - aber mehr Windungen ergeben normalerweise mehr Volt pro Ampere.

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NB Ich habe diese spezielle Anordnung NIE ausprobiert, bin aber zuversichtlich, dass sie funktionieren wird.
Sie können eine Reihe von Transformatoren kalibrieren, indem Sie den Widerstandswert anpassen.

Hinzugefügt

Auslegung eines Stromwandlers:

Kurz:

Gegeben ist ein Transformator mit einer einzelnen Primärwindung, einer N Windung sekundär und einem gewünschten Ausgang von K Volt pro Ampere Eingang. Der Widerstand R über der Sekundärseite ist gegeben durch

R = kxN

Beachten Sie, dass Kernmagnetisierung und Sättigung Probleme in realen Fällen sind. Für einen Eingangsstrom von A Ampere und eine Primärwicklung von 1 Windung muss der Kern eine Magnetisierung von A Ampere Windungen ohne Sättigung unterstützen.

Länger

Stromwandler mögen magisch erscheinen, funktionieren aber tatsächlich nach sehr standardmäßigen Transformatorregeln.

An einen "normalen" (idealen) Transformator wird normalerweise eine feste Spannung angelegt, die in den Ausgang gespiegelt, aber mit dem Windungsverhältnis N (Vout = Vin x N) multipliziert wird, und der Ausgangsstrom wird mit 1/N multipliziert, sodass Iout = Iin/N .

Ein Stromwandler funktioniert nicht anders, ABER anstatt Vin einzuschränken und Iin einen geeigneten Wert annehmen zu lassen, beschränken wir stattdessen Iin und lassen Vin annehmen, welcher Wert auch immer passiert. Tatsächlich kümmern wir uns normalerweise nicht um den Wert von Vin - wir kümmern uns um Vout. Also setzen wir Iin - das ist der Strom, der "gemessen" wird, dies erzeugt Iout = Iin/N, wir wählen einen Ausgangs-V-Widerstand für Iout aus, in den Iout fließt, so dass Vout ein gewünschter Wert für ein gegebenes Iin ist, und wir messen dann Vout zu Stellen Sie fest, was Ion ist. Vin ist Vo/N, wird aber fast nie gemessen.

Gegeben sei ein Trafo mit 1 Primärwindung und N Sekundärwindungen.
R = Widerstand, der über die Sekundärseite gelegt wird, damit Iout einfließen kann. Is = Isecary
p = Iprimary.
N = Windungsverhältnis (Turns_in / Turns_out). k = gewünschte Voltausgabe über R pro Ampere in der Primärwicklung. R = Widerstand über Sekundärseite.

Dann

Is = Ip/N (Standardtransformatoraktion.)
R = Vs/Is
, aber Is = Ip/N
Vs = K.Ip wobei wir R auswählen, um K = Vout/Iin zu machen, um den Wert unserer Wahl anzunehmen.

Setzen Sie Ip = 1 Amp
Is = Ip/N Vs = k
R = Vs/Is = k / (Ip/N) = KN/Ip
As Ip = 1

R = kN !!! Erstaunlich einfach. Dh Wählen Sie K = Volt out pro Amp in. Wählen oder verwenden Sie das verfügbare Übersetzungsverhältnis N.

Stellen Sie R = kN = Volt/Ampere x Windungsverhältnis ein

Um einen Widerstand über dem Ausgang zu finden, um K Volt pro Ampere zu erhalten. V=iR also R = V/I. Für Iprim = 1 ist Vsek = k. R = V/isec = VN/Iprim = kN/1 = kN. | R = Volt pro Ampere x Windungsverhältnis.

Diese Methode ist tatsächlich besser, als alle Berechnungen durchzuführen. Ich habe etwas ein bisschen anders gemacht. Ich habe 200 Windungen auf den Kern gelegt, 1 Primärwindung, ich habe 1A durchgesteckt und den Sekundärstrom gemessen (eigentlich - Spannung an 10 Ohm). Das gab mir ein Verhältnis von CT mit 200 Windungen. Ich habe die Windungszahl auf das gewünschte Verhältnis eingestellt und überprüft, ob sie im gewünschten CT-Bereich nicht gesättigt ist.
N = Übersetzungsverhältnis. Isec = Iprim / N. Um einen Widerstand über dem Ausgang zu finden, um K Volt pro Ampere zu erhalten. V=iR also R = V/I. Für Iprim = 1 ist Vsek = k. R = V/isec = VN/Iprim = kN/1 = kN. | R = Volt pro Ampere x Windungsverhältnis.
+1 Russel Ich habe den schottischen Stromwandler implementiert. Er funktioniert gut und wird seit 20 Jahren zeitweise auf Prüfvorrichtungen verwendet.
@Autist :-). Ich nehme an, dass Sie mit "schottisch" meine beschriebene Methode zur Verwendung eines Standardtransformators mit einem Draht meinen, der durch ein geeignetes Laminierungsfenster geführt wird.

Ich denke, Sie werden große Probleme haben, mit einem Ringkern mit Eisenpulverkern bei 50 Hz eine ausreichend gute Leistung zu erzielen - die Induktivität ist nicht hoch genug. Aus diesem Grund werden typischerweise bandgewickelte Permalloy-Kerne verwendet.

Wenn Sie einen großen Eisenpulverkern verwenden (um mehr Platz zum Wickeln zu schaffen) und mehrere Windungen durch die Primärwicklung führen und nicht nur eine, können Sie möglicherweise eine akzeptable Leistung erzielen (5 Windungen würden Ihnen die 25-fache Induktivität ergeben). Beginnen Sie mit Ihren Anforderungen (Mindestfrequenz, Mindeststromauflösung) und führen Sie einige Transformatordesignberechnungen durch. Auch die Sättigung muss berücksichtigt werden.

Wenn Sie Luftspulen verwenden möchten, gibt es immer die Rogowski-Spule , die einen Ausgang bietet, den Sie integrieren können, um Strom zu geben.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich brauche einen niedrigen AL-Kern, richtig?
Hohe AL für hohe Induktivität.
Ich glaube, ich habe passende Kerne gefunden. AL-Bereich von 2500 bis 10000, Preis 0,12 EUR. Werkstoff F860. Es wird gut für CT sein?
@Kamil Klingt so, als hätte es Potenzial.
@SpehroPefhany Potenzial? War das ein Wortspiel? :-)

Die Firma „RIB“ stellt CTs und CT/Relais-Kombinationen her, die 0,25 bis 200 A messen können. Die meisten kosten weniger als 30 $. Fast jeder Elektro- oder Elektroniklieferant hat sie, Graybar, Johnstone Supply und Grainger, um nur einige zu nennen mein Kopf

Es geht ums Herstellen, nicht ums Kaufen.
„Die meisten kosten weniger als 30 Dollar“ – das ist extrem teuer! Ich habe einen Lieferanten gefunden, der CTs (10-50A-Bereich) für etwa 4-5 USD verkauft.
Wie baut man sehr kostengünstige Stromwandler?
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