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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Stom in einer 230 V Leitung messen 10mA ... 2A


Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Geschätztes Forum,

einen Strom in einer 230 Volt Leitung möchte ich hinreichend genau im

Bereich 10mA...2A messen (Energiezähler / Stromzähler)

und suche eine kostengünstige Variante.


Einige Varianten sind mir eingefallen.

A) Über einen Ohmischen-Widerstand wird der Spannungsabfall gemessen

  Nachteil: Potentialtrennung / Wärmeentwicklung


B) Ein Übertrager in Reihe (wenige Wdg dicker Draht zu xxx Wdg)

 Nachteil: Übertrager müsste gewickelt werden


C) Um eine 230 V Leitung werden ca. 100 Wdg. Draht gewickelt und die
   induzierte Spannung gemessen.

Würde das Prinzip funktionieren?


D)Eine 230 V Leitung wird durch einen mit Draht umwickelten Lochkern
  geführt und die induzierte Spannung gemessen (Prinzip Strom-Zange).

Nachteil: Fremdfelder, Phasenverschiebung?


Gibt es weitere Varianten? Was meint Ihr dazu?


Danke

Bernhard

Autor: Magnus Müller (Gast)
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> C) Um eine 230 V Leitung werden ca. 100 Wdg. Draht gewickelt und die
>    induzierte Spannung gemessen.
>
> Würde das Prinzip funktionieren?
>
>
> D)Eine 230 V Leitung wird durch einen mit Draht umwickelten Lochkern
>   geführt und die induzierte Spannung gemessen (Prinzip Strom-Zange).


C) funktioniert NICHT
D) funktioniert

Autor: Magnus Müller (Gast)
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Ach so... noch vergessen:

Du darfst dabei nur einen Leiter (N oder L) durch den Ringkern führen, 
sonst heben sich die Magnetfelder gegeneinander auf.

Autor: Der Techniker (_techniker_)
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Bereits fertig und sehr genau: LEM-Wandler! ;)

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Hallo Magnetus,
Hallo Techniker,

ich danke Euch für Eure Meinungen.

Interessant sind die LEM-WANDLER!! Sicherlich auch nicht ganz billig.


Werde mir mal einen Rinkern organisieren und ein paar Wicklungen 
aufbringen und damit etwas experimentieren.

Muss ein Rinkern eigentlich einen Luftspalt besitzen?


Bernhard

Autor: Schoaschi (Gast)
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Hi

Wie wäre es denn mit Hallsensoren?

http://www.allegromicro.com/sf/0755/index.asp

mfg Schoasch

Autor: Arno H. (arno_h)
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Für die Primärwicklung reicht beim Ringkern einfach durchstecken. Die 
Anzahl der Sekundärwicklungen ergibt dann das Übersetzungsverhältnis.
Die Sekundärwicklung des Stromwandlers muss niederohmig abgeschlossen 
werden, sonst wird´s spannend.
Arno

Autor: Winfried (Gast)
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Ich hab das mal mit so gemacht: Es gibt recht kleine Audio-Übertrager, 
so etwa 15-20mm groß. Durch diesen habe ich einfach 2 Windungen 1.5qmm 
Kupferdraht gezogen. Damit hatte ich eine preisgünstigen Übertrager, was 
gut funktionierte. Vermutlich kannst du dir auch jeden x-beliebigen 
kleinen Trafo nehmen, der noch zusätzlich bewickelbar ist. Wichtig ist 
nur, dass die Ausgangswicklung möglichst viele Windungen aufweist. Dann 
brauchst du nur nicht so viel verstärken.

Den Audio-Übertrager hatte ich übrigens von Conrad.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@alle

Einen kleinen NF-Übertrager

primär 3Wdg / sekundär ca.100 Wdg + 600 Ohm Widerstand

habe ich zwischen einem

2A Trafo und einer Graetzbrücke (Ladeelko + Schaltung)  geschaltet.


Das Ergebnis ist interessant, es ist ja keine ohmische Last!!!


Es entstehen zwei Spannungsspitzen, die erste ist eine

unangenehme "Nadel", welche im Übertrager induziert wird,

wenn der Stromfluss plötzlich durch die Graetzbrücke unterbrochen wird.
(Trafospannung ist kleiner als Spannung vom Ladeelko)


Die 2. Spannungsspitze verrät uns, wie hoch der Strom in der 
Primärwicklung ist.


Würge es genügen, wenn man den Spitzenwert ermittelt, um zu sagen wie 
hoch der Strom ist?

