Pomiar napięcia sieciowego z aplikacją na android

[Nefarious19]

Sam transformator pomiarowy ZMPT101B nie jest zły. Gdzieś wyczytałem że ma liniowość 0.3%, a więc odchyłka od rzeczywistej wartości napięcia mierzonego jest mniejsza niż 1V. Uważam że to dobra dokładność. Nie mniej sam moduł jako całość jest kiepski. Sam wzmacniacz LM358 który ładują wszędzie ma kiepskie parametry. Ponadto zgodzę się z @jand że rezystor wejściowy SMD jest tam nie na miejscu. Odkłada się na nim praktycznie całe napięcie jak słusznie zauważono a wydaje mi się że maksymalnie jest on na napięcie 150V jeżeli to obudowa 0805. Podpowiem że przy 230V RMS szczyt napięcia sieciowego ma około 325V. Ja bym ten moduł wywalił do kosza OPRÓCZ samego transformatorka. Na jego bazie można zrobić naprawdę fajny pomiar tylko trzeba zaprojektować małe PCB od nowa. Jak byś był zainteresowany mogę zaproponować taki układ pomiarowy.

Tutaj znalazłem też dokument który opisuje jak policzyć rezystory do tego przekładnika.

https://innovatorsguru.com/wp-content/uploads/2019/02/ZMPT101B.pdf

Edytowano Kwiecień 27, 2023 przez Nefarious19

[krychu1111]

@jand Jak z dokładnością tego modułu HLW8012 i jaki ma zakręć napięć wejściowych? 

@Nefarious19 jestem zainteresowany Twoim propozycją z układem pomiarowym 🙂 

[jand]

HLW8012 ma dokładność 0,2% dla pomiaru mocy, a 0,5% dla prądu i napięcia. Zakres napięcia i prądu zależy od elementów zewnętrznych (podobnie jak w module ZMPT101B) .

Wynik jest udostępniany przez układ jako przebieg prostokątny, o częstotliwości proporcjonalnej do mierzonej wartości. Są to wartości rzeczywiste przebiegów (RMS).

Używałem układu scalonego na własnej płytce, a nie jakiś gotowy moduł (są takie, ale rzadko spotykane). Scalak ten jest stosowany np. w inteligentnym gniazdku Sonoff POW.

[Nefarious19]

Wybacz że trochę to trwało ale majóweczkę trzeba święcić 😉

Poniżej wrzucam Ci schemat i przebiegi. Masa jest wspólna tylko na potrzeby symulacji. W normalnym układzie nie wolno ich łączyć. Użyłem fajny wzmacniacz MCP6002 który ma dobre parametry, jest rail to rail i ma dobrą cenę. Na schemacie jest co prawda MCP6001 ale MCP6002 to tak naprawdę to samo tylko ma dwa wzmacniacze w jednej obudowie. Układ policzony jest na napięcie 260VAC ale jak będzie więcej też będzie działał tylko straci liniowość. Nie ma sensu budować układu na wyższe napięcie bo nawet to 260VAC nie może występować w sieci permanentnie.  Z tego co pamiętam to maksymalna odchyłka od 230VAC to jest +=10% czyli maksymalnie może być około 253VAC. Jak będzie więcej to należy to zgłosić zakładowi energetycznemu.

Ponadto warto po stronie HV dodać warystor oraz bezpiecznik na wszelki wypadek. Bezpiecznik na jak najniższy prąd bo tam normalnie płynie prąd <1.5mA.

Wzmacniacz U1 robi sztuczną masę o napięciu równym połowie napięcia zasilania, tj 3.3V.  W związku z tym, rezystory R3 i R4 należy dobrać tak aby miały jak najbardziej zbliżone wartości do siebie a najlepiej gdyby były sobie równe.

Wzmacniacz U2 to bufor. Ma bardzo dużą impedancje wejściową i dosyć niską wyjściową co spowoduje że przekłamanie będzie niższe niż gdybyś podłączył transformatorek bezpośrednio do ADC który ma niższą niż wzmacniacz impedancję wejściową. Ponadto wzmacniacz nie da więcej niż 3.3V a jego wejścia są zabezpieczone więc zabezpieczasz w ten sposób ADC w mikrokontrolerze.

Układ ma przekładnie 245.13V/1V to znaczy że wartość szczytowa przy napięciu 260VAC wynosząca 367.7V da na wyjściu transformatorka 1.5V w piku.

zatem napięcie wyjściowe układu oscyluje wokół wartości napięcia sztucznej masy, tj. 3.3V / 2 = 1.65V z amplitudą około 1.5V przy napięciu wejściowym 260VAC.

Zostaje jeszcze zapas +-15mV dla ewentualnych napięć wyższych. Nie mniej ze względu na ograniczenia wzmacniacza i transformatroka, pomiar takich napięć będzie już bardziej przekłamany.

W razie pytań pisz.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[krychu1111]

@Nefarious19 Dzięki za tak obszerną pomoc. Oczywiście, majówkę trzeba święcić 😀 mówiąc o wspólnej masie masz ma myśli „masę” po stronie sieciowej, tak? Pytanie mam o rezystory, jakiej mocy muszą być. Domniemam, że zwykle THT 0,25W wystarczą, tak? 

