Wie misst man den Leistungsfaktor cos phi mit einem Arduino?

nach Wie misst man den Leistungsfaktor? Ich kann den Leistungsfaktor (cos phi) messen, indem ich den Nullpunktdurchgang von Spannung und Strom vergleiche. Das ist klar.

Das Problem, das ich habe, ist, was ist, wenn ich nicht genau sagen kann, wann der Nulldurchgang ist? Meine Idee ist, den Cos Phi mit einem Arduino mit einer sehr einfachen Schaltung zu messen.

Grundsätzlich möchte ich Widerstände verwenden, um die Spannung auf + - 5 abzubauen, und dann eine Diode verwenden, um nur die positiven Wellen zu haben. Damit kann ich die Spannung über den analogen Eingang des Arduino abtasten, sagen wir mal mindestens 2 schneller als 50 Hz. Der arduino nano zum Beispiel hat eine Taktrate von 16 MHz :-) (Nyqvist).

Jetzt, mit dem Strom, habe ich vor, dasselbe zu tun. Nehmen Sie einen billigen linearen Stromwandler und wandeln Sie ihn mit einem Widerstand in Spannung um, sodass ich nur maximal + 5 V bekomme.

Ich werde Widerstände und Transformatoren so berechnen, dass für die maximale V und AI die von mir benötigte Reichweite erreicht wird, und ich kann meinen Arduino auch mit Überspannungsschutz sichern.

Ich muss U und A nicht genau messen. Ich brauche diese Werte nicht genau, deshalb könnte die Verwendung billiger Elemente und ein einfacher Ansatz ausreichen.

Was ich brauche, ist die Phase zu berechnen. Bitte werfen Sie einen Blick auf das Bild:Strom und Spannung

Nehmen wir an, 1. Ich kann Strom und Spannung nur als positive Wellen von 0 bis max. 5 V messen. 2. Ich taste schnell genug ab. 3. Ich kann den Punkt erkennen, an dem sie von Null auf einen bestimmten Wert gehen (ich werde auch hier einen Fehler machen. ..) 4. Es gibt einen Fehler bei der Messung (Größe) 5. Ich kann dt zwischen V und A berechnen. Damit kann ich cos phi berechnen

Meine Frage: Ist das möglich/machbar? Ist der Fehler, den ich in 3 mache, groß genug, um diese Cos-Phi-Messung unpraktisch zu machen? Wie kann ich diesen Fehler berechnen?

Vielen Dank

Sie müssen viel, viel, viel schneller als 50 Hz abtasten, um die Phasenwinkeldifferenz einer 50-Hz-Stromleitung zu messen.
Anstatt das Signal dem ADC zuzuführen, könnten Sie beide Signale in Nulldurchgangsdetektoren leiten und dann einen Hardware-Timer verwenden, um die Differenz zwischen ihnen sehr genau zu messen.
@brhans: Ist eine Taktrate von 16 MHz viel viel schneller als 50 Hz? Natürlich wird die Abtastrate nicht 16 MHz betragen, aber wenn der Algorithmus gut genug ist, vielleicht nahe 1 MHz.
@uint128_t redest du davon? Spielplatz.arduino.cc/Main/ACPhaseControl
Ja schon. Sie brauchen nur den Nulldurchgangsteil, Sie brauchen den Triac-Teil nicht. Und dann benötigen Sie eine zweite Nulldurchgangsschaltung für Ihren Strom.
Das Messen des Leistungsfaktors ist auf diese Weise problematisch. Siehe meine Antwort hier: electronic.stackexchange.com/questions/202667/… . Siehe auch diese beiden Antworten: electronic.stackexchange.com/questions/82188/… und auch diese: electronic.stackexchange.com/questions/76213/…

Antworten (1)

Sehen Sie sich die Kommentare unter dem Beitrag an, nachdem Sie dies gelesen haben. Meine Lösung hier wäre nur für RLC-Schaltungen genau und nicht, wenn aufgrund von Gleichrichtern usw. gepulste Ströme vorhanden wären.

