Wirk- und Scheinleistung messen

Ich hoffe, meine Frage entspricht den Regeln der Website.

Ich mache einen Leistungsmesser mit einem Spannungswandler, einem Stromwandler und einem Arduino, neben den Komponenten, um die Schnittstelle für die Transformatoren für das Arduino zu erstellen. Dafür verlasse ich mich auf ein Open-Source-Projekt namens OpenEnergyMonitor .

Ich nehme regelmäßig Spannungs- und Strommessungen vor und kann dann die RMS-Spannung und den RMS-Strom berechnen, um anschließend die Scheinleistung als Produkt dieser beiden Größen zu berechnen.

Aber ich bin verwirrt bei der Berechnung der tatsächlichen Leistung. Meine Referenzen zeigen, dass diese Berechnung ziemlich einfach ist: ist das durchschnittliche Produkt von Spannungs- und Stromproben. In der im Projekt verfügbaren Firmware wird die Spannung jedoch als "verändert" betrachtet.

Diese Spannung wird wie folgt berechnet:

shiftedV = lastFilteredV + PHASECAL * (filteredV - lastFilteredV);

Wo:

  • ShiftedVist die Spannung, die zur Berechnung der Wirkleistung verwendet wird.
  • lastFilteredVist die Momentanspannung der Probe unmittelbar davor.
  • filteredVist die Momentanspannung der aktuellen Probe.
  • PHASECAList ein durch Brute Force kalibrierter Koeffizient. Ich konnte keine Erklärung für seine Bedeutung finden.

Nachdem ich die gesamte Website nach Erklärungen durchsucht hatte, konnte ich die folgenden Informationen sammeln:

shiftedV removed the phase offset associate with the different hardware components.

Phase calibration goes here.

Ich kann die Motivation einfach nicht nachvollziehen, so etwas zu tun. Könnte mir jemand helfen?

BEARBEITEN

Sehen wir uns zwei Diagramme an, die zwei Schaltkreise darstellen, der erste ist vollständig resistiv und der zweite reaktiv. ( Quelle der Bilder )

Widerstandsschaltung reaktive Schaltung

Da es sich im ersten Diagramm um eine ohmsche Last handelt, wird die gesamte Leistung verbraucht, was uns einen PF von 1 gibt. Warum ist PF gleich 1? Weil die Wirkleistung (der Durchschnitt des Produkts aus Momentanspannung und -strom) maximal (und damit gleich der Scheinleistung) ist, weil die Signale immer gleich sind (positiv und positiv oder negativ und negativ). Auf diese Weise wird keine Energie entfernt (negativ).

Da es sich im zweiten Diagramm um eine reaktive Last handelt, wird die gesamte Leistung absorbiert und dann an den Schaltkreis zurückgegeben, was uns einen PF von 0 ergibt. Weil die Wirkleistung (der Durchschnitt der Produkte aus Momentanspannung und -strom) gerade Null ist weil die Signale verschoben sind und was jetzt verloren ist, wird gerade gewonnen.

Verstehst du meinen Punkt? Meine "Theorie" ist, dass Sie nichts zu Ausgefallenes tun müssen (z. B. shiftedV verwenden), um die tatsächliche Leistung zu berechnen. Nehmen Sie einfach eine große Anzahl von Probenpaaren auf und mitteln Sie deren Produkt.

Was ich will, ist nur eine Bestätigung dessen, was ich für richtig halte oder weil die im Projekt verwendete Methode richtig ist.

Was ich schließlich wissen möchte, ist: Gibt es einen Grund für das Projekt, dass ich diese unterschiedliche Spannung (deren Verständnis mir völlig entgeht) verwendet habe, um die tatsächliche Leistung zu berechnen? Und vor allem, sollte ich das auch tun? Oder sollte ich einfach die Momentanproben multiplizieren und den Durchschnitt berechnen?

Entschuldigung für jeden englischen Fehler, es ist nicht meine Hauptsprache.

