¿Cómo detectar el cruce por cero de la corriente?

Estoy tratando de detectar el ángulo del factor de potencia usando un microcontrolador.

Hacer esto con cualquier grado de precisión y para condiciones de carga desconocidas es mucho más complicado de lo que piensa. Considera lo siguiente: -

1. Digamos que su corriente de carga no se parece en nada a una onda sinusoidal, digamos que se parece a la corriente consumida por un transformador convencional y un puente rectificador, ¿cuándo comienza la corriente? Comienza justo cuando el voltaje alcanza su punto máximo y termina justo después del pico de voltaje: el puente de diodos atrae un pulso de corriente delgado para restaurar la carga en el capacitor de suavizado. ¿Cuál será el ángulo de fase de la corriente en relación con la forma de onda del voltaje? ¿Puedes usar un temporizador simple basado en el cruce por cero? No, no puede porque no se relacionará en absoluto con los ángulos reales del factor de potencia.
2. ¿Qué pasaría si su corriente se tambaleara al pasar por cero, es decir, pasara por cero, luego volviera a bajar y luego continuara hacia arriba hasta su pico normal? ¿Qué tomaría como el cruce por cero de referencia? ¿Reflejaría con precisión la potencia o el ángulo real asociado con el factor de potencia? No, no necesariamente.
3. ¿Qué pasa con la amplitud de la forma de onda actual? Cuando es diminuto, el ruido podría influir. ¿Qué hará esto con respecto a los disparos falsos en el cruce por cero? Probablemente tire cualquier lectura significativa a la basura. ¿Quizás la histéresis del comaparotor ayude?
4. La histéresis del comparador no ayudará; esto le dará un cruce por cero ligeramente superior a cero y, por lo tanto, el cruce por cero dependerá de la amplitud.

Seguro que es complicado. Si lo estuviera haciendo, recordaría que el poder, para un buen voltaje de suministro de onda sinusoidal, es voltaje x la frecuencia fundamental de la corriente. Para un suministro de onda sinusoidal, cualquier armónico que distorsione la corriente NO contribuye a la energía según lo medido por las empresas de servicios públicos.

Sobre esta base, aplicaría un filtrado de paso bajo igual tanto al voltaje como a la corriente antes de hacer nada. No es necesario aplicar el filtrado al voltaje, pero aplicarlo a ambos mantiene sincronizadas las formas de onda de corriente y voltaje con respecto a los retrasos de tiempo incurridos por dichos filtros y no debería necesitar decir por qué esto es importante.

¿Cuántas órdenes de filtrado de paso bajo? Diría un mínimo de 6 y, de manera realista, para mantener ambos filtros en el lugar correcto, no perdería el tiempo haciéndolo en el ámbito analógico: iría directamente a convertir voltios y amperios a digital y aplicaría la mayor cantidad posible de filtrado LP digital. .

¿Adónde te lleva esto? En última instancia, estoy tratando de calcular la potencia real multiplicando V e I para obtener vatios reales. No necesito filtrar V e I para hacer esto, pero si quiero entender cuál es el valor RMS de la corriente a la frecuencia fundamental del voltaje de suministro (la única frecuencia aplicable a los cálculos de potencia basados ​​en una forma de onda de voltaje decente) Necesito usar las formas de onda filtradas.

Entonces, tengo potencia (forma de onda V muestreada x forma de onda I muestreada, luego promediada por ciclo) y tengo voltios RMS y amperios RMS (basado en muestras al cuadrado, luego promediadas y luego con raíz cuadrada). No se acerque a nyquist: veamos mil muestras por ciclo para capturar todos los matices armónicos de la corriente y evitar el aliasing.

A continuación, divido la potencia por el producto de los valores rms de I y V y esto me da el factor de potencia, un valor que es cero para la corriente que está desfasada 90 grados con respecto al voltaje y 1 para los voltios y amperios que están totalmente en fase. Recuerde Estoy hablando de que los fundamentos están en fase aquí, no todos los armónicos de la corriente: no juegan ningún papel cuando el voltaje de activación es una onda sinusoidal.

El factor de potencia se convierte en ángulo de fase tomando Arc cos y ahora tiene el ángulo de fase.

¡He diseñado medidores de electricidad para servicios públicos en caso de que te lo preguntes!

¿Qué tal un optoacoplador en serie con la carga? Necesitaría un pequeño circuito para rectificar (BR1) y limitar (D2, D3, R3) la corriente. D2 y D3 al mismo tiempo limitan el voltaje sobre el circuito, pero en el peor de los casos todavía hay una caída de voltaje de aproximadamente 3V desde la perspectiva de la carga. Por lo tanto, V1 debería ser mucho mayor que 3V.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La salida se elevará cuando el LED deje de conducir corriente, por lo tanto, durante el cruce por cero.