Sensor für die Erkennung von 230 V

[Gisbert]

Guten Morgen Papa Romeo,

von den Stromwandlern von Alttec gibt es viele verschiedene Varianten, u.a. ein Modell mit 15A und eben das 20A-Modell. Wäre das 15A-Modell nicht besser geeignet und genauer im unteren Messbereich, eventuell noch deutlich niedriger, wenn man nur ein paar Ampere messen möchte?

Auf dem ADC-Eingang beim ESP/Arduino wird doch eine Spannung gemessen, oder nicht? Wie komm ich von da auf die Leistung?

Viele Grüße Gisbert

[Papa Romeo]

Hallo Gisbert,

zu1:  umso kleiner du den maximal messbaren Strom des Sensor´s wählst, umso genauer wird natürlich die Anzeige im unteren Bereich.

zu2: hier ein Auszug aus meinem Sketch

Code Auswählen Erweitern


  startTime = millis()
}

void loop()
{
  for (i = 0 ; i <= 300 ; i++)
  {
    I = (analogRead(Mess_Pin)) * u_korr;   // u_korr --> Korrektur Spannungsteiler --> bei mir z.B. 1.76
    Volt = I / 1023;
    if (I >= Imax)
      Imax = I;
    else if (I <= Imin)
      Imin = I;
  }
  if (Imax <= 517)
  {
    Imax = 516;
  }
  I_RMS = ((Imax - 516) * 0.707) / i_korr;  // i_korr --> Korrektur Strom --> bei mir z.B. 220
  P_RMS = Netzspannung * I_RMS; 
  endTime = millis();
  zeit = endTime - startTime;
  kWh = kWh + (P_RMS * zeit / 3600 / 1000 / 1000);
  startTime = millis();


... mit u_korr wird der Null-Punkt kalibriert. D.h. ohne Strom so einstellen, dass der Strom gerade mit 0 angezeigt wird.
... mit i-Korr wird der Strom kalibriert. D.h. ein bekannte Last anschliessen, dann dazu den Strom berechnen und den Wert so einstellen, dass dieser Strom angezeigt wird.


LG
Papa Romeo

[DerD]

Hallo papaRomeo,

So, zurück aus dem Keller. Die Spannung an der Bürde kommt tatsächlich in den messbaren Bereich, habe testweise zwar 5 Windungen durchgeschleift, aber das lässt sich optimieren. Bei ohmschen Verbrauchern ist das Signal noch einigermaßen Sinusförmig, bei 4W Retro-LED erhält man das erwartete Signal eines Schaltnetzteils. Da reichen 500Hz Abtastfrequenz vermutlich nicht mehr. Du weißt nicht zufällig, auf was dein Sketch so kommt?

Und so ganz verstehe ich den Aufbau aber noch nicht: am Widerstand habe ich meine Wechselspannung, über den Spannungsteiler generiere ich eine künstliche Masse von Ub/2 (bei dir weniger weil R1!=R2) um positive und negative Anteile messen zu können. Soweit klar. Aber wozu dann der Elko? Du sagt Kurzschließen der Wechselspannung gegen Masse?
Oder ist das genau der Trick, die Hochfrequenzanteile der Schaltnetzteile in den Griff zu bekommen? Aber warum dann nicht parallel zur Bürde?

[Papa Romeo]

reichen 500Hz Abtastfrequenz vermutlich nicht mehr. Du weißt nicht zufällig, auf was dein Sketch so kommt?

...muss ich bei Gelegenheit testen, aber auf Grund der Phasenverscheibung und somit entstehender Blindleistung wird vermutlich ein mehrfaches angezeigt werden.

Aber wozu dann der Elko? Du sagt Kurzschließen der Wechselspannung gegen Masse?

... dass ich weiß wo ich ansetzen muss ... wie fit bist du in Elektronik ? ... was sagt dir Strom- oder Signalgegenkopplung ?

LG
Papa Romeo

[DerD]

... dass ich weiß wo ich ansetzen muss ... wie fit bist du in Elektronik ? ... was sagt dir Strom- oder Signalgegenkopplung ?

Ich würde sagen gute Grundkenntnisse, auf Hobbylevel sprich ich mache da nichts beruflich. Gegenkopplung kenne ich nur von Verstärkern.

