Controllo consumi

Ciao a tutti,
premetto che non sono un esperto di elettronica e mi scuso di eventuali fesserie che andrò a dire e so che l’argomento è già stato trattato ma non ho trovato una risposta esauriente alla mia domanda.
Sto provando a realizzare un circuito per rilevare tensione e corrente assorbita da un carico monofase (tensione di rete) qualsiasi per poi arrivare alla potenza attiva, reattiva, apparente, ecc. Ovviamente per fare ciò mi serve il cosfi del carico altrimenti potrei calcolarmi solo la potenza apparente. Da quello che ho appreso su internet sono necessari due circuiti di Zero Crossing Detector per andare a vedere quando la sinusoide della tensione e della corrente passano per lo zero calcolandone così il tempo di ritardo di una rispetto all’altra e venire a conoscenza dell’angolo di sfasamento. Ora sono arrivato al punto di avere tensione riportata a 5V tramite un trasformatore e corrente sempre riportata a 5V tramite un TA. Sto cercando adesso di implementare i circuiti di zero crossing detector ma sono andato nel pallone.
Allego lo schema del circuito che ho fatto finora.
Il zero crossing detector che è presente nello schema mi rileva la sinusoide della tensione giusto?
Se io mettessi il secondo zero crossing detector in parallelo agli ingressi del ponte raddrizzatore del sensore di corrente(inserendo ovviamente una specie di resistenza di shunt) andrei a rilevare la sinusoide della corrente o sbaglio?
Inoltre se qualcuno ha dei suggerimenti per eliminare eventuali problemi me lo faccia sapere. Comunque non mi serve una precisione assoluta di misura
Grazie!

Ti consiglio di dare prima un'occhiata alla sezione Megatopic, c'è un Topic aperto dall'Utente Dalubar, penso ti sarà estremamente utile, peraltro è presentato il progetto completo.

Benvenuto. :) Ti invitiamo a presentarti qui: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=113640.0 e a leggere il regolamento: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=149082.0 - qui una serie di schede by xxxPighi per i collegamenti elettronici vari: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=146152.0 - qui le pinout delle varie schede by xxxPighi: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=151646.0 - qui una serie di link generici utili: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=126861.0

Mi scuso per non essermi presentato prima, comunque ho letto gran parte del topic aperto da dalubar ma mi pare di capire che non sia stata trovata una soluzione definitiva al problema. Comunque ho provato ad inserire il secondo zero crossing detector in parallelo al ponte raddrizzatore del sensore di corrente (anche se forse non è il luogo ideale perchè mi disturba leggermente la lettura di corrente) e tramite l’oscilloscopio vedo effettivamente i due segnali in uscita dagli zero crossing detector sfasati (ho fatto la prova mettendo come carico un condensatore). Ora ho due problemi :

  1. Come posso fare a limitare tutte le letture a massimo 5 volt per non giocarmi gli ingressi di arduino? Ho dovuto usare, per la lettura di tensione, un trasformatore da 230V-6V (l’unico che avevo in casa) e ho inserito un partitore in modo che a 240 V la tensione sull’ingresso di arduino sia 4,8V quindi ho ancora margine ma non vorrei rischiare.
  2. Inoltre ora ho il problema che l’uscita dello zero crossing detector della corrente è presente solo se ho un carico consistente (sopra i 2A circa) e presumo che il problema sia il fatto del valore basso di tensione che si presenta all’ingresso di questo zero crossing quando la corrente assorbita dal carico è ridotta (poichè il TA è 10A/0,04A il rapporto è 250 quindi se voglio una tensione in uscita di massimo 4,8V quando la corrente sarà di 2 A circa avrò una tensione di 0,96V e il circuito non funziona).
    Come protrei risolvere questi problemi)

Per la protezione sul rilevamento di tensione ti basta mettere una R da 1k in serie seguita da uno zener da 4,7V in parallelo, così ogni extra-tensione sarà tagliata e puoi stare tanquillissimo, puoi eliminare il tuo partitore (ma a me pare di aver visto solo una R in parallelo all'avvolgimento secondario...)

[quote author=Michele Menniti link=topic=235841.msg1698470#msg1698470 date=1398610125] Per la protezione sul rilevamento di tensione ti basta mettere una R da 1k in serie seguita da uno zener da 4,7V in parallelo, così ogni extra-tensione sarà tagliata e puoi stare tanquillissimo, puoi eliminare il tuo partitore (ma a me pare di aver visto solo una R in parallelo all'avvolgimento secondario...) [/quote] Perdonami l'ho dimenticata nello schema XD

no figurati, comunque la soluzione che ti ho dato è efficace: elimini anche la R4 e aggiungi i due componenti che ti ho detto, ed hai una protezione garantita ;)

Ho completato il circuito ma ora ho un nuovo problema.. gli zero cross detector (principalmente quello di corrente) presenta dei problemi a potenze basse (assorbimento sotto i 2 A), in poche parole non funziona. Inoltre dovrei adattare la tensione dell'impulso che fornisce lo zero cross a 5V possibilmente costanti poiché con il circuito di zero cross da me proposto la tensione dell'impulso varia a seconda del carico. (Sì parla di un escursione da millivolt fino a 8-9 volt). Come potrei risolvere?

