резисторные датчики тока и напряжения в сети 220 на МК

[максим 2]

Здравствуйте.
Думаю как измерять ток через нагрузку (ТЭН до 3 кВт) и напряжение в сети ~220В с помощью микроконтроллера.
Не хочется использовать специализированные энергоизмерительные микросхемы. Хочется всё делать микроконтроллером - так интересней.
Вопрос в схемотехнической части: кое-что набросал в симуляторе, но не всё получается уже на этом этапе.

Составил схему из:

Датчика напряжения - делитель напряжения, диодный мост, чтоб избавиться от отрицательных полуволн, сглаживающий фильтр, чтоб МК не тратить ресурсы на вычисление среднеквадратического значения, и повторитель на ОУ, чтоб фильтр не влиял на сигнал. - в симуляторе работает, в реальности пока не знаю))

Датчик тока - шунт и операционный усилитель, подключенный по дифференцирующей схеме. Тут уже толку не хватило - Нужна помощь бывалых. С положительными полуволнами порядок, а для считывания отрицательной не понимаю какую схему собирать.

сама схема:


и файл для протеуса:

[tonyk]

Ты теорию сначала изучи. Без измерения СКЗ ты ничего путёвого не получишь. Вся дурь твоих схем вылезет, как только ты запитаешь свой ТЭН от тиристорного регулятора мощности. Про расщеплённое питание ОУ почитай, твой случай.

[mickbell]

[uquote="максим 2",url="/forum/viewtopic.php?p=4158126#p4158126"]чтоб МК не тратить ресурсы на вычисление среднеквадратического значения[/uquote]
Ресурсов Атеги64 хватает обсчитывать RMS восьми каналов напряжения, в каждом частота сигнала до 5 кГц, и ещё остаётся на обмен по Модбасу. Возможно, хватит и более мелкой меги, эта была выбрана для унификации с другим прибором. Надо заметить, АЦП там внешние, гальвааноразвязанные, с выходами SPI.

[максим 2]

[uquote="tonyk",url="/forum/viewtopic.php?p=4158190#p4158190"]Ты теорию сначала изучи. Без измерения СКЗ ты ничего путёвого не получишь. Вся дурь твоих схем вылезет, как только ты запитаешь свой ТЭН от тиристорного регулятора мощности. Про расщеплённое питание ОУ почитай, твой случай.[/uquote]
я думал, что фильтр интегрирует любой сигнал. Ок, убрал, буду считать СКЗ.
т.е. по такой схеме считывать сигнал с шунта?:

Если да, то как этот сигнал МК передавать? Надо как-то инвертировать отрицательные полуволны?

[tonyk]

Надо как-то инвертировать отрицательные полуволны?

Зачем их инвертировать?! Ты учебник почитай, прежде чем глупые вопросы задавать. Или впадлу читать что ли?
Вот для примера схема с гальванической развязкой.

[HochReiter]

Фильтр интегрирует, но во-первых, интеграл - не среднеквадратичное, а среднее значение, во-вторых, у вас между сигналом и фильтром нелинейный элемент - диод. В-третьих: если не предполагается тиристорных регуляторов и не нужна высокая точность, напряжение можно считать синусоидальным, а для синусоиды соотношения между средним, среднеквадратичным и амплитудным значениями известны, коэффициенты, если лень считать, можно посмотреть в учебнике. Отрицательную полуволну можно вообще отбросить, она такая же, как и положительная. (Если не нужна высокая точность. Какая нужна - Вы не сказали)

[tonyk]

Отрицательную полуволну можно вообще отбросить, она такая же, как и положительная

Молодец, всё верно, приятно общаться с понимающим человеком. Только вот ТС не догоняет:
1) что такое RMS;
2) что "0" входного напряжения можно сдвинуть на середину опорного напряжения АЦП;
3) ваще не в курсе математики для вычисления параметров переменного напряжения.

[electroget]

[uquote="максим 2",url="/forum/viewtopic.php?p=4158126#p4158126"]Думаю как измерять ток через нагрузку (ТЭН до 3 кВт) и напряжение в сети ~220В[/uquote]

Скажите вначале: какова цель этих измерений?
Второе: а что это за подход к проектированию УПТ - усилить пульсацию усилителем, а потом начать её фильтровать RC-цепями?
Третье: токовый трансформатор для слаботочки стоит копейки, отвяжитесь от сети, вам же лучше будет.

