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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Newbie: Netzfrequenz messen


Autor: Gustav Binder (prexa)
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Hallo Leute,

ich denke darüber nach, die Netzfrequenz meines Hausanschlusses zu
monitoren, dabei brauche ich Hilfe, da meine Elektronikkentnisse noch
sehr bescheiden sind. Das Projekt steht noch ganz am Anfang, ich
beginne praktisch bei Null. Die Netzfrequenz soll dabei gemessen
(gewünschte Auflösung im Bereich 0,1 mHz oder besser) und gespeichert
werden. Später werde ich das Device ausbauen, dann soll es den
minütlichen Mittelwert der Frequenz berechnen und mit zwei Peakwerten
(min. und max.) über Sekunde irgendwohin schreiben, fehlende Halbwellen
detektieren und monitoren, später soll eventuell eine Übertragung zum PC
realisiert werden. Aber das dürfte einfacher für mich sein, ich denke
ich kann mich in eine x-beliebige Assemblersprache eines
Mikrokontrolleurs sicher leicht einarbeiten - das Problem liegt an der
Hardware, von Software habe ich Ahnung.

Im Besonderen habe ich keine Ahnung, wie ich die Frequenz denn nun
wirklich messen soll. Grundgedanken: Scheitelwert der Netzspannung rund
325 V, man benutze also Impulse von +160V resp. -160V als Trigegr für
Interrupts eines beliebigen Controllers und zähle die verstrichenen
Takte zwischen 2 Interruptereignissen. Man braucht also wohl zwei
Dioden (und entsprechende Widerstände damits der Controller verträgt,
Netzspannung am Inputpin kommt wohl nicht so gut) und zähle
dann die Impulse pro Zeit. Ich hoffe, ich bin nicht schon hier auf dem
Holzweg, für bessere Lösungen bin ich natürlich dankbar. Wenn ich erst
die Impulse pro Zeit als Rechengröße im Controller hab, komm ich schon
weiter.

Gesucht ist nun ein passender Mikrokontrolleur. Da fehlt mir bis jetzt
vollkommen die Übersicht, es gibt anscheinend tausende
Kontrollerfamilien mit jewels annähernd ebensovielen
Familienmitgliedern. Jedenfalls brauche ich einen, der a) einen
ausreichend hohen Takt hat, um die gewünschte Auflösung zu ermöglichen,
b) 2 Eingänge für meine "Interrupttriggernden Halbwellen" hat (besser
wären wohl 3 IRQs, weil ich später eventuell noch einen DCF-Empfänger
dranbasteln will um Timestamps zu haben) und c) Ausgänge hat, von denen
ich meine gemittelten Minutenwerte und Sekundenpeaks irgendwohin
schreiben kann (z.B. in einen größeren Speicher an den man später noch
einen UART basteln kann, damit man die gespeicherten Werte zu einem
Standcomputer aka. PC übertragen kann). Was könnt ihr da so empfehlen?

Achja, noch was zur Stromversorgung des Kontrollers: Würdet ihr das
gerät mit einer externen Quelle versorgen oder ist es nicht besser, das
Teil zieht seinen Eigenverbrauch direkt aus der zu messenden
Spannungsquelle? Oder vielleicht eine Kombination aus beiden, ein
Pufferakku, der über das Stromnetz geladen wird?

Besten dank für eure Anregungen und Hilfe im vorraus,
Gust Binder

: Gesperrt durch User
Autor: MartinS (Gast)
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Als Anfänger lass die Finger von der Netzspannung. Du kannst aber ein
Trafo verwenden, da hast du auch die Netzfrequenz auf der Serundären
Seite aber bei kleinerer Spannung. Noch ein Stichworte
"Nulldurchgangsdetektor".

Autor: Peter Dannegger (peda)
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0,1mHz Auflösung für die Netzfrequenz ist Quatsch, 10mHz reichen völlig,
da wackelt immer noch die unterste Stelle.

Gemessen wird bei derart niedrigen Frequenzen die Periodendauer und
dann einfach in die Frequenz umrechnen.
Damits nicht zu sehr zappelt, kann man über 50 Perioden mitteln, ergibt
dann etwa eine Messung pro Sekunde.


Für DCF77 brauchst Du gar keinen Interrupt, das kommt nähmlich mit
einer absoluten wahnsinns mörder hammer speed von gewaltigen 1Baud
(1Bit/s) daher, das pollt Dir also sogar noch ne schneckenlahme
C-control.


Also Kontroller such Dir irgendeinen aus, zu langsam ist keiner.
Hier im Forum wird gerne der AVR genommen (falls Du mal Hilfe
brauchst).