Se può essere d’aiuto allego lo schema di quello che ho realizzato(per ora ho utilizzato quello di cui disponevo in casa). Ora mi resta il problema degli zero cross detector.

Ti seccherebbe spiegarmi il principio ideale di funzionamento di questi 4 stadi. P.es. cosa di aspetti sulle 4 uscite in questi quattro casi:

1 - assenza di tensione (p.es. contatore o magnetotermico bipolare staccato)

2 - tensione 230V senza carico

3 - tensione 230V e carico resistivo da 1000W (o carico induttivo da 600W)

4 - tensione 260V e carico resistivo da 1000W (o carico induttivo da 600W)

[quote author=Michele Menniti link=topic=235841.msg1714452#msg1714452 date=1399560512] Ti seccherebbe spiegarmi il principio ideale di funzionamento di questi 4 stadi. P.es. cosa di aspetti sulle 4 uscite in questi quattro casi:

1 - assenza di tensione (p.es. contatore o magnetotermico bipolare staccato)

2 - tensione 230V senza carico

3 - tensione 230V e carico resistivo da 1000W (o carico induttivo da 600W)

4 - tensione 260V e carico resistivo da 1000W (o carico induttivo da 600W)

[/quote] Scusa la mia assenza ma ho avuto dei problemi di salute. Ora rispondo alle tue domande. Innanzi tutto dobbiamo fissare la lettura massima che può effettuare l'apparecchio quindi io direi Vmax=260V e Imax = 10A. Rispondo in ordine (i valori sono quelli che vorrei ottenere idealmente): 1 - se non ho tensione, di conseguenza non ho corrente e ho tutte uscite a potenziale 0V (compresi gli zero cross che non danno impulsi).

2 - ottengo in uscita dal rilevamento di tensione 4,42V (dalla proporzione 5V:260V=Vout:230V). Lo zero cross detector mi da un impulso a 100Hz con tensione dell'impulso possibilmente fissa a +5V. Rilevamento di corrente e zero cross di corrente sono a 0V.

3-ottengo in uscita dal rilevamento di tensione 4,42V e zero cross di tensione con impulso a 100Hz (vedi caso 2). In caso di carico resistivo da 1000W ho una corrente di 4,35A e in uscita dal rilevamento vorrei ottenere una tensione di 2,18V(dalla proporzione 5V:10A=Vout:4,35A). Lo zero cross di corrente da un impulso a 100Hz in fase con l'impulso dello zero cross di tensione. In caso di carico induttivo da 600W (credo tu intenda var induttivi) ho una corrente di 2,60A e in uscita vorrei una tensione di 1,30V(dalla proporzione 5V:10A=Vout:2,60A). Lo zero cross di corrente da un impulso a 100Hz sfasato di 90° in ritardo rispetto alla tensione e quindi in ritardo di 5ms( dalla proporzione 20ms:360°=t:90°).

4-ottengo in uscita dal rilevamento di tensione 5V e zero cross di tensione con impulso a 100Hz (vedi caso 2). In caso di carico resistivo da 1000W ho una corrente di 3,84A e in uscita dal rilevamento vorrei ottenere una tensione di 1,92V(dalla proporzione 5V:10A=Vout:3,84A). Lo zero cross di corrente da un impulso a 100Hz in fase con l'impulso dello zero cross di tensione. In caso di carico induttivo da 600var ho una corrente di 2,31A e in uscita vorrei una tensione di 1,15V(dalla proporzione 5V:10A=Vout:2,31A). Lo zero cross di corrente da un impulso a 100Hz sfasato di 90° in ritardo rispetto alla tensione e quindi in ritardo di 5ms( dalla proporzione 20ms:360°=t:90°).

Spero di essere stato chiaro. Non esitare a chiedermi ulteriori informazioni.

Allora, proviamo a sintetizzare così vediamo se ho capito bene:

i due rilevatori zero crossing sono a 0V quando in ingresso non c'è tensione e, rispettivamente, quando non c'è carico sulla rete elettrica.

Se c'è tensione, a prescindere dal valore, lo zero crossing della tensione dà in uscita un segnale a 100 Hz con ampiezza fissa di 5V Se c'è assorbimento, a prescindere dal valore, lo zero crossing della corrente dà in uscita un segnale a 100 Hz con ampiezza fissa di 5V

Se c'è tensione il circuito di misura della tensione fornisce in uscita un valore proporzionale a 5V/260Vac Se c'è assorbimento il circuito di misura della corrente fornisce in uscita un valore proporzionale a 5V/10A.

Se le cose stanno così, almeno da un punto di vista teorico, allora dovresti fare queste due prove e fornire i risultati:

Misura la tensione di rete con un multimetro serio, poi applicala al tuo circuito e vedi quali valori fornisce sia il detector che il misuratore

Successivamente applica un carico resistivo noto (intorno ai 1000W così siamo circa a metà scala), ma prima misuralo sempre col multimetro e poi vedi come reagisce il tuo circuito.

Sulla base dei risultati cerchiamo di capire le problematiche da affrontare.