[Papa Romeo]

...Gegenkopplung kenne ich nur von Verstärkern.

ok, das ist die Gleichspannungsgegenkopplung zur Stabilisierung des Arbeitspunktes.

Ich versuchs mal einfach zu erklären. Wir messen Signale gerne gegen Gnd oder auch Masse, da dies im Regelfall unser Bezugspunkt ist.
Die eine Seite des Sensor´s liegt an A0 und ist so ok.
Die andere Seite aber ... liegt nicht direkt an Masse. Liegt über den 100 kOhm an Masse. Erzeugt nun der Sensor eine Wechselspannung an der Bürde,
steht diese nicht an A0 und Masse, was wir natürlich gerne hätten, sondern erzeugt am 100 kOhm auch noch ein Spannung gegen Masse, die der
Messspannung natürlich entgegen wirkt.
Also müsen wir uns für die Wechselspannung irgendwie einen "Kurzschluss" erzeugen, der uns den 100 kOhm Widerstand überbrückt.
Also schalten wir einen Kondensator parallel zum Widerstand, da Kondensatoren für Wechselspannungen niederohmig sind.

Ich hab´s für meine Konstellation gerade eben mal getestet und den C entfernt. Es wird nur noch etwa der halbe Strom angezeigt.

LG
Papa Romeo

[DerD]

Hm, dann versuch es mal nicht so einfach

R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler, der den "linken" Pin der Bürde spannungsmäßig anhebt. Das brauchen wir ja, weil der ESP an A0 keine negative Spannung gegen GND messen kann, aber wir Wechselspannung haben die nun um den neuen Bezugspunkt pendelt. Soweit verstanden.
Ich meine, zumindest bei sauberen 50Hz Sinus benötigt es diesen C aber gar nicht. Was du mit Kurzschluß über den Widerstand meinst ist mir schleierhaft. Beim hochohmigen Eingang des ESP schließt ja sowieso so gut wie kein Strom.

In meinem Aufbau sehe ich am Oszi mit und ohne C übrigens auch keinen Unterschied, Weshalb sich bei dir der Messwert ändert, kann ich mir weiterhin nicht erklären. Ist das bei einem ohmschen Verbraucher auch der Fall?

Andere Frage: warum denn nicht R1=R2 setzen, damit wäre der Nullpunkt immer Ub/2? Damit könnte man sich schon mal die Nullpunktkalibrierung sparen und man nutzt den gesamten Eingangsbereich des AD-Wandlers.

Was mir noch aufgefallen ist: da du in der Software eine Spitzenwertbestimmung machst, und dann mit eff. Faktor 0,707 rechnest, stimmt die berechnete Leistung rechnerisch ja nur für eine Sinusfunktion, im kompletten Gegenstz zu einer Retro-LED. Deren Stromverlauf ist alles andere als Sinusförmig, deshalb gibt es ja auch diese speziellen True-RMS Chips.

Edit: ich bastele das ganze gerade mal mit ltspice zusammen, mal sehen ob es mir damit klarer wird

Und hier das Ergebnis. Zur Erläuterung, die gespikten Spannungen entsprechen in etwa einem Schaltnetzteil mit dem Unterschied dass es in der Realität jeder zweite Spike Negativ ist. Da ist kein Unterschied bei unterschiedlichen Cs zu sehen, bei Schaltbild gemäß deinem Aufbau. Ist der C parallel zur Bürde, dämpft er die Spikes. Genau das habe ich am Oszi auch gesehen.
Für reinen Sinus sieht man zwischen kleinem (nicht dargestellt) und großem C nur etwas Phasenunterschied, messtechnisch so nicht erfassbar.

[Papa Romeo]

In meinem Aufbau sehe ich am Oszi mit und ohne C übrigens auch keinen Unterschied, Weshalb sich bei dir der Messwert ändert, kann ich mir weiterhin nicht erklären. Ist das bei einem ohmschen Verbraucher auch der Fall?

Dachte eigentlich, dass das klar wäre, dass dieser Messaufbau nur für Verbraucher geeignet ist, die hauptsächlich ohmschen Anteile aufweisen
bzw. bei denen der Powerfaktor (cos phi) gegen 1 geht.
Ist so gar nicht anders möglich, da die Spannung nicht gemessen sondern nur angenommen wird und somit die Phasenverschiebung
zwischen U und I nicht bestimmt werden kann.