Peter

Autor: crazy horse (Gast)
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bleibt die Frage - wozu?
Du hast keinerlei Anspruch auf eine stabile Netzfrequenz, und die
Auswirkungen geringfügig schwankender Netzfrequenz (noch dazu, da sie
im Tages- und Langzeitmittel ziemlich gut ist) sind marginal. Dem
Energieersorger kannst du auch keinen Cent mit ellenlangen Schriebsen
entlocken. Und wenn es dich einfach nur interessiert - da sollte sich
im Netz was finden lassen.
Und 0,1mHz ist in der Tat Unfug.

Autor: Gustav Binder (prexa)
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Hallo Leute,

vielen Dank für die Antworten, die bis jetzt eingetroffen sind, das
geht ja wirklich flott.

Martin, Sache mit dem Nulldurchgangsdetektor klingt schon einmal
spannend, da werde ich mich morgen mal einlesen. Ich weiß noch nicht,
ob das das richtige für mich ist, und ob ich damit fehlende Halbwellen
detektieren kann - zweckmässiger wäre is in meinem Fall wohl, die
Spitzen zu detektieren, aber mal sehen. Wegen der Netzspannung brauchst
du dir keine Sorgen machen, da paß' ich schon auf. Vielleicht sollte
ich wirklich über eine galvanische Trennung nachdenken, ein einfacher
Widerstand zählt wohl nicht als solche :). Beim Trafo habe ich wohl
Probleme damit, daß ich in einer weiteren Ausbauphase des Geräts wohl
auch noch Rundsteuersignale aufzeichen möchte, und die ist bei uns
AFAIK Amplitudenmoduliert, die kleine Sekundärspannung eines
Trenntrafos lässt wohl deren Detektion dann nicht mehr zu (oder
doch?).

Peter, auch dir danke ich für deinen Input. Die 0,1 mHz sind laut
deinen Angaben wohl wirklich zu viel des Guten, falls die Frequenz
wirklich in der 10mHz-Auflösung noch wackelt. Ich bin einfach von 1 mHz
ausgegangen und dachte an 0,1 wegen Reserve. Aber wenn 10 genügen, umso
besser. Wegen dem Mitteln über die Sekunde: genau so war das auch
geplant: Genau zählen, den Durchschnitt aus 60 solchen Sekundenwerten
und die schnellste und die langsamste Minute (peaks) speichern. (In
einer zweiten Stufe dann über 5 Minuten + Peaks, Viertelstunde + Peaks
usw.). Wegen dem DCF-Interrupt dachte ich: Sekundenimpuls des
DCF-Signals gleich Trigger für einen Timer. Obwohl ich wohl noch
zusätzlich eine Art Uhr brauche, weil man ja nicht davon ausgehen darf,
daß ich auch jeden DCF-Impuls wirklich mitbekomme. Also wohl
konventionell bleiben: Lokale Uhr und stündlicher oder täglicher
DCF-Abgleich. Es freut mich zu hören, daß alle gängigen Kontrolleure
für meine Aufgabe geeignet sind, das erleichtert schon etwas.

Crazy Horse, auch deine Frage nach dem "Wozu?" möchte ich
beantworten:
aus Spaß an der Technik. Ich finde es halt interessant, die Frequenz zu
messen, zu protokollieren, in den PC zu verfrachten, Trends,
Tagesverläufe, Kurz- und Langzeitschwankungen zu erfassen und graphisch
darstellen zu lassen. Mit einem selbst gebauten Gerät geht das natürlich
am besten und befriedigensten. Am wenigsten kommt mir in den Sinn,
meinem EVU "ellenlange Briefe" zu schreiben um ein paar Cent
herauszuquetschen. Mir ist auch die Stabilität der Frequenz im
Tagesmittel bekannt. Ich habe in letzter Zeit ziemlich viel auf den
UCTE-Seiten (www.ucte.org) gelesen, die ganze Thematik mit der
Netzregelung, Regelzonen, Frequenzstabilität, Power Grid etc.
fasziniert mich einfach, darum auch dieses Projekt. Spaß und iInteresse
an der Technik sind Grund genug für mich, geistige Befriedigung zählt
mehr als mühsam erkämpfte Cents. So wirklich habe ich im Netz nichts
gefunden, was meinem Projekt Nahe kommt, daher auch meine Fragen hier.
Ich hoffe du kannst mir meinen Unfug verzeihen, ein  Fluke 43B kann und
will ich mir nicht leisten.