Hast du auch eine Echtzeitmessung des Stroms?
@Matt, ich verwende einen Stromwandler, um den Strom auf ein sicheres Niveau zu reduzieren, und einen Widerstand mit hoher Wattzahl und sehr niedrigem Widerstand, um die Spannung abzutasten. Da ich den Widerstand und die Spannung kenne, kann ich den ursprünglichen Strom berechnen.
Ich habe das Gefühl, dass in diesem Fall Wirk- und Scheinleistung sowieso gleich sind. Aber siehe meine Bearbeitung unten.

Antworten (1)

Die Wirkleistung basiert auf der Phasendifferenz zwischen der Spannungs- und der Stromwellenform. Sie sehen es hauptsächlich bei der Berechnung des Leistungsfaktors . Aus Wikipedia:

Das Verhältnis zwischen Wirkleistung und Scheinleistung in einem Stromkreis wird als Leistungsfaktor bezeichnet. Es ist ein praktisches Maß für die Effizienz eines Stromverteilungssystems. Bei zwei Systemen, die die gleiche Menge an Wirkleistung übertragen, weist das System mit dem niedrigeren Leistungsfaktor aufgrund der Energie, die aus dem Energiespeicher in der Last zur Quelle zurückkehrt, höhere Kreisströme auf. Diese höheren Ströme erzeugen höhere Verluste und reduzieren die Gesamtübertragungseffizienz. Eine Schaltung mit niedrigerem Leistungsfaktor hat eine höhere Scheinleistung und höhere Verluste bei gleicher Wirkleistung. Der Leistungsfaktor ist eins, wenn Spannung und Strom in Phase sind. Es ist Null, wenn der Strom der Spannung um 90 Grad vorauseilt oder nacheilt. Leistungsfaktoren werden normalerweise als "voreilend" oder "nacheilend" angegeben

Ich glaube, dass sie in Ihrer Anwendung shiftedV verwenden, um zu sehen, wie stark sich die Phase seit dem letzten Wert geändert hat. Bei einer rein ohmschen Last wäre der Leistungsfaktor 1 ... also Wirkleistung = Scheinleistung. Sie sollten also wahrscheinlich eine ohmsche Last verwenden, um Ihre Phasenzahl zu bestimmen (setzen Sie sie so real = scheinbar). Dann können Sie den Leistungsfaktor für verschiedene Lasten finden.

Edit: Wenn Sie den zeitlichen Mittelwert des Momentanprodukts von Spannung und Strom nehmen, haben Sie sicherlich eine echte Leistungsmessung. Wie ich oben (schlecht) angedeutet habe, glaube ich, dass das verschobene V verwendet wird, um alle durch den Messprozess eingeführten Reaktanzelemente anzupassen. Um die Auswirkungen der Elektronik auszugleichen, erhalten Sie die tatsächliche Leistung der Last. Hier gute Lektüre und Bilder von National Instruments

Ich schätze Ihre Antwort! Aber ich fürchte, das ist nicht genau das, wonach ich suche. Ich verstehe, was Leistungsfaktor ist, und die wahre Leistung hängt direkt mit der Phasenverschiebung zusammen, die zwischen den Kurven von Spannung und Strom gefunden wird. Ich werde meine Frage bearbeiten, um einige Informationen hinzuzufügen. Bitte lesen Sie es noch einmal.
Nachdem ich nachgedacht und recherchiert habe, glaube ich zu verstehen, was Sie sagen (leider bin ich kein Elektronikingenieur und ich bin außerhalb meines Wissensgebiets). Wahrscheinlich bilden die Transformatoren und andere Komponenten zusätzlich zum ADC selbst ein System, das eine gewisse Verzerrung einfügt. Die Dämpfung ist dabei unkritisch, wohl aber die mögliche Phasenverschiebung. Und das shiftedVkorrigiert genau das. Ich denke richtig? Das Ergebnis: Ich muss noch fleißig lernen! Trotzdem danke für die Hilfe. Auf jeden Fall eine positive Abstimmung wert.
Ich glaube du denkst richtig
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