Im zweiten Teil unseres Zyklus setzen wir die Diskussion über die Messung der Wechselspannung sowie über die Messung des Ausgangsstroms einer Last fort. Ich frage alle Interessierten unter Katze.
Teil 1Teil 2Teil 3Messung der Effektivspannung oder des Effektivstroms
Über die Messung des Istwertes wurde wiederholt in verschiedenen Quellen geschrieben. Mir persönlich hat Folgendes gefallen:
Budget TrueRMS-MessoptionMethode zur Messung des effektiven Spannungswertes mit MKKurz und klar sind alle Formeln geschriebenBerechnung von Mittelwert und Effektivstrom / SpannungKurz gesagt, das Wesentliche all dieser komplexen Berechnungen ist, dass die Spannung im Netz selbst von der perfekt sinusförmigen Form abweichen kann. Außerdem wird bei einer USV mit einer modifizierten Sinusform am Ausgang beim Betrieb vom Wechselrichter die Wellenform am Ausgang ebenfalls nur entfernt sein ähneln einem Sinus. Wenn wir also die Messung vereinfachen und den durchschnittlichen geraden Wert berücksichtigen, unterscheiden sich die Ergebnisse stark von den tatsächlichen.
Hier ist ein Beispiel dafür, was am USV-Ein- und Ausgang passiert (
von hier aus ):
Der Algorithmus zur Berechnung der effektiven Spannung ist in meinem Fall nicht eindeutig. Bei einer Frequenz von 1121 Hz (zur Digitalisierung der Spannung mit einer Frequenz von 50 und 60 Hz) wird ein Timer-Interrupt ausgelöst, der ADC gestartet und Messungen auf drei Kanälen (Eingangsspannung, Ausgangsspannung, Ausgangsstrom) durchgeführt. Nach der Akkumulation von 90 Messungen werden diese berechnet und die tatsächlichen Werte berechnet.
Die Summe der Quadrate der Werte wird direkt im Interrupt berechnet, und im Hauptprogrammzyklus werden bei Verwendung von Gleitkomma-Arithmetik gemittelte (20 weitere Punkte) effektive Werte berechnet.
Alle Operationen werden auf einem 8-Bit-Mikrocontroller PIC18F26K22 ausgeführt. Jemand kann sofort die Frage stellen: Warum nicht STM32, sie sagen, es ist leistungsfähiger, billiger usw. Ich werde sofort antworten. Der STM32-Controller ist gut, aber irgendwie hat er keine Wurzeln geschlagen, obwohl er in einigen Projekten verwendet wurde.
Die meisten unserer Aufgaben erfordern keine großen Rechenressourcen, daher ist 8-Bit hier mehr als genug. Darüber hinaus verfügt PIC18 über eine Vielzahl von Entwicklungen und eine eigene Service-Software, was sehr wichtig ist, da Beschleunigt neue Entwicklungen erheblich und lässt Sie nicht durch das Studium unbekannter Peripheriegeräte abgelenkt werden. Und es dauert immer die meiste Zeit.
PIC18 hat auch viele Vorteile. Dieser eingebaute kalibrierte Generator, minimale externe Verkabelung, Spannungsbereich von 2,5 bis 5 V, gute eingebaute Peripheriegeräte, leistungsstarke Ausgänge mit Strömen bis zu 25 mA usw. MK arbeitet mit einer Frequenz von bis zu 64 MHz.
Ausgangsstrommessung
Der von der Last verbrauchte Strom wird von einem integrierten Sensor ACS712ELCTR-30A-T (bei 30A) von Allegro gemessen. Der Sensor erzeugt unter Berücksichtigung des Vorzeichens ein dem fließenden Strom proportionales Analogsignal. Wenn der Strom positiv ist, beträgt das Signal mehr als 2 V, wenn negativ, dann weniger als 2 V. Das vom Sensor erzeugte Signal wird von MK digitalisiert und zur Steuerung der Last verwendet. Jetzt zeigt der Hersteller auf die Site und in diese. Dokumentation, dass die Verwendung dieser Sensoren bei Neuentwicklungen unerwünscht ist, und empfiehlt stattdessen ein moderneres Modell aus der ACS723-Serie. Derzeit ist der Kauf von ACS712-Modellen in Russland bei Lieferanten jedoch viel einfacher und sogar billiger.
Der Sensor ist äußerst praktisch, da er einen direkten Anschluss an den ADC MK ermöglicht, nur eine 5-V-Stromversorgung benötigt und außerdem eine galvanische Trennung bietet (tatsächlich ist der Sensor berührungslos und arbeitet mit dem Hall-Effekt). Der letzte Punkt ist wichtig, weil Eine Strommessung ist in einem Phasenleiter sehr wünschenswert, so dass der gesamte Neutralleiter der USV der sogenannte "Durchgang" ist, d.h. im wesentlichen einen einzelnen Leiter darstellend. Dieser Sensor kann problemlos im Spalt eines jeden Leiters eingesetzt werden, was den gesamten Messkreis vereinfacht.
Mit diesem Sensor ist jedoch ein interessanter Punkt verbunden. Gemäß der Dokumentation kann es einen Stromimpuls von 100 A für eine Dauer von 100 ms aushalten. Ferner kann eine irreversible Beschädigung des Chips auftreten. Natürlich ist in der USV im Eingangskreis ein Leistungsschalter installiert. Die Reaktionszeit entspricht jedoch nur der Dauer dieses Impulses. Hier ist ein Beispiel für die Zeit-Strom-Kennlinie einer Maschine vom Typ C:
Um im Falle eines Kurzschlusses auf der USV-Leiterplatte einen gewissen Sicherheitsspielraum zu haben, wurde ein zusätzlicher Shunt gemäß den Empfehlungen des Sensorherstellers selbst durchgeführt (
Link ).
Der Punkt hier ist ganz einfach. Der Widerstand des internen Shunts des ACS712 beträgt 1,2 mOhm. Auf der Leiterplatte wird vorgeschlagen, in Form eines Leiters der gewünschten Form den gleichen zweiten Nebenschluss herzustellen, wodurch die Strombegrenzung um die Hälfte (bis zu 200 A) erhöht wird, wodurch der Leistungsschalter viel schneller arbeiten kann.
Die Abmessungen eines solchen Stromshunts auf einer Leiterplatte sind nachstehend aufgeführt:
So sieht es live aus:
Ich möchte darauf hinweisen, dass dieser Sensor nur zur Messung des Stromverbrauchs der Last vorgesehen ist, um die Last der USV zu bewerten und sie automatisch auszuschalten, wenn der angegebene Grenzwert überschritten wird. Beispielsweise kann eine 600-W-USV maximal 3 A ausgeben. Für den Fall, dass die Last für einige Zeit (z. B. ca. 2 Sekunden) 4A oder mehr verbraucht, trennen wir sie einfach. Der Leistungsschalter schützt vor hartem Kurzschluss während des Betriebs vom Netzwerk. In der Betriebsart des Wechselrichters wird der Schutz jedoch elektronisch organisiert, jedoch unter Verwendung anderer Sensoren. Dies wird etwas später besprochen, wenn der Betrieb des Wechselrichters selbst betrachtet wird.