Gruß an euch alle,
Gust

Autor: crazy horse (Gast)
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Gut, dem Wissensdurst will ich nicht im Wege stehen...:-)

Autor: Detlef A (Gast)
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Hallo,

+/- 0.2Hz ist die Netzfrequenz gespect. Das ist ne recht präzise
Messung, die Du da vorhast. 0.1mHz zu 50Hz sind ne Genauigkeit von
2ppm, 10mHz sind auch erst 200ppm. Also entweder lange oder genau
messen. Lange messen: Zählst Du die Wellen der 50Hz, brauchst Du 10000
Sekunden um 50Hz von 50.0001Hz unterscheiden zu können, das sind
schlappe drei Stunden. Genau messen: Der Quarz, dessen ticks Du für die
Messung der Periodendauer benutzt, hat mindestens +/-50ppm Mittenfehler
und mindestens nochmal ganausoviel für Temperatur und Alterung, den muß
Du dann auf jeden Fall mit was Genauerem, z.B. DCF77 kalibrieren, ist
nicht so schlicht. Außerdem, schlimmer: Der Nulldurchgangsdektektor
sagt, wann die Periode zu Ende ist. Der 'sieht' die Netzspannung und
nen überlagertes Rauschen. Dieses Rauschen läßt die Periode mal früher,
mal später enden. Das Rauschen muß für die geforderte Genauigkeit
wahrscheinlich recht klein sein, deswegen muß man die 50Hz dann gut
filtern ......

Vielleicht mal überlegen: 50Hz Rechteck abgeleitet aus einem Ofenquarz
mit ner Rechteckspannung XORen, die mit nem Komparator aus der
Netzfrequenz gemacht wird.

Cheers

Autor: Thomas G. (thomas_g58)
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Hallo,
da es noch keine vernünftige Echtzeit-Frequenzmessung gab hab ich eine 
mit einem Pic32 gebastelt. Mit Trafo die Netzspannung reduziert, AC über 
Schmitt-Trigger in Rechteck gewandelt, Interrupt auf ChangeNotification 
der Rechteckspannung gesetzt. Timer auf 1,5 MHz gesetz, und bei jedem 
Interrupt wird die verstrichene Zeit gemessen.
Der 8 MHz Quarz scheint recht gut, hat pro Stunde bei Raumtemperatur nur 
ca. 1 Takt Abweichung (ergab eine Messung über eine Woche).
Im nächsten Schritt wird der Timer über DCF77 korrigiert, dann sollte 
eine Genauigkeit von unter 2mHz möglich sein.
Durch die 32 Bit fallen die sonst üblichen Microprozessor-Bit 
Schiebereien weg, man kann direkte Sekunden-Mittelerte bilden.

Die Live-Frequenzmessung ist unter www.netzfrequenzmessung.de zu finden.

Ciao,
  Thomas

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Thomas G. schrieb:
> Die Live-Frequenzmessung ist unter www.netzfrequenzmessung.de zu finden.

Das ist ja mal interessant, vielen Dank.

Sehr saubere und klar strukturierte Netzseite ohne unnötige Schnörkel, 
das sieht man heutzutage immer seltener, schön gemacht.

Nur dieser Satz scheint mir etwas verstümmelt:
"Durch den Einsatz der Sekundärregelung Frequenzabweichung und die 
Primärregelung nimmt proportional Leistung zurück."

Fehlt da was oder fehlt mir das Verständnis?

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Gustav Binder schrieb:
> Autor: Gustav Binder (prexa)
> Datum: 19.09.2005 21:17

Schonmal aufs Ursprungsdatum gesehen?

Autor: ./. (Gast)
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Thomas G. schrieb:
> da es noch keine vernünftige Echtzeit-Frequenzmessung gab

LOL

Mein Eigenbaufrequenzzähler, und der ist schon so 10 Jahre alt,
hat einen PLL-Vervielfacher mit der ich die Netzfrequenz auf
0,001 Hz genau messen kann. (Bei 10 s Meßzeit)

Dazu braucht es nun wirklich kein PICliges Zeug.

Autor: Joachim K. (minifloat)
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Thomas G. schrieb:
> Die Live-Frequenzmessung ist unter www.netzfrequenzmessung.de zu finden.

Ich schau lieber auf wetter.de, wie das aktuelle Wetter bei mir daheim 
ist, als aus dem Fenster.

Autor: MaWin (Gast)
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> ich denke darüber nach, die Netzfrequenz meines Hausanschlusses
> zu monitoren

Wozu ?
Deine Netzfrequenz ist nicht anders als die anderer Leute auch, sonst 
wäre es ja kein Netz.

Hier steht auch deine Netzfrequenz:
https://www.entsoe.eu/system-operations/the-frequency/

Natürlich wäre es für bestimmte Geräte sinnvoll, die Netzfrequenz 
milliHertzgenau zu erfassen und sich bei uter 50Hz auszuschalten und bei 
über 50Hz einzuschalten weil damit die Verbraucher zur Stabilisierung 
des Netztes beitragen würden und man nicht alles den 
Kraftwerksbetreibern bzw. deren Computern ünberlassen würde, man denke 
an Heizungen un Boiler und ähnlcihe Dinge die zwar schnell reagieren, 
schneller als Turbinen, aber nicht auf Dauerstrom angewiesen sind.

Aber vorher kommt sicher noch ein Trottel auf die Idee das mit 
tausendfachen Aufwand mit Ankopplung an Wucherpreise mit sekündlich 
wechselndem Strompreis per parallel nötiger Internetverbindung 
umzusetzen, wie der dumme DigitalStrom aus der Schweiz.

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