Projekt vorgestellt: Strommessung im Haushalt bis 30A mit Arduino

Zitat:

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Zitat von stfan1409

Ich habe mal eine Exceltabelle gemacht, um zu klären, in wie weit sich das zeitversetzte Messen bemerkbar macht.
Die Tabelle macht einen Sinus mit je 200 Einzelwerten. Genau wie bei dem Arduino wird Strom und Spannung multipliziert, addiert und durch die Anzahl der Messungen geteilt.

Ergebnis der Leistungsmessung:
Bei 230V und 100A und einer Phasenverschiebung von 100uS(zeitversetztes messen) entsteht ein Messfehler von 0,049%.

Die Phasenverschiebung durch den Verbraucher muss natürlich beachtet werden. Bei einer Leuchtstofflampe sind das immerhin schon 5mS.

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Das verstehe ich nicht. Wenn man die möglichst gleichzeit gemessenen Strom und Spannungswerte multipliziert, ist die Phasenbeziehung unerheblich. Und nicht nur die Phase ist egal, auch die Funktion von Spannung und Strom. Der Strom könnte durch einen Verbraucher mit Phasenanschnitt bestimmt werden oder die Spannung ein PWM-Rechteck sein.

Zitat:

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über den Link komme ich zu einer PDF-Datei. suche ich nach adc ist die Rede von einem MCP3008, welcher nen adc auf 8 Kanäle muxt - genau wie White_Fox schon vermutet hat. Da ist nix mit gleichzeitig messen.

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Nun, es gibt schon Möglichkeiten, gleichzeitig zu messen. So haben manche ADCs mehrere Sample and Hold Stufen, die gleichzeitig geschaltet werden. So sind die Messwerte gleichzeitig aufgenommen worden, selbst wenn der ADC sie nacheinander produziert. Es gibt aber auch synchronisierbare ADCs. Die Frage ist, ist das nötig? Du bist oben von 100µs Versatz ausgegangen. Bei einem 100kHz Wandler ist ein Messzyklus 10µs. Und da muß auch der Eingangsmux und der Sample and Hold mithalten können. Wobei selbst Wandler mit 1 Megasamples direkt in einem µC nichts besonderes sind. Das führt dann zu Messzyklen von 1µs Länge.

MfG Klebwax

@Klebwax: Leider ist dem nicht so. Wenn du stur die Messwerte multiplizierst erhälst du nur die Scheinleistung. Und dann brauchst du davon trotzdem noch den Effektivwert um irgendwas sinnvolles anzeigen zu können.

Schau dir mal die Stromaufnahme einer Energiesparlampe an. Da ist nix mit Leistungsmessung ohne Signalverarbeitung:
Bild hier  

Nun, was ich auf dem Bild sehe ist gemessene Spannung, gemessener Strom und daraus berechnete Leistung. Das, was dort als Wirkleistung bezeichnet wird, kann eigentlich nicht gemessen sein Dazu ist der Wert zu konstant. Es kann eigentlich nur der Mittelwert, das Integral sein. So habe ich es oben beschrieben.

Bei anderen Lasten kann natürlich die Leistung zu bestimmten Zeiten auch negativ werden. Das muß beim Mitteln berücksichtigt werde. Die gezeigte Energiesparlampe hat sicher einen DC Zwischenkreis, da wird durch den Gleichrichter nichts zurückgespeist. Daher gibt es hier zu keinem Zeitpunkt negative Leistungswerte, keine "Blindleistung".

Also zeitscharf Strom und Spannung messen und Leistung über Zeit bekommen und zusätzlich integrieren bzw. mitteln um einen Messwert zu bekommen (der dann auf längere Sicht aber auch nicht konstant sein wird).

MfG Klebwax

Zitat:

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Zitat von Klebwax

Nun, was ich auf dem Bild sehe ist gemessene Spannung, gemessener Strom und daraus berechnete Leistung. Das, was dort als Wirkleistung bezeichnet wird, kann eigentlich nicht gemessen sein Dazu ist der Wert zu konstant. Es kann eigentlich nur der Mittelwert, das Integral sein. So habe ich es oben beschrieben.