[krychu1111]

@Nefarious19 poczyniłem testowy układ tylko z rezystorami o delikatnie innej rezystancji i podłączyłem wyjście do „oscyloskopu”. Powiesz mi czy te przebiegi są akceptowalne? 

VPP=1,63 V - VAC=221 V

VPP=1,58 V - VAC=214 V

Pozdrawiam 

[_LM_]

To jest napięcie z invertera? Skąd tak odkształcony przebieg? 

[krychu1111]

@_LM_ napięcie jest z wyjścia wzmacniacza. Dla porównania wrzucam przebieg z gotowego modułu z ZMPT101B.

[krychu1111]

Poprzedni układ łączyłem na płytce prototypowej i podejrzewam, że coś na niej nie łączyło. Polutowałem na płytce uniwersalnej podany układ i przebieg wyglada już tak jak powinien wyglądać (przynajmniej mi się tak wydaje). Zamieszczam zdjęcie przy napięciu sieciowym 220V. Zostało mi tylko teraz cześć programowa na ESP. Jaki model ESP do tego polecacie? ESP-01 chyba będzie wystarczające, jak myślicie? Pozdrawiam 

[krychu1111]

@Nefarious19 Witam po przerwie. Wybrałem moduł nodemcu, jednak trochę utknąłem. Znacie jakieś gotowe aplikacje, które mógłbym wykorzystać? Chciałem skorzystać z Supli, wygenerowałem kod z GUI i wgrałem na moduł. Jednak Supla pomiar napięcia wejściem analogowym realizuje tylko do pomiaru temperatury, co niestety jest dla mnie nie do przeskoczenia. Nawet nie kalibrowaniem tego, bo i tak z tego nie skorzystam. Macie jakieś gotowe alternatywy? Czy pozostaje mi napisać kod, który będzie wysyłał dane do thingspeak-a i później jakoś to odczytać? Proszę o pomoc i dzięki za wyrozumiałość 🙂 

[krychu1111]

@Nefarious19 czy jesteś dalej aktywny na tym forum? Mam kilka pytań odnośnie schematu, który wysłałeś, a dokładnie o wartości rezystorów. Skąd R2 wynosi 1K, gdzie zgodnie z stroną, którą wcześniej podałeś wychodzi inna wartość? 

[Nefarious19]

R2 ma założoną wartość 1kΩ, po prostu. R1 został policzony tak żeby na wyjściu wzmacniacza by było napięcie 3.3Vpp przy 260VAC.

[krychu1111]

@Nefarious19 według strony którą podałeś wartości wychodzą mi takie jak poniżej:
R1=260/0,0011=236 kΩ
R2=(3,3/260)*236=3 kΩ

I teraz nie wiem, które wartości ostatecznie zastosować? Zgodnie z wzorami z tej strony im wyższa wartość R1 tym wyższe napięcie wejściowe 

[Nefarious19]

Ten transformator to transformator prądowy. Oznacza to że płynący przez niego prąd w zakresie 1-2mA przeniesie się z jednej strony na drugą wymuszając w tym celu na dołączonej impedancji (w tym przypadku samej rezystancji) określone napięcie, takie aby taki prąd przepłynął.

Dla uproszczeń założyłem po prostu żeby R2 miał 1kΩ. Nie za duża wartość, ładnie wygłąda, łatwo przeliczyć prąd na napięcie bo 1mA -> to 1V na takiej rezystancji. Żeby wzmacniacz nie obcinał szczytów sygnału, przyjąłem że wartość AC sygnału ma mieć 3Vpp czyli amplitude 1.5V. Zostaje po 15mV zapasu przy górnej i dolnej połówce sinusoidy.

Liczę prąd przekładnika:

Ip = 1.5V/sqrt(2)/1000 = 1,0606mA

teraz trzeba policzyć R2 żeby przy 260VAC ograniczył prąd do tej wartości:

R2 = 260VAC / (1.0606 / 1000) = 245144Ω

Najbliższa temu wartość z szeregu E96 to 243kΩ tak jak masz na schemacie który w dodatku dla Ciebie zasymulowałem i pokazałem że działa.

Przeliczmy teraz dla tej wartości R1:

Ip = 260VAC / 243000 = 0.00106995 = 1.070mA

R2 już znamy bo taki założyliśmy:

R2 = 1kΩ

Amplituda napięcia wyjściowego:

Va = Ip * R2 * sqrt(2) = 1,070 / 1000 * 1000 * 1,4142 = 1,513V

Napięcie peak-to-peak:

Vpp = 1,513*2 = 3,026V

nadal zostaje zapas:

Vs = (Vcc - Vpp) / 2 = (3.3V - 3.026V) / 2 = 0.274V / 2 = 0,137V

zatem wzmacniacz nie wejdzie w nasycenie i nie zniekształci Ci sygnału nawet przy 260VAC.

Rezystor R1 musi być miniumum na moc:

Pr1 = 2 * Vz^2 / R1 = 2 * 260V*260V/243kΩ = 0.55W

Jak dasz taki na 0.5W też będzie ok.

[krychu1111]

@Nefarious19 Dziękuję za obszerne wyjaśnienie, mam tylko jeszcze jedno pytanie. Z tego co widzę symulacje robiłeś w LTspice i moje pytanie jest skąd wziąłeś symbol MCP6001?