Metodă de măsurare a parametrilor tensiunii de rețea

[Vizitator dooctoor]

Salut.

 

Am început elaborarea unui dispozitiv pentru măsurarea tensiunii și frecvenței fazelor în rețea trifazată 380V/50Hz + alte funcții suplimentare. Dispozitivul este în baza unui MCU ARM (STM32F100C8xx) la frecvența de 24Mhz, semnalul va fi citit prin intermediul a 3 canale ADC de pe fiecare fază.

 

Doresc un sfat despre cum se poate măsura cu o precizie bună, amplitudinea celor 3 semnale, astfel încît procesul de măsurare să fie cît mai rapid (să mai am timp să execut și alte funcții). De asemenea aș dori păreri despre circuitul de intrare / condiționare pentru intrare ADC, pe prototip folosesc un simplu divizor de tensiune și un filtru RC.

 

Vă mulțumesc.

[UDAR]

Mai întâi trebuie să precizezi dacă vrei măsurare RMS ( așa ar fi OK ) sau nu . De asemenea trebuie să precizezi rezoluția și precizia pe care ți le propui . 

[Vizitator dooctoor]

ADC-ul are rezoluție de 12bit. Da, o să măsor valoarea RMS, pentru a o utiliza la verificarea valorii minime / maxime admisibile care va fi setată.

 

O precizie de 1-2% cred că o să fie destul.

Editat Martie 18, 2016 de dooctoor

[UDAR]

Păi atunci s-o luăm pe rând.

1. Interfața ar fi preferabil să fie cu un transformator de măsură .... Puțin probabil să-ți convină soluția . Poți deci folosi un transformator normal trifazat sau trei monofazate , măsurate în prealabil iar erorile urmând a fi corectate hard sau soft . Poți folosi desigur și divizoare rezistive , în special dacă ai o conexiune stea . Va trebui atunci să izolezi ( optic eventual ) semnalele la un punct oarecare , după microcontroler.

Filtrul trece jos ar trebui să aibă o bandă de cel puțin 2000Hz ( întrucât normele specifică armonicile până la a 39-a dacă rețin corect ) dar nu mai mare de 5-10kHz . Limita inferioară a benzii trebuie să fie suficient de joasă ca să nu afecteze sesizabil 50Hz dar cât mai înaltă pentru a reduce zgomotele de joasă frecvență. Un filtru cu mai mulți poli ar putea fi util . O parte însemnată a filtrării se poate rezolva soft . 

2. Procesul de măsurare este atât de rapid cât îți propui și poți implementa. Sigur , trebuie să analizezi cel puțin o semialternanță completă ( 10ms) . Măsurarea frecvenței poate să nu ia deloc timp adițional , în funcție de metoda pe care dorești s-o adopți . Probabil că la frecvența asta metoda reciprocă este cea mai potrivită.

[Vizitator dooctoor]

Multumesc de răspuns.

 

Transformatoare nu am cum să folosesc, din mai multe motive : Dimensiune , Cost, și nu am nevoie de separare, deoarece dispozitivul va fi utilizat în panouri electrice de putere.

Voi folosi topologia STEA, cu NUL conectat la GND

Pe prototip la momentul de față folosesc un divizor de tensiune inseriat cu o diodă pe partea de intrare.

[UDAR]

Pe prototip la momentul de față folosesc un divizor de tensiune inseriat cu o diodă pe partea de intrare.

Nu cred că e OK cu dioda aia.  Dacă ai pune o schemă ....

[Vizitator dooctoor]

Iata circuitul

 

Editat Martie 18, 2016 de dooctoor

[UDAR]

Păi dioda aia elimină o alternanță deci măsurătoarea e afectată - în lumea reală, nu scrie niciunde că cele două alternanțe sunt identice , nici măcar că au aceeași valoare efectivă . Au probabil aceeași valoare medie ( cu semne opuse , desigur ) dar nici asta nu e absolut . Prezența unei mici componente continue nu este exclusă la utilizatorul final. E drept , într-un panou de putere , e mai puțin probabil .

Totuși, dacă-ți asumi din start eroarea respectivă , poți să faci și așa. 

[Vizitator dooctoor]

Am folosit dioda deoarece am dorit să simplific din punctul meu de vedere măsurarea.