Hai capito in pieno quello che vorrei fare. Comunque se vuoi io le prove le posso fare ma il mio problema principale non è il fatto di tarare le letture ma bensì fare in modo che gli zero cross detector funzionino indipendentemente dal carico e dalla tensione di alimentazione. Ad esempio ho il problema che sotto un certo assorbimento di corrente (circa 1,5A) lo zero cross detector di corrente non funziona più o comunque funziona male (probabilmente la tensione che si crea in ingresso allo zero cross non è sufficiente a innescare il circuito?) ed inoltre la tensione dell'impulso con frequenza 100HZ dipende anch'essa dal carico. Forse sarebbe opportuno cambiare circuiti di zero cross detector, basterebbe anche un circuito che mi trasformi l'onda sinusoidale in un onda quadra.. non è necessario che abbia un impulso, l'importante è che riesca a rilevare il passaggio per lo 0 della sinusoide.

Come detto le prove servono per comprendere come si stanno comportando i 4 circuiti e non per "tararli". Comunque nel caso della corrente probabilmente sta fagliando il sistema di rilevazione, probabilmente serve qualcosa di più sensibile, mentre la parte della tensione dovrebbe funzionare correttamente, ma mi pare che tu abbia problemi anche lì.

Allora ho effettuato le prove, non prendere i valori come oro colato(soprattutto quelli degli zero cross) perchè per ora dispongo solo di un’oscilloscopio post guerra che mi fa imprecare XD . Comunque ho effettuato le prove mettendo come carico un phon da 800W.

Applicando la sola tensione di 235V (misurata con il tester) ottengo in uscita dal rilevamento di tensione 4,20V e sullo zero cross detector un impulso di 5V circa con durata di circa 3 ms.
Applicando il carico da 800W la parte della tensione rimane invariata mentre sul rilevamento della corrente ottengo 1,315V (un pò bassino forse) e sullo zero cross detector ho un impulso di circa 7V con durata meno di 1ms.
Se uso lo step più basso del phon cioè 460W ottengo sullo zero cross detector una tensione di 3,5V circa e durata di 1,5ms.
Ti allego un immagine che forse rende meglio l’idea di quello che visualizzo sull’oscilloscopio.

Io la vedo così: la sezione tensione è ok la sezione corrente va aumentata di sensibilità ma ancora non ho capito come fai il rilevamento. Questo provocherà un ulteriore aumento del valore in uscita dallo zc ma basta mettere uno zener da 5v tra out e gnd e sei a posto.

Allora per rilevare la corrente uso un TA 10 A/0.04A, metto un ponte raddrizzatore poi un condensatore per eliminare il ripple e una resistenza da 120 così ho al massimo V=R×I=120×0.04=4.8V . Il problema che ho per ora è solo sullo zero cross di corrente. Ok che posso mettere uno zener per limitare a 5 V ma poi mi si presenta il problema di quando la corrente è bassa e l'impulso ha un ampiezza molto bassa e io invece vorrei avere un impulso costante e il secondo problema è quando c'è poco assorbimento che lo zero cross di tensione funziona male.

Una difficoltà sta nel fatto che i tuoi schemi non confermano ciò che descrivi, infatti nel circuito di misurazione io non vedo condensatori e c'è solo una R da 110 ohm, comunque mi pare che quello stia funzionando. Quello che sto cercando di dirti è che devi aumentare la tensione ai bassi valori di corrente, bisogna capire se è un problema di "sensibilità" del TA oppure se buona parte la disperdi col tuo circuito. P.es. nello ZC corrente il terzo diodo ti serve per forza? ti fa perdere 0,6V; dovresti poi misurare la tensione ai capi del condensatore da 1000µF e poi tra C ed E del transistor; se sul condensatore i valori vanno bene potresti provare a diminuire le due R da 1K. Dovresti poi rilevare la tensione tra B e E per capire se 10k non sono eccessivi per pilotare il transistor e non lo fanno andare in saturazione, ma questo lo dovresti vedere anche dal posizionamento della parte LOW del segnale, se il TR satura essa deve corrispondere esattamente a 0V, altrimenti la vedi più in alto e questo non va bene. Una volta che riesci ad ottenere valori accettabili per le minime correnti, quelli over 5V per le correnti elevate li tagli con lo zener e sei a posto.

Scusami per la resistenza ma è stata una modifica successiva allo schema. Comunque ho fatto diverse prove modificando i valori dei componenti del circuito di zero cross ma non miglioro di molto la situazione, eventualmente secondo te può essere una buona idea sostituire i circuiti di zero cross detector con due squadratori di tensione fatti con degli amplificatori operazionali usati come comparatori? Se non erro dovrei ottenere in uscita un onda quadra con valore di tensione uguale a quello di alimentazione indipendentemente dal valore della sinusoide di ingresso. Non ho mai usato gli amplificatori quindi non vorrei dire fesserie

Sì ma a questo punto dovresti modificare lo zc tensoone x ricavare qualcosa di seriamente stabilizzato x alimentare l'op amp. Certo che se tu facessi almeno le misure si ci potrebbe ancora ragionare...