Ich möchte den Stromverbrauch mehrerer einphasiger Netzgeräte (0-10A) überwachen. Das System soll zu einem industriellen Automatisierungssystem (auf DIN-Schiene) hinzugefügt werden und mit einem Mikrocontroller (analog oder digital) kommunizieren können.
Es kann inline oder um das Kabel herum (dh geklemmt) installiert werden. Was sind die jeweiligen Vorteile?
Ich würde gerne etwas über die Methode zur Strom-/Leistungsmessung, die Genauigkeit (für einen Bereich von 0–10 A), ein geeignetes handelsübliches System/Teile und ungefähre Kosten erfahren.
Um klarzustellen:
Ich bin daran interessiert, wenn möglich ein Standardsystem zu verwenden. Wenn es eine vorhandene Lösung gibt, die meinen Anforderungen entspricht, würde ich gerne davon hören (und Antworten auf die obigen Fragen - wie es funktioniert, Genauigkeit, Kosten). Es macht keinen Sinn, das Rad hier neu zu gestalten, es ist keine akademische Übung.
handelsübliche Geräte
Viele handelsübliche Energieüberwachungsgeräte erledigen fast alles, was Sie wollen. Es würde mich nicht überraschen, wenn mehrere Unternehmen Industrieversionen auf DIN-Schienenhalterungen verkaufen – bitte teilen Sie uns mit, wenn Sie welche finden. Wenn Sie keine finden können, könnten Sie vielleicht kommerzielle Versionen verwenden:
Sie verwenden eine Vielzahl aktueller Erfassungstechniken und Kommunikationsprotokolle.
unnötig verschrobene Antwort auf andere "Antworten":
Ein typisches Leistungsüberwachungsgerät misst den Momentanstrom und die Momentanspannung viele Male pro Sekunde. Aus diesen Zahlen berechnet es die momentane Wirkleistung und aus der momentanen Wirkleistung kann es die durchschnittliche Wirkleistung RealP über einen oder mehrere volle Leistungszyklen berechnen.
Auch aus diesen Daten kann das Gerät den Leistungsfaktor Pf über einen oder mehrere volle Leistungszyklen berechnen
Pf := RealP / (Vrms * Irms) -- by definition
Einige Lehrbücher implizieren, dass der Leistungsfaktor der Kosinus von etwas ist, vielleicht etwas, das mit Nulldurchgängen zusammenhängt. Das macht es falsch. Es kann passieren, dass es das aktuelle Ergebnis für perfekt lineare Lasten mit idealer Sinuswellenleistung liefert, aber nicht für nichtlineare Lasten oder lineare Lasten mit unserer weniger als idealen, nicht genau sinusförmigen Leistung. Stattdessen verwenden gute Leistungsüberwachungsgeräte die obige Gleichung, die selbst bei nichtlinearen Lasten oder nicht sinusförmiger Leistung oder beidem den korrekten Leistungsfaktor liefert.
Einige Lehrbücher implizieren, dass man die tatsächliche Leistung berechnen kann, indem man den Leistungsfaktor mit etwas multipliziert. Das macht es falsch. Es ist eine unnötig umständliche Methode, um die Wirkleistung zu erhalten, da das Gerät die Wirkleistung bereits berechnet haben muss, um den Leistungsfaktor zu erhalten.
Für etwas Schnelles und Einfaches können Sie die offene Energieplattform ausprobieren .
Es ist ein Arduino-basiertes Energieüberwachungssystem, komplett mit GLCD-Display, wenn Sie so wollen. Es wird mit einer Open-Source-Arduino-Skizze für eine relativ genaue Energiemessung geliefert, die die obigen Formeln implementiert, und die Website beschreibt auch das Design und die verwendete Energiemessmethode.
Sie verwenden einen einfachen AC-AC-Adapter, um die Spannung einzustellen, und einen Stromwandler für den Strom, der auf die Netzleitung aufgeschnappt wird.
Das Design ist sehr einfach und kann leicht modifiziert werden, um die berechneten Vrms- und Irms-Werte über ein beliebiges Kommunikationsmedium wie RS232, I2C usw. an andere Systeme zu senden.
Sie können auch AFEs (Analog Front End)-Chips von Microchip, Maxim oder Cyrus Logic verwenden, diese erfordern jedoch viel mehr Programmierkenntnisse.