Mach dir wegen Nyquist keine Sorgen. Stattdessen:

  • Ermitteln Sie den Nulldurchgang des Spannungssignals. Beachten Sie, ob es positiv oder negativ ist.
  • Starten Sie zwei Timer – einen, um die Zeit bis zum nächsten Spannungsnulldurchgang (Vzc) zu messen, und den nächsten, um die Messzeit bis zum Stromnulldurchgang (Izc) zu erfassen.
  • Wenn der Izc auftritt, stoppen Sie den Izc-Timer.
  • Finden Sie heraus, ob es positiv oder negativ ist.
  • Stoppen Sie beim nächsten Vzc den Vzc-Timer. (Dies gibt Ihnen die Halbzykluszeit.)

Aus all den obigen Informationen können Sie den Winkel zwischen den Nulldurchgängen herausfinden und ob der Phasenwinkel voreilend oder nacheilend ist.

Ihr Hauptproblem wird die Genauigkeit der ZC-Messungen sein, insbesondere bei der aktuellen Wellenform (die Null sein kann, vergessen Sie das nicht). Ich würde vorschlagen, dass dies besser durch externe diskrete Schaltungen erreicht werden könnte, die digitale Eingänge auslösen. Der Wideband Zero-Cross Detector von Dave Johnson kann hilfreich sein.

Ich würde mir große Sorgen um Nyquist machen, wenn Sie versuchen, den Leistungsfaktor genau abzuschätzen. Beim Nulldurchgang zur Berechnung von PF fehlt der Punkt, was PF ist und wie es sich auf stark nicht sinusförmige Ströme wie in Brückengleichrichtern bezieht. Eine theoretische Sinuswelle mit Widerstands-, Induktor- oder Kondensatorlast ist in Ordnung, aber für den Rest der realen Welt vergessen Sie es.
Das ist interessant, Andi. Ich arbeite gelegentlich mit Leistungsfaktorkorrektur und bin mir der nicht sinusförmigen Ströme und Oberschwingungen bewusst, die von 3-Phasen-VSDs usw. erzeugt werden, sowie des Doppelimpulses, der bei jeder Phasenhalbwelle erzeugt wird. Ich habe auch viel Submetering mit PF und harmonischer Analyse, aber ich habe diesen Aspekt nie berücksichtigt. Wie läuft das dann ab? Über die Grundlagen der Harmonik?
Ich kenne nur einen vernünftigen Weg, und das ist die Berechnung der tatsächlichen Leistung und von Vrms x Arms und die Ermittlung von PF daraus - siehe die Links unter der Frage, die ich als Kommentar eingegeben habe. Grundsätzlich kann PF bei großen Stromoberschwingungen als unsinniger Wert angesehen werden.
Es ist ein unglückliches Problem, bei dem PowerFactor und DisplacementPowerFactor austauschbar verwendet werden. DisplacementPowerFactor ist REIN die Phasendifferenz zwischen der Grundspannung und dem Grundstrom. PowerFactor berücksichtigt Oberschwingungen und löst sich sauber in RealPower & VA auf. Für passive Lasten DPF == PF ... aber das ist nicht immer der Fall.
@Andyaka yup ... der einzige wirklich zuverlässige Weg ist sofortiges V & A.
Es scheint mir also, dass der Weg, um einen echten Wert aus der Messung zu ziehen, darin besteht, den PowerFactor (einschließlich Oberschwingungen) zu verwenden. Werde mit den Arduinos und einigen Sensoren arbeiten und hier berichten, was ich gefunden habe, kann aber einige Zeit dauern.
@otmezger Sehr späte Infos ... Siehe dies für "andere Methoden", kein Kreuzdetektor erforderlich. electronic.stackexchange.com/questions/574979/…
Wie misst man den Leistungsfaktor cos phi mit einem Arduino?
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