Projekt vorgestellt: Strommessung im Haushalt bis 30A mit Arduino

[White_Fox]

aber wir reden ja hier eher von einer loesung fuer I), und dazu ein paar anmerkungen:
1) ja, ich wollte i^, u^ und den zeitlichen offset zwischen ihnen (also zwischen deren maxima, minima oder den flankengleichen null-durchgaengen) uebertragen.
da man zur leistungsberechnung dann mit wurzeln und mit irrationalen zahlen rechnen muss, fuerchte ich das ueberfordert die paar dutzend megahertz eines microcontrollers der seinen einen kern auchnoch zum messen und daten raushauen braucht.
2) das mit dem gleichzeitig messen habe ich verstanden und halte ich auch fuer wichtig. aber nichtmehr wenn man genau genug misst um ^-werte sicher zu finden und den (zeitlichen) offset zwischen strom und spannung damit auch.
abgesehen davon hat bei der aktuellen loesung das 'gleichzeitige' messen ein systemisches problem: ueber den SPI kann ich nur nacheinander werte abrufen (und damit messungen ausloesen), d.h. zwischen zwei messungen habe ich auf jeden fall den timeout von SPI und die antwortzeit des ADC.

Ein paar Kleinigkeiten:
Nur die Spitzenwerte zu messen bringt dir absolut nichts. Da versaut dir das Rauschen des AD-Wandlers und der Vorbeschaltung schon den Tag. Zweitens funktioniert das nur mit dem idealen Sonderfall "sinusförmige Größen". Die hast du zumindest beim Strom nicht, nichtmal annähernd.

Der zeitliche Versatz zwischen Messung und Berechnung ist kein Problem. Das Ergebnis ist dann halt etwas später da, aber immer noch richtig. Auch wenn da ein lahmer SPI-Bus dazwischen ist (aber auch mit SPI kann man einige MBit/s übertragen).
Was dir Ungenauigkeiten reinzieht ist, daß bestimmt nicht mehrere ADCs hast, sondern EINEN ADC mit allenfalls mehreren Kanälen. Du kannst auf acht Kanälen nicht acht Messungen auf einmal durchführen, da mußt du zwischendurch umschalten.

Ein paar STM32-Controller haben z.B. drei ADCs drin (die jeweils auch über mehrere Kanäle messen können), die kann man sogar synchronisieren. Sowas ist für solche Messungen gut geeignet, wobei ich den zeitlichen Versatz bei den üblichen Netzfrequenzen nicht allzu kritisch sehe. Das geht mit einem AVR noch.

[stfan1409]

..., wobei ich den zeitlichen Versatz bei den üblichen Netzfrequenzen nicht allzu kritisch sehe. Das geht mit einem AVR noch.

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.

bringt das teil noch zwei cpu's mit auf die man code laden kann, der in harter echtzeit (unabhaengig vom linux auf den anderen 8cores) auf die 8 ADC zugreifen und messwerte ueber shared memory miteinander und den linux-cpus teilen kann:
https://www.researchgate.net/publica...aglebone_Black

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.

[Klebwax]

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.

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.

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.

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

[White_Fox]

@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  

[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.

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

[avr_racer]

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.

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

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

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

[Klebwax]

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

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