Danke

Bernhard

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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Das Oszi-Bild, hatte ich vergessen, sorry

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo,
wo ist die 2. Halbwelle? Das sieht mehr nach Einweg oder MP-Schaltung 
aus.
Arno

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Arno

> wo ist die 2. Halbwelle? Das sieht mehr nach Einweg oder MP-Schaltung


Die 2. Halbwelle hat der Oszi nicht dargestellt

Bernhard

Autor: Marco S. (masterof)
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Die halbwelle sieht aber irgend wie schon komisch aus.
Ich bin der Meinung der Abstand zwischen den beinden "normalen" 
Halbwellen ist zu groß

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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...beide Halbwellen...

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Ich habe mir ein Energiemessgerät für 5€ gekauft, mit vielen Funktionen 
und sehr genau. Um diese Genauigkeit zu erreichen brauchst du einen LEM 
Wandler, der allerdings schon 15€ kostet (funktioniert mit einem 
Ringkern und einem Hallsensor im Luftspalt). Du kannst den Draht auch 
mehrmals durch den Ringkern führen. Variante B ist ja eigentlich das 
Gleiche wie D.

Messung A (Widerstand) geht auch wenn das Ganze nachher in ein 
Kunststoffgehäuse kommt.
Kommt jetzt drauf an. Willst du sowas wirklich mal selbst entwickeln, 
oder brauchst du es einfach.
Denke auch an Wirk- und Scheinleistung.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Stefan

>Ich habe mir ein Energiemessgerät für 5€ gekauft, mit vielen Funktionen
>und sehr genau.

Mich würde mal interessieren, wie diese Geräte mit nichtohmischen Lasten
(z.B. PC-Netzteilen) zurechtkommen.

Denn der Stom eines solchen Netzteils geht bei jeder Halbwelle,in 
kürzester Zeit gegen Null, und das auch noch wenn die Spannung faßt ihr 
Maximum erreicht hat.


Ein Übertrager induziert in diesem Moment eine nichtunerhebliche 
Spannung,
ein LEM-Wandler dagegen

http://www.ntb.ch/Pubs/sensordemo/pdf/NTB_08_hallstrom.pdf

ist anscheind von diesem Effekt nicht betroffen, oder ?

Bernhard

Autor: gbl (Gast)
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Ich habe letztens einen von diesen Hochfrequenzblockern, die oft den 
Modemkabel beiliegen und aus zwei Halbschalen in einem Kunststoffgehäuse 
bestehen, getestet. Der Vorteil ist, dass man die 230Volt-Ader nicht 
durchtrennen muss. Ich habe ca 100 Windungen Cul Draht um die eine 
Halbschale gewickelt, was eigentlich auch gut funktionierte, allerdings 
war die Ausgangsspannung sehr unlinear im Bezug zum Laststrom. Selbst 
bei ohmschen Verbrauchern. Aber das kann ja der uP gerade rechnen.

Gruß

Günter

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Ich habe mir den Strom am Eingang meines PCs mal angesehen. Sieht 
ähnlich aus wei bei dir. Wobei die Stromspitze etwa 1,5A beträgt. Mein 
5€ Messgerät misst trotzdem richtig. Muss das Ding mal aufschneiden und 
untersuchen.

Die LEM Wandler messen das durch einen stromdurchflossenen Leiter 
erzeugte Magnetfeld und damit immer korrekt den Strom. Es gibt auch 
keine Phasenverschiebung und es ist potentialgetrennt.
Nachteile: der Preis und die Spannungsversorgung von +-15V

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo,
ein Stromwandler muss fast im Kurzschluß betrieben werden, die 600 Ohm 
sind viel zu viel. Welche Spannung entsteht am Widerstand, bzw. wie ist 
die Skalierung des Anzeigegeräts.
Arno

Autor: Winfried (Gast)
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Bei kleinen Strömen wird wohl auch die Spannung nach dem Übertrager 
recht klein sein, insofern ist eine Gleichrichterbrücke ungeeignet. Da 
detektierst du ja nur erst alles oberhalb von 0.7 bzw. 1.4 Volt. Besser 
ist ein Präzisionsgleichrichter mit OPV, der schon im mV-Bereich 
detektieren kann.

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Zum Übertrager:
3 Wnd zu 100 = Übersetzungsverhältnis 33
Primär 2A/33 = 60mA
Umess= 5V => Rsek = Umess/60mA = 83 ohm

Früher hat man Stromwandler immer nach dem Trafoprinzip gebaut.

Du musst ja eh die Spannung noch messen wenn du Leistung brauchst. Da 
könntest du auch einen kleinen Trafo nehmen 220V auf 5V.
Die beiden Spannungen über einen Messgleichrichter mit OP umformen, an 2 
AD-Eingaänge und multiplizieren.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@alle

Danke für Eure sehr interessanten Beiträge.

So habe ich jetzt die Stommessung für ein Labornetzteil realisiert.