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Nö warum nicht ?? Effektive Wirkleistung. Effektiv bedeutet das diese Leistung dem des selben Verbrauchers an Gleichspannung entsprechen würde.
Für unsere 230V heißt das, wenn man eine ideale Batterie HÄTTE die eine Spannung von 230V liefern WÜRDE, könnte die gleiche Leistung umgesetzt werden z.B. Widerstand

Bekommt dieser +-325,318V Wechselspannung, 0,707 * 325,318V = 230V, angelegt entspräche dies der Gleichen Leistungsumsetzung an Gleichspannung mit 230V!!!
Denn irgendwie muss man Werte von Wechsel und Gleichgrößen vergleichen können. Oder nicht ?

Noch einfacher ausgedrückt 9V DC entsprechen 12,72V AC um die gleiche Leistung am gleichen Verbraucher umzusetzen.

Für das Bild muss hier noch die Zeit betrachtet werden in der der Verbraucher auch Wirkleistung umsetzt. Das sind hier ca. nur 3-4ms

Zitat:

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Zitat von Klebwax

Bei anderen Lasten kann natürlich die Leistung zu bestimmten Zeiten auch negativ werden. Das muß beim Mitteln berücksichtigt werde. Die gezeigte Energiesparlampe hat sicher einen DC Zwischenkreis, da wird durch den Gleichrichter nichts zurückgespeist. Daher gibt es hier zu keinem Zeitpunkt negative Leistungswerte, keine "Blindleistung".

Also zeitscharf Strom und Spannung messen und Leistung über Zeit bekommen und zusätzlich integrieren bzw. mitteln um einen Messwert zu bekommen (der dann auf längere Sicht aber auch nicht konstant sein wird).

MfG Klebwax

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Wenn negative Leistung (Phasenverschiebeung vorhanden) entsteht ist dies = BLINDLEISTUNG. Sollte Strom und Spannung 90° geschoben sein hast reinste BLINDLEISTUNG vom alà feinsten, da am Verbaucher nix niente nada umgesetzt wird da die Blindleistung (negativer Leistungsanteil bei 90° Phi = 50%) dann 50% der Wirkleistung aufraucht!!!!! +50 -50 = 0 dabei spielst keine Rolle das ich die Quadratur und Wurzel weggelassen habe....

WIRKLEISTUNG = Leistung die NUR am Verbraucher Arbeit verrichten kann
BLINDLESITUNG = Leistung jene welche NUR bei Frequenzen entsteht und den Verbaucher hindert 100% der Wirkleistung in Arbeit umzusetzen
SCHEINLEISTUNG = Ergebnis aus geometrischer Summe von BLIND und WIRK

Keine Werbung aber echt top erklärt
https://www.sma.de/partner/expertenw...die-phase.html

Zitat:

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Zitat von avr_racer

Für das Bild muss hier noch die Zeit betrachtet werden in der der Verbraucher auch Wirkleistung umsetzt. Das sind hier ca. nur 3-4ms

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Genau. Die rote Kurve ist aber durchgehend, konstant und trägt die Bezeichnung Wirkleistung. Und das auch zu Zeiten, an denen gar kein Strom fließt. Daher schrieb ich, daß sie nicht direkt aus den Momentanwerten von Strom und Spannung ableitbar ist. Sie gibt aber den Wert an, den man wissen will, wenn es um den Verbrauch geht.

MfG Klebwax

Ja, die haben da den Effektivwert berechnet. Die Wirkleisungsaufnahme in Abängigkeit der Zeit darzustellen ist einerseits kompliziert, andererseits nicht allzu sinnvoll.

