Cześć.
Mam problem dotyczący pogodzenia kosztów urządzenia a dokładności pomiarów. Chodzi o pomiar mocy elektrycznej maszyny trójfazowej. Temat w teorii powinien znaleźć się w dziale energoelektroniki, ale faktycznym problemem jest tutaj sam generator.
Jeżeli chodzi o dokładność, mogę zmierzyć napięcie chwilowe każdej fazy, czyli u12, u23 i u31, prądy chwilowe każdej fazy i1, i2 oraz i3, policzyć cosfi, podstawić do do odpowiedniego wzoru i miałbym moc wyjściową generatora. Niestety to będą spore koszty (3 przekładniki prądowe, 3 ustroje napięciowe, masa matematyki), za to całkiem duża dokładność.
Mógłbym zmierzyć tylko jedno napięcie U12, prąd I1, podstawić do wzoru i mieć tylko po jednym ustroju pomiarowym każdego typu, mało obliczeń, za to małą dokładność.
Mógłbym też mierzyć 2 prądy i 2 napięcia, a trzeci prąd i napięcie wyliczyć z pozostałych zmierzonych danych. Czyli nieco mniej hardware’u kosztem dodatkowego software’u.
Mierzony będzie generator o zmiennej częstotliwości pracy, na magnesach trwałych a więc i o zmieniającej się wartości napięcia. Obciążeniem jest przetwornica APFC która powinna zapewnić symetrię obciążenia przy dobrej symetrii napięciowej. Natomiast gdy napięcia się nieco rozjadą, prądy rozjadą się bardzo, a więc i odczyt mocy będzie mocno przekłamany.
Co w tym momencie począć? Macie może doświadczenie w takich zabawach z generatorami?
Chodzi mi w zasadzie o pomoc w określeniu asymetrii napięciowej, wynikającej z niej asymetrii obciążenia, a finalnie błędu pomiarowego. Mikrokontroler i tak będzie miał na głowie masę roboty jeżeli o matematykę chodzi, dlatego nie chcę go przeciążać, ale sensowna dokładność pomiarów jest ważna by całość miała jakikolwiek sens.
Najpierw określ, jaka dokładność Ci jest potrzebna.
[quote=w3501yyyy post_id=164499 time=1728278117 user_id=39271]
(3 przekładniki prądowe, 3 ustroje napięciowe, masa matematyki)[/quote]
Forum linki usuwa, więc na all…:
/oferta/ta1309-200-5a-2-5ma-przekladnik-pradowy-9339293720
Kosztuje 7 zł brutto w detalu. To są te duże koszty?
[quote=w3501yyyy post_id=164499 time=1728278117 user_id=39271]
Mierzony będzie generator o zmiennej częstotliwości pracy, na magnesach trwałych a więc i o zmieniającej się wartości napięcia.[/quote]
Tam może nie być sinusa.
[quote=KonradOW post_id=164500 time=1728279086 user_id=37740]
Kosztuje 7 zł brutto w detalu. To są te duże koszty?
[/quote]
5A to trochę mało. Z 50A trochę więcej bym ugrał. Do tego licz pomiar napięcia przy 500VAC, obróbkę danych czyli przekształcenie pomiarów chwilowych na wartości skuteczne TRMS, obliczenie cos(fi). A to wszystko razy 3. Czyli do przekładników dojdzie sporo elektroniki by dane obrobić i przesłać do mikrokontrolera, a sam mikrokontoler byłby mocno obciążony tymi obliczeniami. I bez tego będzie miał co robić bo w planach jest zarządzanie tablicą danych na około milion rekordów.
[quote=KonradOW post_id=164500 time=1728279086 user_id=37740]
Tam może nie być sinusa.
[/quote]
Harmoniczne to też kwestia pomiaru, myślę że poszłoby to w stronę TRMS bardziej.
Witam,
Ja takie coś załatwiam modułem pomiarowym oraz sterownikiem PLC + przekładni prądowe.
Jestem ciekaw, czy koszt mojego zestawu nie jest mniejszy jak koszt wykonają oraz
opracowania elektroniki. Dodatkowo w każdym momencie mam możliwość rozbudowy.
Milion rekordów???