Ein Übertrager 2:100 und ein Lastwiderstand von ca. 80 Ohm gibt eine 
Spitzenspannung von ca. 0,7V bei 1,5A (Eff)aus.

Die Spitzenspannung wird durch 10.000 hintereinanderfolgende ADC 
Messungen realisiert.

Eine Genauigkeit von ca. +/- 5 mA konnte ich ermitteln.

Bernhard

Autor: Winfried (Gast)
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Schön, dass es funktioniert. Den Einkopplungswiderstand würde ich von 
1.6K noch etwas erhöhen, damit die Ströme nicht zu hoch werden, wenn du 
dir irgendwelchen Schmutz einkoppelst. Vermutlich dürften 47K noch kein 
Problem darstellen.

Softwareseitig müssen irgendwelche Störungen ebenfalls noch 
rausgefiltert werden.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Winfried

Den Einkoppelwiderstand etwas erhöhen, wäre zumindest kein Nachteil,
mann könnte sogar parallel zum Eingangspin des µC ein C von ca. 10nF
davorschalten, um ev Störsingnale oberhalb 50Hz einfach wegzufiltern.

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo,
du weisst, dass aus dem Stromwandler Wechselspannung kommt? Wie wird die 
gleichgerichtet?
Ein Poti als Bürde eines Stromwandlers ist auch nicht erste Wahl. Den 
gemessenen Wert solltest du durch einen Festwiderstand ersetzen. Ferner 
sollte die Spannung mit 4 Dioden auf 1,4V begrenzt werden. Bei einer 
Stromspitze von nur 5 A hast du auch 5 Volt am µC-Eingang!
Arno

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Arno H.

>du weisst, dass aus dem Stromwandler Wechselspannung kommt? Wie wird die
>gleichgerichtet?

Die Wechselspannung wird hochohmig an den Eingang des µC gelegt.

Die negativen Halbwellen werden durch die internen Schutzdioden des µC 
abgeschnitten und nicht weiter beachtet.

Die Positive Halbwelle wird durch den ADC mehrfach abgetastet
(10.000 Messungen)und das Maximum ermittelt.

Durch diesen Trick erspart man sich die Gleichrichtung ;)



>Ein Poti als Bürde eines Stromwandlers ist auch nicht erste Wahl. Den
>gemessenen Wert solltest du durch einen Festwiderstand ersetzen.

Warum ?


>Ferner
>sollte die Spannung mit 4 Dioden auf 1,4V begrenzt werden. Bei einer
>Stromspitze von nur 5 A hast du auch 5 Volt am µC-Eingang!

Bei Spannungen über 5V wird der Vorwiderstand (1,6k) und die internen 
Schutzdioden des µC aktiv.

Bernhard

Autor: Arno H. (Gast)
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Hallo Bernhard,
Liest sich gut, aber 1MS/s nur für den Strom ist auch schon ne Menge.

Weil Potis/Trimmer wesentlich häufiger ausfallen als Festwiderstände und 
auch nicht so belastbar sind.

Wenn das Poti ausfällt, fliesst der komplette Strom durch den µC, ob er 
will oder nicht. Reines Sicherheitsdenken, deine Baustelle.
Hast du schon mal den Anlaufstrom des Ladeelkos und die Ladeimpulse bei 
Vollast gemessen?

Gruß, Arno

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Arno

>Liest sich gut, aber 1MS/s nur für den Strom ist auch schon ne Menge.

Du meinst sicherlich mit 1MS/s = 1M Samples / s ?

Ja, der Strom (Spannung am Pin) wird über mehrere Halbwellen gemessen

Den Assemblercode hänge ich mal mit an.

>Weil Potis/Trimmer wesentlich häufiger ausfallen als Festwiderstände und
>auch nicht so belastbar sind.

Da gebe ich Dir natürlich Recht

>Wenn das Poti ausfällt, fliesst der komplette Strom durch den µC, ob er
>will oder nicht. Reines Sicherheitsdenken, deine Baustelle.


Stimmt. Bei 100V am Übertrager fließen schon 60mA in den µC.

Ist zwar nur eine Stromspitze.

Aber wenn die internen Schutzdioden nicht schnell genug reagieren,
dann könnte der µC sterben.

Abhilfe: R erhöhen auf 47k + 10nF parallel zum Eingang

>Hast du schon mal den Anlaufstrom des Ladeelkos und die Ladeimpulse bei
>Vollast gemessen?


Nein, noch nicht. Werde ich aber mal tun. Mit einer Schottky Diode und 
einem kleinen Elko (ca. 10µF) am Ausgang des Übertragers.

Das Labornetzteil mehrere Male ein- und ausschalten und anschließend die 
Spannung am ELKO messen.


Bernhard

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