[максим 2]

[uquote="HochReiter",url="/forum/viewtopic.php?p=4158540#p4158540"]Фильтр интегрирует, но во-первых, интеграл - не среднеквадратичное, а среднее значение, во-вторых, у вас между сигналом и фильтром нелинейный элемент - диод. В-третьих: если не предполагается тиристорных регуляторов и не нужна высокая точность, напряжение можно считать синусоидальным, а для синусоиды соотношения между средним, среднеквадратичным и амплитудным значениями известны, коэффициенты, если лень считать, можно посмотреть в учебнике. Отрицательную полуволну можно вообще отбросить, она такая же, как и положительная. (Если не нужна высокая точность. Какая нужна - Вы не сказали)[/uquote]
Надеялся, что сигнал будет пропорционален СКЗ, теперь понимаю, ошибался. Тогда буду считать СКЗ микроконтроллером.
Тиристорный регулятор буду использовать. Буду стремится к точности. Получается мне надо , как писал tonyk, "0" смещать на 1/2 Vref. Верную-ли делаю схему для этого? :


[uquote="electroget",url="/forum/viewtopic.php?p=4158881#p4158881"]Скажите вначале: какова цель этих измерений?
Второе: а что это за подход к проектированию УПТ - усилить пульсацию усилителем, а потом начать её фильтровать RC-цепями?
Третье: токовый трансформатор для слаботочки стоит копейки, отвяжитесь от сети, вам же лучше будет.[/uquote]
Цель: Удерживать фиксированную мощность на нагревателе вне зависимости от напряжения и при неизвестной мощности самого нагревателя.
На счёт фильтрации меня уже закидали помидорами)) понял глубину заблуждения.
С токовым трансформатором уже делал у меня товарищ. Хочется попробовать иную схему и разобраться в ней.

[electroget]

[uquote="electroget",url="/forum/viewtopic.php?p=4158881#p4158881"]Скажите вначале: какова цель этих измерений?

Цель: Удерживать фиксированную мощность на нагревателе вне зависимости от напряжения и при неизвестной мощности самого нагревателя.[/uquote]

Выше вы пишите: Тогда буду считать СКЗ микроконтроллером.

Это звучит примерно как "для полета на Плутон понадобится ракета с двигателем на ядерном топливе ". )))
В вашем случае, вычисление СКЗ, это взять что намеряет АЦП (а намеряет он приведенное амплитудное) и умножить его на 0,707. Вот и весь расчёт СКЗ. )

Для того чтоб поддерживать фиксированную мощность на нагревателе, нужны оба значения: и напряжения и тока (P = U I). Поддерживать фиксированную мощность на нагревателе зная и меняя только значение тока не получится.
Подход к измерению с шунта. Использование УПТ это в принципе правильно. Главное, что могу вам посоветовать, это выбирайте большое значение падение напряжение на шунте и небольшой коэффициент усиления усилителя. Например, если у вас ток в нагрузке до 50А, то чтоб на шунте (25W) падало 0,5В, а КУ УПТ был допустим 10. Тогда нужный для АЦП диапазон входного хорошо получится.
Второе. Для фильтрации входного сигнала достаточно небольшого пленочного конденсатора между инвертирующим и неинвертирующим входами ОУ.
Третье. Сглаживание сигнала после ОУ. Как известно, АЦП терпеть не могут пульсирующего напряжения на входе. Потому с этим надо что-то делать. К выходу ОУ УПТ подключается активный ФНЧ второго или третьего порядка (на одном ОУ) с характеристикой Баттерворта и частотой среза допустим 1 Гц. Сигнал с выхода этого ФНЧ подаётся на вход АЦП МК.

P.S. Соблюдайте технику безопасности при работе с высоким напряжением!

[КРАМ]

electroget, не путайте товарисча...
Ему уже объяснили, что надо считать РМС, тем более, что на выходе нужна мощность. Поскольку оный товарисч будет тиристором портить форму, то про всякие амплитуды следует забыть. Впрочем, и без тиристоров в сети далеко не синус.
Никакой особой фильтрации сигнала делать не требуется. Нужно только вырезать вторую зону Найквиста и все что выше примитивным ФНЧ. Причем так, чтобы на этом ФНЧ не заинтегрировать пульсации при работе УВХ. То есть без фанатизма.
Так же нужно непрерывно измерять период сигнала, дабы корректно интегрировать квадраты отсчётов и далее нормировать полученную сумму. Ну и корень извлечь, естественно.