Pozdrawiam,
Nie załatwiłby Ci sprawy analizator jakości energii (np coś z serii PQM od Sonela) ? … Masz w nim cewki Rogowskiego, pomiar napięcia, pomiar cos fi i moc podaną na tacy a wszystko rejestrowane z wybraną przez ciebie rozdzielczością. Pytanie tylko w jakim zakresie ma pływać częstotliwość, bo nie każdy analizator sobie z tym poradzi.
Jeżeli nie masz takiego na stanie, możesz go wypożyczyć np. na dobę i zrobić spokojnie pomiary.
Witam,
Analizator spory koszt. Dodam że moduł który ja stosuje może próbkować z częstotliwością 20 ksps.
Pozdrawiam,
w3501yyyy pisze:
Harmoniczne to też kwestia pomiaru, myślę że poszłoby to w stronę TRMS bardziej.
Nie znam się na elektronice, ale znam się na pomiarach - zwłaszcza tego co chcesz mierzyć.
Nie jesteś w stanie wyznaczyć cos(fi) dla przebiegu odkształconego - takie pojęcie nie istnieje.
Na temat pomiarów wielkości elektrycznych traktuje standard IEEE Std 1459-2010 (https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/1589271/mod_resource/content/1/IEEE%20Std%201459-2010.pdf ).
Możesz zrobić TrueRMS z prądów i napięć - stąd dostaniesz moc pozorną S, ale mocy czynnej czy współczynnika mocy tak nie uzyskasz. Możesz z kolei odfiltrować przebiegi filtrem dolnoprzepustowym żeby odfiltrować wyższe harmoniczne i próbować wyznaczać przesunięcia fazowe dla harmonicznych podstawowych - dalej wyliczyć moc czynną i bierną harmonicznej podstawowej, ale wtedy nie będziesz miał całej mocy pozornej.
Możesz też policzyć czynną moc z surowych przebiegów sumując obliczone dla każdej z faz całki iloczynów fazowego prądu i napięcia obliczone za okres harmonicznej podstawowej (całkowanie przebiegów dyskretnych jest dość proste) - wtedy też dostaniesz moc czynną harmonicznej podstawowej. Taki sposób obliczania zaleca norma dotycząca liczników pomiarowych energii czynnej. Z mocą bierną jest większy problem. Normy dotyczące liczników energii biernej (nawet najwyższych klas) definiują tylko sposób pomiaru mocy biernej dla harmonicznej podstawowej.
Podsumowując, wydaje mi się że trochę źle zdefiniowałeś swój problem.
Moim zdaniem najpierw trzeba określić dokładnie jakie wielkości chcesz mierzyć. True RMS prądów i napięć - to oczywiste, ale jakie moce? Dla harmonicznej podstawowej? Dla przebiegu odkształconego, ale wtedy - co?
Z odpowiedzi na te pytania wyjdzie ci jak musisz to mierzyć, a z tego dopiero - z jakiej konfiguracji sprzętowej możesz, a z jakiej nie możesz skorzystać.
[quote=DesignMaintenance post_id=164505 time=1728295617 user_id=34160]
Możesz zrobić TrueRMS z prądów i napięć - stąd dostaniesz moc pozorną S, ale mocy czynnej czy współczynnika mocy tak nie uzyskasz.
[/quote] Analizator wszystko to zmierzy i pokaże harmoniczne … właściwie wszystko na tacy. Do tego pokaże tg (ew. cos) i PF, który uwzględnia wpływ harmonicznych - nawet nie trzeba nic liczyć. To chyba najprostsza metoda rozwiązania problemu autora bez budowania skomplikowanych układów z filtrami itp (oczywiście można, tylko po co?).
Patrząc na tytuł wątku, rodzi się jeszcze pytanie, czy ma to być pomiar doraźny, czy ciągły podgląd - wtedy musiałby być zastosowany jakiś analizator tablicowy.
Masz rację, przy czym - może błędnie- zrozumiałem że autor chce aby układ pomiarowy był integralną częścią “czegoś”.
Skoro chce klepać klawiaturę, pokleić, to raczej ma być jakimś składnikiem.
Analizator sieci jest ciężki do oprogramowania - nie znam producenta, co ma ma SDK do swoich mierników, żeby móc odczytywać poszczególne rejestry z pamięci i wydawać polecenia.