An der Stromkurve sieht man auch daß da kein einfacher Gleichrichter drin ist, das ist eine maximal billige Phasenanschnittssteuerung. Da zündet pro Halbwelle irgendwann einen Thyristor, so daß die Schaltung vom Zündzeitpunkt bis zum zum nächsten Nulldurchgang Strom aufnehmen kann. Je früher der Thyristor zündet, desto mehr kriegt die nachfolgende Schaltung von einer Halbwelle mit und kann mehr Leistung aufnehmen. Zündet der Thyristor später, nimmt die Schaltung weniger Leistung auf.

Wenn du dir die Stromkurve mal scharf anschaust kannst du das "ausgeschnittene Sinusstück" recht gut erkennen. Wenn du das Sinusstück in Gedanken mal vervollständigst siehst du auch, daß das Ding arg viel kapazitive Blindleistung aufnimmt. Ich schätze den cos φ so auf -0,7 oder so. Außerdem mancht das Teil widerlich viele Oberschwingungen. Es gab in der Vergangenheit einige Kabelbrände die man nicht aufklären konnte, es läßt sich aber eine Überlastung des Neutralleiters aufgrund von Oberschwingungen vermuten.

Zitat:

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Zitat von White_Fox

Ja, die haben da den Effektivwert berechnet. Die Wirkleisungsaufnahme in Abängigkeit der Zeit darzustellen ist einerseits kompliziert, andererseits nicht allzu sinnvoll.

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Schwierig ist es nicht, einfach zu jedem Zeitpunkt Strom mal Spannung. Die blaue Kurve zeigt es.

Zitat:

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An der Stromkurve sieht man auch daß da kein einfacher Gleichrichter drin ist, das ist eine maximal billige Phasenanschnittssteuerung. Da zündet pro Halbwelle irgendwann einen Thyristor, so daß die Schaltung vom Zündzeitpunkt bis zum zum nächsten Nulldurchgang Strom aufnehmen kann.

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Für mich sieht das nach Gleichrichter und DC Zwischenkreis aus. Solange die Amplitude der Wechselspannung kleiner als diese Spannung ist, fließt kein Strom. Ab dann wird der Zwischenkreiskondensator aufgeladen. Wenn dann die Eingangsspannung wieder unter die Zwischenkreisspannung fällt, endet der Strom. Typisches Schaltnetzteil ohne PFC.

Ob man da sinnvoll von "cos φ " sprechen kann, würd ich bezweifeln. Mathematisch macht das eigentlich nur bei Sinuskurven Sinn und der Strom ist offensichtlich weit entfernt von einem Sinus. Crestfaktor ist denke ich der bessere Begriff.

MfG Klebwax

Zitat:

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Zitat von Klebwax

Schwierig ist es nicht, einfach zu jedem Zeitpunkt Strom mal Spannung. Die blaue Kurve zeigt es.

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Das nennt sich SCHEINLESITUNG!

Zitat:

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Zitat von Klebwax

Für mich sieht das nach Gleichrichter und DC Zwischenkreis aus. Solange die Amplitude der Wechselspannung kleiner als diese Spannung ist, fließt kein Strom. Ab dann wird der Zwischenkreiskondensator aufgeladen. Wenn dann die Eingangsspannung wieder unter die Zwischenkreisspannung fällt, endet der Strom. Typisches Schaltnetzteil ohne PFC.

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Nix mit Gleichrichter, wäre da einer enthalten würden die negativen Anteile positiv sein wie die erste Halbwelle. Es ist ein vollwertiger reiner Wechselstromverbraucher ansich, der einfach, wie White_Fox schon sagt, durch eine Phasenanschnittssteuerung gedimmt wird.
https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter
https://de.wikipedia.org/wiki/Phasenanschnittsteuerung

Zitat:

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Zitat von Klebwax

Ob man da sinnvoll von "cos φ " sprechen kann, würd ich bezweifeln. Mathematisch macht das eigentlich nur bei Sinuskurven Sinn und der Strom ist offensichtlich weit entfernt von einem Sinus. Crestfaktor ist denke ich der bessere Begriff.