 

Să nu uităm că trebuie să măsor tensiunea pe cele 3 faze. Inițial m-am gindit că ar fi ok, să măsor pe rînd fiecare alternanță pozitivă. Dacă măsor ambele alternanțe ar fi evident mai bine, și accept această variantă însă inițial nu am un algoritm clar de măsurare. Dacă mi-ați da ceva idei, poate reușesc să ajung la un rezultat.

[djvas]

Eu sunt curios cum vei implementa algorimul de masura/ calcul True RMS software. Nu ar fi mai bine sa folosesti convertoare RMS to DC ?

[UDAR]

Aveam impresia că problema algoritmilor e deja rezolvată  ( măcar în parte ) și doar interfața/partea hard ridică probleme ! 

Se pare însă că e mai mult de discutat . Ar fi deci mai simplu să spui ce /cât ai făcut și cum ca să avem o bază de pornire .

 

La algoritmi pot să ajut cât de cât  dar la programarea acelui µC , nu . 

Editat Martie 18, 2016 de UDAR

[djvas]

O idee ar mai fi sa studiezi un IC de tipul "Energy monitor" gen ADE7913 care sunt special concepute pentru ce doresti tu. Din pacate costul acestor circuite este destul de mare.

[Vizitator dooctoor]

Pe partea de programare mă descurc, nu am probleme

Nu vreau să fac un dispozitiv prea complicat, funcția lui este de monitorizare a tensiunii în rețea trifazată. La aplicarea tensiunii la panoul electric acesta trebuie să verifice următoarele:

- Consecutivitatea fazelor (A, B, C)

- Dacă valoarea tensiunii RMS se încadrează în limitele admise  (Aceste limite se vor ajusta de la un rezistor reglabil într-o anumită limită)

-Frecvența în rețea

 

Dacă toți parametrii vor fi în regulă, acesta va da comandă printr-un releu de pornire a contactorului central.

Așa dispozitive deja există în vînzare, însă nu au alte funcții de care am eu nevoie (Releu de timp 2 canale, intrări speciale pentru Reset, sincronizare, regimuri de lucru).

Din acestă cauză am decis să-mi fac propriul dispozitiv, cu aît mai mult că am nevoie de mai multe dispozitive.

 Sper că am expus mai pe înțelese problema pusă în față.

Măsurarea eu o văd în felul următor:

La momentul trecerii prin zero a fazei  -> încep citirea valorii amplitudinei fazei respective. În momentul în care valoarea acesteia depășește un anumit prag încep procesul de comparare a rezultatului curent cu valoarea precedentă. Dacă valoarea curentă este mai mare ca cea precedentă, pe cea precedentă o actualizez cu valoarea curentă, așa continui pînă cînd tensiunea (virful) nu va cădea iar pînă la valoarea de prag. Prin acest proces determin maximul, adică valoarea amplitudinei. Avînd amplitudinea determin valoarea RMS

 

Acest proces se va executa periodic pentru fiecare fază. Mi se pare OK deoarece voi analiza fiecare alternanță ( sau seminalternanță), evident se poate de realizat media amplitudinei fiecarei faze, pentru o precizie mai bună.

 

Cum vi se pare acestă metodă?

[UDAR]

Ideea de determinare a valorii efective din amplitudine nu e corectă matematic pentru că , așa cum spuneam mai sus , tensiunea rețelei nu e o sinusoidă pură . 

Pentru ce ai tu nevoie s-ar putea însă ca acest lucru să nu conteze. 

 

Circuite specializate găsești și mai ieftine , am văzut ceva de la Microchip dar nu le-am studiat . 

[Vizitator dooctoor]

Pînă la moment am facut partea de releu de timp cu 2 canele 100%

 

Dispun de 3 întreruperi externe - pentru a prinde momentul trecerii prin 0, dar se poate și frecvența de măsurat

Am datele de pe canale ADC accesate pri DMA

Dispun de bază de timp 1sec, 1ms + alte timmere dacă este necesar...

Din păcate nu am cunoștințe în domeniul măsurărilor semnalelor, eu văd într-un anumit mod soluția dar nu știu dacă e potrivită.

 

În cazul meu nu contează forma semnalului, ma interesează dacă acesta nu este mai mare sau mai mic de un anumit prag, ca să nu se defecteze dispozitivele alimentate de panou