Im Anhang nochmals Bilder von den Messergebnissen einer 25 und 60 Watt Glühbirne, jeweils einmal mit C und einmal den C einfach rausgezwickt.

Andere Frage: warum denn nicht R1=R2 setzen, damit wäre der Nullpunkt immer Ub/2? Damit könnte man sich schon mal die Nullpunktkalibrierung sparen und man nutzt den gesamten Eingangsbereich des AD-Wandlers.

... viele Wege führen nach Rom. Ist natürlich möglich, wenn du irgendwo eine Referenzspannung von einem Volt zu Verfügung stellst.

Was mir noch aufgefallen ist: da du in der Software eine Spitzenwertbestimmung machst, und dann mit eff. Faktor 0,707 rechnest, stimmt die berechnete Leistung rechnerisch ja nur für eine Sinusfunktion, im kompletten Gegenstz zu einer Retro-LED. Deren Stromverlauf ist alles andere als Sinusförmig, deshalb gibt es ja auch diese speziellen True-RMS Chips.

... den Faktor 0.707 kannst du natürlich weg lassen, wenn du den Messaufbau immer am selben Verbraucher betreibst und von diesem den Powerfaktor kennst,
den du dann im Sketch entsprechend berücksichtigst.

LG
Papa Romeo

[Papa Romeo]

Edit: ich bastele das ganze gerade mal mit ltspice zusammen, mal sehen ob es mir damit klarer wird

Und hier das Ergebnis. Zur Erläuterung, die gespikten Spannungen entsprechen in etwa einem Schaltnetzteil mit dem Unterschied dass es in der Realität jeder zweite Spike Negativ ist. Da ist kein Unterschied bei unterschiedlichen Cs zu sehen, bei Schaltbild gemäß deinem Aufbau. Ist der C parallel zur Bürde, dämpft er die Spikes. Genau das habe ich am Oszi auch gesehen.
Für reinen Sinus sieht man zwischen kleinem (nicht dargestellt) und großem C nur etwas Phasenunterschied, messtechnisch so nicht erfassbar.

tja, da ist es wieder ... Theorie und Praxis ... glaube keiner Bilanz, die du nicht selber gefälscht hast ...

im Anhang nochmal das Ganze mit 50 Watt ...

[DerD]

Dachte eigentlich, dass das klar wäre, dass dieser Messaufbau nur für Verbraucher geeignet ist, die hauptsächlich ohmschen Anteile aufweisen
bzw. bei denen der Powerfaktor (cos phi) gegen 1 geht.

Zur Aussage von DerD kann ich nur sagen, dass ich im Moment eine 4 Watt Birne dran hab und das Modul 3,67 Watt anzeigt.

Diese 4W war der Grund meiner Vermutung dass es nicht nur ohmsche Lasten sind, die du dran hast.

Im Anhang nochmals Bilder von den Messergebnissen einer 25 und 60 Watt Glühbirne, jeweils einmal mit C und einmal den C einfach rausgezwickt.

Ja, immer geringer. Wobei zu bedenken ist, dass du ja auch mit C auf eine bestimmten Wert kalibriert hast. Auf den ersten Blick schaut es mit C aber linearer aus.

tja, da ist es wieder ... Theorie und Praxis ... glaube keiner Bilanz, die du nicht selber gefälscht hast ...

Deswegen gehe ich dem auch weiter nach, habe da eine Pumpe, deren variable Leistung ich damit mesen will

[Papa Romeo]

Diese 4W war der Grund meiner Vermutung dass es nicht nur ohmsche Lasten sind, die du dran hast.

...hatte nur Ohmsche Lasten dran, da andere Lasten keinen Sinn machen.
...das war eine alte E14 10 Watt Birne, wo ich dei Netzspannung ich über den Trenntrafo auf ca.150 Volt reduziert hatte,
weil ich das nach deiner Aussage einfach mal testen wollte.

Wobei zu bedenken ist, dass du ja auch mit C auf eine bestimmten Wert kalibriert hast. Auf den ersten Blick schaut es mit C aber linearer aus.

... hat mit der Kalibrierung nichts zu tun. Der Gleichspannungswert von etwa 0.5 Volt ändert sich nicht, wenn man den C enfernt. 