MfG Klebwax

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mmhhh ist doch von mir recht einfach beschrieben worden warum nutzt man einen englischen Begriff wenn man des Deutschen mächtig ist aber nicht diese auseinanderhalten kann.

ABER Scheitelfaktor und cos PHI beziehen sich auf unterschiedliche Beziehungen
Scheitelfaktor bezieht sich auf ein und die selbe Sinusart zB.:
Strom und Strom ODER
Spannung und Spanung ODER
Leistung und Leistung ODER ... ODER... ODER

Phasenverschiebung bezieht sich auf zwei UNTERSCHIEDLICHE physikalische GRÖßEN zueinander zB.:
Spannung und Strom oder
Strom und Leistung oder
Leistung und Spannung

https://de.wikipedia.org/wiki/Scheitelfaktor

Zum Bild dort ist eher keine Phasenverschiebung zu sehen da der Strom grundsätzlich in seiner Grundschwingung trotzdem in Phase ist aber nur zu einer gewissen Zeit in Phase zum fließen kommt!!!

Ich bitte dies zu verstehn sonst ist jegliche weitere Diskussion sinnlos oder man macht daraus eine Grundlagenerklärung!

hiho

mal wieder eine naive nachfrage:
betrifft das 'gleichzeitig messen' problem.
es ist doch anzunehmen das die spannung konstant bleibt, oder ?
wuerde es da nicht reichen die spannung einmal auszumessen, die frequenz mit dem takt des arduino abzugleichen um anschliessend aus der ermittelten kurve die zeitgleichen spannungswerte zu den gemessenen stromwerten 'vorherzusagen' statt zu versuchen die gleichzeitig zu messen ?
bzw. wie 'konstant' ist die netzspannung aus Eurer erfahrung ? wuerde es reichen die z.b. alle 1min neu nachzumessen ?

Zitat:

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Zitat von avr_racer

Das nennt sich SCHEINLESITUNG!

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Und da die Blindleistung 0 ist, ist es auch die Wirkleistung.

Zitat:

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Nix mit Gleichrichter, wäre da einer enthalten würden die negativen Anteile positiv sein wie die erste Halbwelle. Es ist ein vollwertiger reiner Wechselstromverbraucher ansich, der einfach, wie White_Fox schon sagt, durch eine Phasenanschnittssteuerung gedimmt wird.
https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichrichter
https://de.wikipedia.org/wiki/Phasenanschnittsteuerung

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Hier wird der Strom vor dem Gleichrichter gemessen, in deinem Link sind die Bilder hinter dem Gleichrichter gezeigt. Der geht natürlich nur in einer Richtung . Ein Brückengleichrichter macht aus jedem Verbraucher einen "vollwertiger reinen Wechselstromverbraucher".
Aber gut, bau mal eine Energiesparlampe auseinander und schau dir das darin verwendete elektronische Vorschaltgerät an.

Zitat:

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Zum Bild dort ist eher keine Phasenverschiebung zu sehen da der Strom grundsätzlich in seiner Grundschwingung trotzdem in Phase ist aber nur zu einer gewissen Zeit in Phase zum fließen kommt!!!

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Daher macht auch der Cosinus des Phasenwinkels PHI keinen wirklichen Sinn. PHI ist 0, der Cosinus also 1. Mit dem Phasenwinkel PHI zu rechnen macht nur Sinn, wenn der Strom auch ein Sinus ist. Und bezogen auf das ursprünliche Thema macht es auch keinnen Sinn, einen Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung zu ermitteln, wenn man davon ausgehen muß, daß der Strom kein Sinus ist.

Also nochmal: Um die Leistung zu messen möglichst gleichzeitig Strom und Spannung bestimmen und multiplizieren. Da wird es positive Werte (Scheinleistung, damit das Wort mal vorkommt) und auch negative Werte (Blindleistung damit auch dieses Wort mal erwänt wird) geben. Integriere ich das auf, erhalte ich die Leistung (dir zuliebe Wirkleistung).

MfG Klebwax