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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Leistung messen ( U und I in 230V Netz ) mit AVR


Autor: Christian (Gast)
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Hi

Ich möchte die Leistung eines 230V Verbrauchers messen.

P=U*I

Also wie kann ich mit einem Mikrocontroller U und I messen bei
Verbrauchern die schon einige kW Leistungsaufnahme haben, also der
normale Strom bereich den man aus einer 16A Schuko rausholen kann ;-)

Autor: Thomas Hergenhahn (Gast)
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Im forum
http://www.avrfreaks.net gibt's ein Beispielprojekt mit nem AVR.

Den Strom mißt du am besten an einem Shunt, an dem z.B. 10mV pro A
abfallen.
Dann liegt allerdings die Schaltung am Netz :-(.
Also Vorsicht und Schutzisolierung!!!

Autor: Gehard Gunzelmann (Gast)
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Grundsätzlich gibts dafür 2 Ansätze:

1. 2 A/D-Wandler wandeln U und I separat, Du liest die Werte in einen
uC, berechnest daraus die Effektivwerte und multiplizierst die Werte
miteinander, unter Berücksichtung des Phasenversatzes - oder wie auch
immer

2. Fertige Bausteine:  entweder U und I in 2 separate
RMS-to-DC-Converter (AD635 ?, weiß nicht mehr sicher) und im uC
ausmultiplizieren oder hardwaremultiplizierer verwenden.

Nachdem ich faul bin, und keine Softwarevorlage habe um aus
digitalisierten Schwingungen den RMS-Wert zu berechnen, würde ich Weg 2
beschreiten.

Gerhard

Autor: Thomas Hergenhahn (Gast)
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@Gerhard
Effektivwert (RMS) ist definiert als Werte einer Gleichspannung, die
die gleiche Leistung erzeugt wie die entsprechende Wechselspannung.
P=U*U/R
Momentanwerte der Spannung quadrieren, über eine Periode oder ein
Vielfaches davon aufsummieren, Mittelwert bilden, Wurzel ziehen.
Das gleiche kan man dann auch für den Strom tun.
Summe der (vorzeichenrichtigen) U*I-Momentanwerte ergibt Wirkleistung.
Produkt der von Urms und Irms gibt Scheinleistung.

Autor: Benedikt (Gast)
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Was willst du berechnen, Wirkleistung oder Scheinleistung ?
Für die Wirkleistung muss du U und I multiplizieren und dann den
Mittelwert bilden.
Für die Scheinleistung musst du aus I und U den Effektivwert berechnen
und dann multiplizieren.
Der Effektivwert lässt sich extrem einfach berechnen:
Werte quadrieren, Mittelwert bilden und daraus dann die Wurzel.

Die Anleitung steckt eigentlich schon in RMS: Root Mean Square, oder
frei übersetzt: Die Wurzel aus dem Mittelwert der quadrierten Werte.

Autor: Gehard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Thomas

jo, stimmt wohl, aber wo fängt man an ? Zuerst mal Nulldurchgang suchen
und dann rechnen.. ob das ohne nochmalige Mittelung was wird ?
- ich hab mich noch nicht damit beschäftigt, interessiert mich aber.
Hast Du das schon mal real gemacht ?

Gerhard

Autor: Christian (Gast)
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Wo man anfängt ist ziemlich egal. Du mißt eine beliebige Zeit T, in der
du quadrierst dann aufsummierts und am Ende teilst du durch T...

Autor: mthomas (Gast)
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Vielleicht liefert Atmel AppNote AVR465 nuetzliche Information.

Autor: Bernd Schmidt (Gast)
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Der ADE7753 hat alles drin was man dazu braucht.

Autor: Thomas Hergenhahn (Gast)
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@Gerhard
Ja, ich habe das real gemacht vor fast 20 Jahren. Auf mit einem 6502,
externen A/D-Wandlern und Sample&hold. Das waren digitale Meßgeräte, um
an Induktionsöfen Strom, Spannung, Wirkleistung und cos phi zu messen.

Wegen der Meßzeit: Man kann zwar zu einem beliebigen Zeitpunkt
beginnen, aber es muß schon ein ganzes Vielfaches der Periode sein,
wenn Strom und Spannung eine Phasenverschiebung aufweisen. Denn dann
wechseln sich Zeiten negativer und positiver Momentanleistung ab.