Am Besten ist der Sinn des "Kurzschlußes" zu sehen, wenn der C weg ist und kein Strom fließt.
Der 100 kOhm Widerstand fängt so viel 50 Hz Mist ein, dass undefinierbare Werte ausgegeben werden ...  probiers aus.

LG
Papa Romeo

[DerD]

...das war eine alte E14 10 Watt Birne, wo ich dei Netzspannung ich über den Trenntrafo auf ca.150 Volt reduziert hatte,

thumbs up:

... hat mit der Kalibrierung nichts zu tun. Der Gleichspannungswert von etwa 0.5 Volt ändert sich nicht, wenn man den C enfernt. 

Am Besten ist der Sinn des "Kurzschlußes" zu sehen, wenn der C weg ist und kein Strom fließt.
Der 100 kOhm Widerstand fängt so viel 50 Hz Mist ein, dass undefinierbare Werte ausgegeben werden ...  probiers aus.

... mit u_korr wird der Null-Punkt kalibriert. D.h. ohne Strom so einstellen, dass der Strom gerade mit 0 angezeigt wird.
... mit i-Korr wird der Strom kalibriert. D.h. ein bekannte Last anschliessen, dann dazu den Strom berechnen und den Wert so einstellen, dass dieser Strom angezeigt wird.

Ich meinte mit Kalibrieren hier I-korr, nicht den Nullpunkt

Für dieses hochfrequente Zeugs habe ich am Oszi auch einen Rückgang mit C gesehen, richtig. Durch meinen Stromwandler mit 5:100 und weil ich ohmsche Lampen nur mit 60W habe, war der Effekt da aber minimal und habe dem keine Bedeutung zugemessen. Ich war ja bisher weit weg vom Grenzbereich.

[Papa Romeo]

Ich meinte mit Kalibrieren hier I-korr, nicht den Nullpunkt

... ist nur der Faktor für die Umwandlung der bauart bedingt gemessen Spannung des Sensor´s in den
Strom der dazu angezeigt werden sollte und ist völlig unabhägig davon ob der C verbaut ist oder nicht.


LG
Papa Romeo

[DerD]

Und noch ne Frage zur Software:

Hier

Code Auswählen Erweitern

I_RMS = ((Imax - 516) * 0.707) / i_korr;  // i_korr --> Korrektur Strom --> bei mir z.B. 220
 
wird doch vom gemessenen positiven Spitzenwert 1023/2?516 abgezogen, also der Wert bei Strom=0.

Hast mal versucht:

Code Auswählen Erweitern

I_RMS = ((Imax - Imin) / 2 * 0.707) / i_korr;  // i_korr --> Korrektur Strom --> bei mir z.B. 220
 

also positiven Spitzenwert minus negativen Spitzenwert? Bestimmt wird der ja schon. Erstens sollte das ja die Werteauflösung um Faktor 2 vergrößern, aber zusätzlich die die manuelle Nullpunkteinstellung ersparen. Zumindest sofern das Signal symmetrisch ist, aber meines sah so aus.

[Papa Romeo]

...nee hab ich nicht, da der Faktor 2 bei mir ja nur zustande kommt, weil ich den unteren 100 kOhm Teilerwiderstand nicht entfernt habe.
Ich hab das Ganze nur mal so schnell zusammengeschustert habe um der Nachfrage eines Teilnehmers am Anfang des Thread´s bezüglich
"Strom in etwa einfach messen" nachzukommen.

Ist bei mir auch nicht der Faktor 2 sondern nur 1.76, da die Widerstände ja nicht direkt parallel liegen und die ganze Mimik und auch der Sensor
natürlich entsprechende Bauteiltoleranzen aufweisen.

Deswegen auch die Alternative mit dem Trimmer um hier einen genauen 0-Punkt einstellen zu können.

Und des weiteren sind wir schon eine ganze Weile OT, da es ja eigentlich um das Erkennen des Vorhandenseins der Netzspannung ging.

Diese Schaltung kann dies natürlich ohne Stromfluss nicht.

Würde ich die Schaltung wirklich verwenden, wäre der 100 kOhm Widerstand sowieso in einen festen und einen veränderlichen Widerstand aufgeteilt und der 100 kOhm Widerstand auf der Platine entfernt.

LG
Papa Romeo