Me gustaría monitorear el uso de energía de varios dispositivos de red monofásicos (0-10A). El sistema se debe agregar a un sistema de automatización industrial (en riel DIN) y debe poder comunicarse con un microcontrolador (analógico o digital).
Puede instalarse en línea o alrededor del cable (es decir, sujetado). ¿Cuáles son las ventajas de cada uno?
Me gustaría saber sobre el método utilizado para la medición de corriente/potencia, la precisión (para un rango de 0-10A), un sistema/piezas estándar adecuadas y un costo aproximado.
Para aclarar:
Estoy interesado en usar un sistema listo para usar si es posible. Si existe una solución existente que se adapte a mis necesidades, me encantaría conocerla (y las respuestas a las preguntas anteriores: cómo funciona, precisión, costo). No tiene sentido rediseñar la rueda aquí, no es un ejercicio académico.
dispositivos listos para usar
Muchos dispositivos de monitoreo de energía listos para usar hacen la mayoría de lo que usted quiere hacer. No me sorprendería si varias empresas venden versiones industriales en montajes en rieles DIN. Por favor, díganos si encuentra alguno. Si no puede encontrar ninguno, tal vez podría usar versiones comerciales:
Utilizan una variedad de técnicas sensoriales actuales y protocolos de comunicación.
respuesta innecesariamente malhumorada a otras "respuestas":
Un dispositivo típico de monitoreo de energía mide la corriente y el voltaje instantáneos muchas veces por segundo. A partir de esos números, calcula la potencia real instantánea y, a partir de la potencia real instantánea, puede calcular la potencia real promedio RealP durante uno o más ciclos completos de potencia.
Además, a partir de esos datos, el dispositivo puede calcular el factor de potencia Pf durante uno o más ciclos de potencia completos con
Pf := RealP / (Vrms * Irms) -- by definition
Algunos libros de texto implican que el factor de potencia es el coseno de algo, tal vez algo relacionado con los cruces por cero. Eso es hacerlo mal. Puede dar el resultado actual para cargas perfectamente lineales con potencia de onda sinusoidal ideal, pero no para cargas no lineales o cargas lineales con nuestra potencia de onda no exactamente sinusoidal menos que ideal. En su lugar, los buenos dispositivos de monitoreo de energía utilizan la ecuación anterior, que proporciona el factor de potencia correcto incluso con cargas no lineales o potencia sin onda sinusoidal o ambas.
Algunos libros de texto implican que se puede calcular la potencia real multiplicando el factor de potencia por algo. Eso es hacerlo mal. Es un método innecesariamente indirecto para obtener la potencia real, ya que el dispositivo ya debe haber calculado la potencia real para obtener el factor de potencia.
Para algo rápido y simple, puede probar la plataforma de energía abierta .
Es un sistema de monitoreo de energía basado en Arduino, completo con pantalla GLCD, por así decirlo. Viene con un boceto de arduino de código abierto para una medición de energía relativamente precisa, implementando los formularios anteriores, y el sitio también detalla el diseño y el método de medición de energía utilizado.
use un adaptador CA-CA simple para establecer el voltaje y un transformador de corriente para la corriente que se conecta a la línea principal.
el diseño es muy simple y se puede modificar fácilmente para enviar los valores Vrms e Irms calculados a otros sistemas a través de cualquier medio de comunicación como RS232, I2C, etc.
También puede usar chips AFE (Analog Front End) de Microchip, Maxim o Cyrus Logic, sin embargo, estos requerirán mucha más experiencia en programación.
Para mediciones de potencia: deberá calcular VRMS, IRMS, factor de potencia y potencia
Potencia (potencia real) =VRMS * IRMS * PF
Comencemos con la corriente:
Hay 3 métodos para la detección de corriente "Resistencia de derivación, bobina de Rogowski y efecto hall" para saber cuál elegir, vea esta pregunta Shunt Vs Rogowski También para conexión de resistencia de derivación y circuitos, verifique esta estructura de derivaciónDe cualquier manera, ya sea que haya usado derivación o Rogowski, tomará la salida de este sensor en un ADC, el ADC le dará muestras, en su MCU hará una ecuación que transforme la lectura del ADC en una señal real, es decir, si el la lectura fue X = 0.5, luego coincidirá con un Y = 7 amperios en la señal real. Luego, para encontrar el IRMS, recopilará las lecturas en un búfer, por ejemplo, longitud del búfer [64] muestra, después de que el búfer es la suma completa (muestra * muestra ) "Cuadre y súmelos", luego divídalos por su número (64), luego tome la raíz cuadrada media Entonces IRMS = Sqrt (Suma (Muestra * Muestra) / No de muestras) Cuantas más muestras tome, más preciso será el resultado. obtendrá, también este tema explicará otro método para ello "mediciones de CA"
Ahora pasemos al voltaje: para medir el voltaje, necesitará un divisor de voltaje simple y luego llevará la señal de salida a un ADC, haga los mismos cálculos que hizo en IRMS para encontrar el VRMS Entonces VRMS = Sqrt (Suma (Muestra * Muestra)/No de muestras)
Después de que haya terminado, ahora tiene VRMS e IRMS.
Entonces, necesitamos encontrar P (potencia promedio = potencia real) P = VRMS * IRMS * PF
, entonces necesitamos el factor de potencia
Para el factor de potencia, tendrá que detectar el cruce por cero de corriente o voltaje, luego, después de detectarlo, use un temporizador en la MCU para contar cuántos "usec" entre el cruce por cero de voltaje y corriente, ahora tiene la diferencia entre ellos , usa matemáticas y tendrás PF
Entonces, finalmente puedes calcular la potencia,
Para poder: - Los acumulará y dividirá por número para obtener KWH, etc.
Sucedió que he estado construyendo un sistema como este y pedí mucho aquí en la pila, así que esto es lo que obtuve hasta ahora.
La razón por la que no mencioné el sensor de efecto Hall es que es caro.
Un algoritmo simple para encontrar VRMS o IRMS: - 1-X = función (ADC_Reading); // Ecuación para devolver la lectura al original 2-Sum+=X*X; 3-Es este número de muestra (64,128...) si sí, vaya a 4, si no, vaya a 1 4-Y=sum/(64,128,...) 5-IRMS o VRMS= sqrt(Y) 6-Reset All & repetir
Un paso más en su sistema, tendrá que hacer una calibración porque quiere menos error en la lectura y así sucesivamente para lograr una mejor precisión, sucedió que pedí esto en la pila para Calibración
Hay muchas soluciones de medición de energía.
10A @ 240V son aproximadamente 24 ohmios. Puede obtener una resistencia de precisión de 0,1 ohmios (o inferior) y simplemente usar un ADC de un uC para medir el voltaje en la resistencia.
Entonces, la corriente a través de la resistencia es simplemente I = 10 V, donde V es el voltaje a través de la resistencia que está en el rango de aproximadamente 1 Vrms.
Porque P_tot = P_S + P_L donde P_S = potencia disipada en la resistencia de sentido y P_L es potencia en carga (lo que intenta encontrar), y
P_tot = 240*I = 240*10*V = 2400*V
P_L = 2400*V - P_S = 2400*V - 10*V^2
Entonces, simplemente conocer V es suficiente para calcular la potencia en la carga.
Si su fuente de alimentación no es constante, puede usar otro ADC para monitorear el voltaje a través del sentido y cargar y usarlo en lugar de 240.
Esta es la forma más fácil y económica en general (puede escalar mucho mejor ya que probablemente pueda usar un PIC barato y algunas resistencias de detección).
De todos modos, no puedo hacer toda tu tarea por ti;)
olin lathrop
alex l