[tonyk]

если у вас ток в нагрузке до 50А, то чтоб на шунте (25W) падало 0,5В, а КУ УПТ был допустим 10. Тогда нужный для АЦП диапазон входного хорошо получится.

Поржал. Особенно про 25Вт на шунте. Так-то шунты имеют нормированное падение напряжения, чаще всего 50мВ или 75мВ. Кстати, в схеме, которую я выше показал, стоит развязывающий усилитель для работы именно с шунтами.

Как известно, АЦП терпеть не могут пульсирующего напряжения на входе. Потому с этим надо что-то делать. К выходу ОУ УПТ подключается активный ФНЧ второго или третьего порядка (на одном ОУ) с характеристикой Баттерворта и частотой среза допустим 1 Гц. Сигнал с выхода этого ФНЧ подаётся на вход АЦП МК.

А про теорему Найквиста-Котельникова, ты, видать, не слыхал. Мы измеряем СКЗ для сигнала частотой 50Гц, который перед подачей на АЦП пропускаем через ФНЧ третьего порядка с частотой среза 1Гц. А ведь ток на выходе тиристорного регулятора будет богат гармониками и что мы получим на входе АЦП?

[electroget]

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4159183#p4159183"]electroget, не путайте товарисча...
Ему уже объяснили, что надо считать РМС, тем более, что на выходе нужна мощность.[/uquote]

Заявленная ТС ЦЕЛЬ вообще недостижима: "Цель: Удерживать фиксированную мощность на нагревателе вне зависимости от напряжения и при неизвестной мощности самого нагревателя."
А вот "сделать" просто амперметр можно. Он его в Протеусе "делает".

[uquote="tonyk",url="/forum/viewtopic.php?p=4159196#p4159196"]А про теорему Найквиста-Котельникова, ты, видать, не слыхал.[/uquote]

"Глубоко копаешь, Толик". ©

[КРАМ]

electroget, что за бред вы изволите писать?
Мощность нагрузки может быть только номинальной. Для регулирования она вообще не нужна. Нужно только измерять ток и напряжение.

[electroget]

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4159227#p4159227"]electroget, ...вы изволите писать?[/uquote]

Я непонятно написал что ЦИТИРУЮ ТС?

[КРАМ]

[uquote="electroget",url="/forum/viewtopic.php?p=4159250#p4159250"]?[/uquote]
Что в цитате противоречит сказанному мной?
ТС всего лишь сказал, что он желает стабилизировать мощность при изменениях напряжения в сети. То есть независимо от этого сетевого напряжения.
Что не так?
Измеряется мощность, а регулируется напряжение НА НАГРУЗКЕ.
Между сетью и нагрузкой стоит ФИ регулятор.
Поскольку ТЭН является нелинейной нагрузкой, то необходимо измерять ток, а не только напряжение.

[tonyk]

Глубоко копаешь, Толик. ©

Это не я глубоко копаю, а ты элементарных вещей не знаешь. ФНЧ на 1Гц- это ты просто шедевральную глупость сморозил.

[electroget]

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4159262#p4159262"]стабилизировать мощность при изменениях напряжения в сети. То есть независимо от этого сетевого напряжения.
Что не так?
Измеряется мощность, а регулируется напряжение НА НАГРУЗКЕ.[/uquote]

Не зная действующего значения напряжения в к конкретный момент времени, невозможно не то что стабилизировать мощность, её нельзя даже измерить. Не получится регулировать одно не зная другого.

[КРАМ]

[uquote="electroget",url="/forum/viewtopic.php?p=4159281#p4159281"]Не зная действующего значения напряжения в к конкретный момент времени, невозможно не то что стабилизировать мощность, её нельзя даже измерить[/uquote]
Действующее напряжение "на данный момент" не имеет физического смысла.
А мерить нужно мгновенные значения мощности и интегрировать их за период.

[electroget]

[uquote="КРАМ",url="/forum/viewtopic.php?p=4159285#p4159285"]А мерить нужно мгновенные значения мощности...[/uquote]

Не зная напряжения?