Czy patrzyłeś po dedykowanych układach scalonych do pomiarów mocy typu:
https://www.analog.com/en/products/ad7755.html
High Performance, Multiphase Energy, and Power Quality Measurement IC
https://www.analog.com/en/products/ade9000.html
High Performance, Multiphase Energy, and Power Quality Measurement IC
https://www.analog.com/en/products/ad7779.html
Fundamentalne zagadnienie to to gdzie ten pomiar ma być wykonywany. Jeśli w punkcie o zmiennej częstotliwości składowej podstawowej to obawiam się że wszystkie typowe układy pomiarowe (wliczjąc w to także wysokiej klasy analizatory) odpadają. One są dedykowane ustalonej częstotliwości podstawowej (u nas 50 Hz) a częstotliwość do dla takich pomiarów parametr postawowy.
Delikatnie się nie zrozumieliśmy 
Buduję pewne urządzenie obsługujące generator trójfazowy. Będzie ono nim sterowało i zarządzało pobieraną z niego mocą, do tego muszę w miarę dokładnie mierzyć częstotliwość (prędkość obrotową), zmiany prędkości kątowej oraz moce czynne. Komplet informacji będzie dostawało ESP32 i na podstawie nich będzie sterowało obciążeniem generatora, jak i będzie ściągało z niech pewną charakterystykę, podczas pracy, “w locie”.
Założenie tam Sonela będzie raz że piekielnie drogie, a dwa że nie wiem jak tego Sonela wykorzystać 
Na dedykowane układy patrzyłem, skupiając się na wspomnianym ADE9000. Fajny kombajn który zrobi dużo więcej niż potrzebuję, do tego mają jak dla mnie chore dokładności. Problemem za to są pomiary napięcia i częstotliwości. Wymaga on pomiaru napięcia fazowego względem przewodu neutralnego, natomiast generatory neutralnego nie mają, i nie wiem czy lepiej bawić się w wirtualne zero co oczywiście zmniejszy dokładność, czy można zrobić pomiar międzyfazowy i jakoś poinformować o tym tą kostkę.
Drugi problem to częstotliwość. Datasheet przewiduje pomiar częstotliwości między 45 a 65 Hz. Ja natomiast potrzebowałbym zakresu bardziej od 0 do 100Hz.
Do tego w związku z niezbyt dużymi wymaganiami co do ilości wartości pomiarów, zastanawiam się czy zamiast mierzyć 3 fazy, czy nie wystarczyłoby zmierzyć jedną a wynik pomnożyć przez 3. Na pewno potrzebuję dokładnie mierzyć moc czynną oraz częstotliwość (konkretniej zmianę częstotliwości).
[quote=Rariusz post_id=164502 time=1728285263 user_id=6540]
Milion rekordów???
[/quote]
Sciąganie charakterystyki podczas pracy czyli w warunkach nielaboratoryjnych - wiele pomiarów przy podobnych warunkach pracy i uśrednianie.
Finalna charakterystyka będzie wykresem 3-osiowym. Na jednej osi prędkość obrotowa generatora (lub częstotliwość), w zakresie jeszcze mi nie do końca znanym bo pokryć muszę różne maszyny, ale przyjmijmy 100 kroków na osi. Na drugiej osi prędkość wiatru, 0-20m/s i również 100 kroków, na trzeciej moc wiatru, która wyniknie z pomiarów elektrycznych i sporej ilości matematyki. Jako że mierzymy w warunkach nieidealnych obarczonych dużym błędem, uśrednię wiele pomiarów, powiedzmy też 100. a 100x100x100 daje milion rekordów. Do tego dojdzie kilka innych rzeczy ale już jako pojedyncze dodatkowe rekordy przy każdej setce mocy.
Witam,
Czyli budujecie turbinę wiatrowa tak? 
Pozdrawiam,
[quote=Rariusz post_id=164511 time=1728314795 user_id=6540]
Witam,
Czyli budujecie turbinę wiatrowa tak?
Pozdrawiam,
[/quote]
Sterownik. Najbardziej uniwersalny i rozbudowany kombajn do mikroturbin.