Ich habe den Eingangsverstärker am Eingang kurzgeschlossen, um den
Gesamtoffset der Schaltung zu ermitteln. Dann habe ich soviele
Sample-Paare aufgezeichnet, daß ich mindestens 2 oder 3 ganze Perioden
mitgelesen habe. Dann die Messwerte des Spannungs-Kanals (der Strom ist
bei vielen verzerrt) nach dem 1. Nulldurchgang (1. "Kreuzung" mit dem
gemessenen Nullwert) durchsucht. Dann den letzten Nulldurchgang in
gleicher Richtung gesucht. Die dazwischen liegenden Werte habe ich wie
oben erwähnt verarbeitet.

Noch etwas: Um die Auflösung der A/D-Wandler möglichst zur Abbildung
der Kurve zu nutzen, habe ich einen Eingangsverstärker vorgeschaltet,
der vom Controller in (ca. 8dB?)-Stufen verstellt verden konnte. Wenn
in den Samples FF oder 00 vorkommt, eine Stufe runter, wenn DF nie über
oder 20 nie unterschritten wird, eine Stufe  raufschalten, Meßwerte
verwerfen, Messung wiederholen.

Autor: Christian (Gast)
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Wie machen die das eigentlich in solchen „Energie Checker“?

Autor: Andreas Link (Gast)
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Da mich dieses Thema auch sehr interessiert, würde mich auch mal 
interessieren, wie das bei den wirklich billigen Energy-Checkern geht; 
ich habe so einen mal aufgemacht und es war nicht wirklich viel an 
Bauteilen drin. Weiß hier jemand mehr?

MfG. Andreas

Autor: Peter R. (pnu)
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Die machen das fast alle so wie in der Atmel application note AVR465 
beschrieben:

Mit dem internen AD-Wandler des atmega werden während einer Periode der 
Netzfrequenz möglichst viele samples von Strom und Spannung gewonnen 
z.B. hundert Wertepaare. Die werden untereinander multipliziert, damit 
wird die momentane Leistung ausgerechnet. Die damit etwa hundert Werte 
der momentanen Leistung werden für eine Periode der Netzfrequenz 
gemittelt.

Der Stromfühler ist ein Widerstand aus etwa 3cm Widerstandsdraht 
(Shunt)von ca. 1mm Dicke. Der Spannungsfühler ist ein Spannungsteiler, 
der die 230V auf eine Spannung herunterteilt, die an den AD-Wandler 
passt.

Autor: Klaus R. (klaus2)
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ein von der c`t empfohlener leistungsmesser für 9.99 nutzt genau dieses 
iC: ADE7753 (oben erwähnt). alles andere bedeutet mehr aufwand - und ob 
es genau wird? also, safe&easy ist der ADE7753 ( & Co.)

Klaus.

Autor: Andreas Link (Gast)
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@Peter R: Super Erklärung, vielen Dank.
@Klaus R.: Erscheint mir aber mit dem IC ADE7753 prinzipiell auch am 
Sinnvollsten, nun muss ich nur mal eine Beispiel-Schaltung finden, die 
vielleicht schon jemand getestet hat.
Hier wird das Thema ja auch diskutiert: 
Beitrag "Strommessung mit dem ade7753"

Ich recherchiere mal ein wenig weiter.

Mein Teil-Ziel ist es, bestimmte 230V-Wandschalter im Haus damit 
auszurüsten und dann über einen ATmega zu speichern bzw. auf einem 
Display auszugeben. Da hab ich also nicht viel Platz im 
Schalter-Gehäuse. Der Shunt im 0815-Energie-Tester ist ja schon ca. 2 
bis 3 cm lang und 6mm hoch und sollte ja sicherheitshalber 
berührungsfrei aka isoliert sein. Will da die kleineste und effektivste 
Lösung auf SMD-Niveau gestalten - und auch nicht sinusförmige 
Verbraucher von PC über Staubsauger oder eben gedimmten Deckenlampen 
repräsentativ messen.

MfG. Andreas

Autor: cyberwulf (Gast)
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Ich bin auch auf der Suche nach einer kompakten, günstigen Lösung. Mit 
würde schon eine grobe Angabe der Wirkleistung genügen. Eigentlich täte 
es ein Shunt zur Strommessung mit einem linearen Optokoppler.
Aber wie wäre es mit einem Thermofühler an einem etwas größeren 
Widerstand? Der würde dann zwar etwas verzögert, aber immerhin 
galvanisch getrennt die Leistung, die an R abfällt aufnehmen können ;)
Nur so ein Gedanke...

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