Für Leistungsmessungen: Sie müssen VRMS, IRMS, Leistungsfaktor und Leistung berechnen
Leistung (Wirkleistung) = VRMS * IRMS * PF
Beginnen wir mit Strom:
Es gibt 3 Methoden zur Strommessung "Shunt-Widerstand, Rogowski-Spule und Hall-Effekt", um zu wissen, welche Sie wählen sollten, siehe diese FrageUnabhängig davon, ob Sie Shunt oder Rogowski verwendet haben, nehmen Sie den Ausgang dieses Sensors in einen ADC, der ADC gibt Ihnen Proben, in Ihrer MCU erstellen Sie eine Gleichung, die den ADC-Messwert in ein echtes Signal umwandelt, dh wenn der Der Messwert war X = 0,5, dann stimmt er mit Y = 7 Ampere beim realen Signal überein. Um dann den IRMS zu finden, sammeln Sie die Messwerte in einem Puffer, sagen wir Pufferlänge [64] Probe, nachdem der Puffer die volle Summe ist (Probe * Probe ) "Quadrieren und summieren Sie sie", teilen Sie sie dann durch ihre Zahl (64) und nehmen Sie später den quadratischen Mittelwert. Also IRMS = Sqrt (Summe (Stichprobe * Stichprobe) / Anzahl der Stichproben) Je mehr Stichproben Sie nehmen, desto genauer ist das Ergebnis Sie erhalten, Auch dieses Thema wird eine andere Methode dafür erklären "Ac-Messungen"
Kommen wir nun zur Spannung: Für die Spannungsmessung benötigen Sie einen einfachen Spannungsteiler und führen dann das Ausgangssignal zu einem ADC. Führen Sie die gleichen Berechnungen durch wie in IRMS, um den VRMS zu ermitteln. Also VRMS = Sqrt (Summe (Sample *) Probe)/Anzahl der Proben)
Nachdem Sie jetzt fertig sind, haben Sie VRMS & IRMS.
Also müssen wir P (Durchschnittsleistung = Wirkleistung) P = VRMS * IRMS * PF finden
, also brauchen wir den Leistungsfaktor
Für den Leistungsfaktor müssen Sie den Nulldurchgang von Strom oder Spannung erkennen. Nachdem Sie ihn erkannt haben, verwenden Sie einen Timer in der MCU, um zu zählen, wie viele "usec" zwischen dem Nulldurchgang von Spannung und Strom liegen. Jetzt haben Sie die Differenz zwischen ihnen , benutze Mathe und du wirst PF haben
So können Sie endlich die Leistung berechnen,
Für die Leistung: - Sie werden sie akkumulieren und durch Zahlen dividieren, um KWH zu erhalten und so weiter.
Es ist passiert, dass ich ein System wie dieses gebaut und viel hier im Stack gefragt habe, also habe ich bis jetzt das bekommen.
Der Grund, warum ich den Hall-Effekt-Sensor nicht erwähnt habe, ist, dass er teuer ist.
Ein einfacher Algorithmus, um VRMS oder IRMS zu finden: - 1-X = function(ADC_Reading) ; // Gleichung, um den Messwert auf das Original zurückzusetzen 2-Sum+=X*X; 3-Ist diese Probennummer (64.128...) wenn ja, gehe zu 4, wenn nicht, gehe zu 1 4-Y=sum/(64.128,...) 5-IRMS oder VRMS=sqrt(Y) 6-Alle zurücksetzen & wiederholen
Als weiterer Schritt in Ihrem System müssen Sie eine Kalibrierung vornehmen, da Sie weniger Fehler beim Ablesen usw. wünschen, um eine bessere Genauigkeit zu erreichen. Es ist passiert, dass ich dies im Stapel zur Kalibrierung angefordert habe
Es gibt viele Energiemesslösungen.
10A @ 240V sind etwa 24 Ohm. Sie können sich einen Präzisionswiderstand von 0,1 Ohm (oder niedriger) besorgen und einfach einen ADC von einem uC verwenden, um die Spannung über dem Widerstand zu messen.
Der Strom durch den Widerstand ist dann einfach I = 10 V, wobei V die Spannung über dem Widerstand ist, die im Bereich von etwa 1 Vrms liegt.
Weil P_tot = P_S + P_L, wobei P_S = Verlustleistung im Messwiderstand und P_L die Lastleistung ist (was Sie zu finden versuchen), und
P_tot = 240*I = 240*10*V = 2400*V
P_L = 2400*V - P_S = 2400*V - 10*V^2
Es reicht also aus, V zu kennen, um die Leistung in der Last zu berechnen.
Wenn Ihre Stromquelle nicht konstant ist, können Sie einen anderen ADC verwenden, um die Spannung über dem Sinn und der Last zu überwachen und diesen anstelle von 240 zu verwenden.
Dies ist im Allgemeinen der einfachste und billigste Weg (er kann viel besser skalieren, da Sie wahrscheinlich einen billigen PIC und ein paar Messwiderstände verwenden können).
Wie auch immer, ich kann nicht alle deine Hausaufgaben für dich machen ;)
Olin Lathrop
Alex L