Znalazłem sposób na zmierzenie tego co potrzebuję, nie wydając dużej ilości kasy na części - nie kupować części. Zamiast mierzyć AC 3F i bawić się w określanie dokładnych parametrów pracy turbiny których nie potrzebuję, wystarczy że będę mierzył moc DC na wyjściu przetwornicy. Straty przetwornicy zakładam jako pomijalne, ponieważ muszę takie założyć. 2% strat w skali 10kW to aż 200W, a to dosyć dużo.
Pozostał temat prostego i taniego pomiaru napięcia AC oraz częstotliwości. Do pomiaru częstotliwości wystarczy pomiar jednej fazy generatora, a do pomiaru napięcia wystarczy że mierzona będzie wartość szczytowa - będzie używana ona tylko do zabezpieczenia turbiny.
A przed czym chcesz zabezpieczać turbinę bazując na szczytowej wartości jednej z faz napięcia na wyjściu generatora?
Witam,
W układach DC/AC lub AC/DC sprawność to typowo 90-95%. Powyżej znam tylko jeden
przekształtniki który to potrafi. Dodatkowo sprawność jest określana typowo dla określonego punktu pracy układu.
Pozdrawiam,
[quote=DesignMaintenance post_id=164537 time=1728368552 user_id=34160]
A przed czym chcesz zabezpieczać turbinę bazując na szczytowej wartości jednej z faz napięcia na wyjściu generatora?
[/quote]
Przed rozkręceniem się do zbyt dużej prędkości obrotowej. Całość będzie bazowała na oprogramowaniu ESP32, ale wolę zostawić sobie ostatnie zabezpieczenie bardziej analogowe.
Wysłałem Ci na PW link do dokumentu na moim onedrive. Mam nadzieję że to trochę rozjaśni co chcę zrobić i czemu. Muszę go jeszcze poprawić, ponieważ pomiar prędkości obrotowej i przeliczanie przyspieszenia będę raczej musiał puścić w ciągle działającej pętli by przyspieszyć inne pomiary i obliczenia, ale tym się zajmę wieczorem.
I największa niespodzianka - wszystkie wzory są pisane tak, że jednostką prędkości obrotowej jest RPM a nie radian na sekundę, podobnie jednostką przyspieszenia kątowego jest “obrót na sekundę kwadrat”. Kwestia dodania stałych we wzorach, a likwiduje późniejszą konieczność przeliczania jednostek fizycznych na takie do zaprezentowania na ekranie.
[quote=w3501yyyy post_id=164539 time=1728370392 user_id=39271]Przed rozkręceniem się do zbyt dużej prędkości obrotowej.[/quote]
Jak zdejmiesz z niej obciążenie PWM, to się rozkręci. Czy masz rozwiązanie na "powieszenie się " uC?
Takie zabezpieczenie zrobiłbym na osobnym i dedykowanym IC, np. <LINK_TEXT text=“https://www.elenota.pl/datasheet-pdf/13 … hip/TC9400”>https://www.elenota.pl/datasheet-pdf/132502/Microchip/TC9400</LINK_TEXT>
[quote=KonradOW post_id=164540 time=1728372546 user_id=37740]
Takie zabezpieczenie zrobiłbym na osobnym i dedykowanym IC, np. <LINK_TEXT text=“https://www.elenota.pl/datasheet-pdf/13 … hip/TC9400”>https://www.elenota.pl/datasheet-pdf/132502/Microchip/TC9400</LINK_TEXT>
[/quote]
Doszedłem do podobnego wniosku, ale nieco inną drogą i z innych powodów. Pomiar niskich częstotliwości przy użyciu ESP wymagałby długiego czasu pomiaru i ogromnego zapotrzebowania na moc obliczeniową. Zamiast tego użyję podobnego jak wyżej konwertera f/U, ponieważ odczytanie wartości częstotliwości jako napięcie na wejściu ADC będzie błahostką i nie będzie wymagało żadnych obliczeń. Myślałem jednak o dużo tańszym układzie LM2907N, który wydaje się wystarczający do częstotliwości o jakich myślę (1V/67Hz). Będę mógł z niego i pobrać dane dla ESP do normalnej pracy, i dodając dodatkowe wzmacniacze błędu - dodatkowe zabezpieczenia.