Простой датчик RMS для мониторинга сети

Увы, найти в городе подходящие чипы не удалось. Где-то уже нет, где-то еще нет... Жаль. Заказывать издалека пока не хочется - нет достаточных оснований. Поэтому оставляю вариант с трансформатором (пока сеть опять "не сломается" :))). Хочется поскорее выяснить на практике - достаточно ли измерения RMS для адекватного управления мощностью, поступающей в куб, или нет. Чем, пожалуй, и займусь.
---------------------------------------
PS
Да, остался еще один вопрос, который необходимо обратить внимание. Это влияние диодного мостика. Опасения, что это влияние будет неприемлемо большим, высказывались в другой ветке при обсуждении данной конструкции и не только ее. Однако, напряжение на выходе развязывающего и понижающего трансформатора все-таки достаточно большое (амплитуда порядка 17В, хотя транс на 6В - х/з) поэтому влияние диодов здесь действительно невелико. Достаточно ткнуть осциллографом, чтобы убедиться, что это так. Осциллограммы  на рисунке. Слева осциллограмма напряжения сети (уже сейчас вечером - практически ничего не изменилось), справа - сигнал на входе АЦП ардуинки (т.е. после транса, мостика и резистивного делителя). Так что на выпрямительный мостик пока тоже можно не обращать внимание. Пусть выпрямляет.

Хочется поскорее выяснить на практике - достаточно ли измерения RMS для адекватного управления мощностью, поступающей в куб, или нет. Чем, пожалуй, и займусь.OldBean, 21 Окт. 16, 13:09

Когда этой муйней намаешься - обрати внимание на давление.  Как измерителя поступающей мощности. ( желательно в 20-30 см от низа колонны).

Давление, как параметр - измеряет мощность прямоугольного, паралепипедного, треугольного, синусоидального, трапециидального тока..

Да, остался еще один вопрос, который необходимо обратить внимание. Это влияние диодного мостика.

И это  - для давления вообще нихрена не значить..    )))

Когда этой муйней намаешься - обрати внимание на давление.Zapal

Обязательно. Давление - очень информативный параметр. Только сначала с электричеством надо "домаяться". И еще датчики давления поискать. Где-то валялся старый электронный тонометр (для запястье) с порвавшейся манжетой. Нужно его раскурочить и посмотреть что там за датчик.

На прошедшей неделе и в выходные периодически смотрел на осциллографе форму напряжения в трех легко доступных мне сетях (дома, в гараже и на работе). Разные подстанции, разное "окружение". Оцифровывать и считать точно нелинейные искажения этих сигналов я не стал, но просто "на взгляд" форма сигналов везде практически синусоидальная, с небольшими искажениями. Типовые осциллограммы прилагаю.

---

Неужели это еще один досадный миф?

ИМХО, проблема измерения истинного RMS (true RMS), вокруг которой сломано так много копьев, потихоньку начинает казаться мне несколько надуманной. По крайней мере - для доступных мне сетей. Видимо, когда я в первый раз с осциллографом "заглянул" в сеть, мне дико повезло - кто-то что-то сильно непотребное включил и, наверное, совсем рядом. Еще раз увидеть треугольную сеть за все эти дни мне так и не удалось.

---

PS
Хотя, в городе, где я живу, с электричеством в целом неплохо: несколько огромных ТЭЦ, мощная ГЭС под боком. Возможно, где-то все совсем не так. Поэтому было бы очень интересно посмотреть сети в других местах. Коллеги, может быть кто-нибудь не поленится, снимет и покажет форму напряжения своих сетей? !!! Через делитель, или напрямую, если осциллограф позволяет!!!. Наверное, такая информация многим была бы интересна.

Измерь напряжение на тэне после регулятора мощности выставив 150 вольт.

А зачем измерять напряжение после регулятора? В принципе достаточно знать 1) напряжение в сети (т.е. до регулятора; а там практически синус) и 2) какую долю полупериодов я пропускаю к ТЭНу. Я не использую фазовую регулировку. Регулировка осуществляется пропуском/непропуском целых полупериодов к ТЭНу (ака Брезенхем). Там красивые синусоидальные полупериоды с горизонтальными участками (там где не пропускается). Если интересно - завтра сфотографирую.

пропуском/непропуском целых полупериодовOldBean, 24 Окт. 16, 12:13

лучше целых периодов, чтобы соседи за постоянку в сети не материли

лучше целых периодов, чтобы соседи за постоянку в сети не материлиsevpro

Да. Постоянка - это, конечно, нехорошо. В этом смысле целые периоды, пожалуй, получше будут. Правда частота модуляции в два раза упадет. Неплохо было бы как-нибудь на досуге попробовать оценить эти решения "в сопоставимых единицах" :) и точно понять что лучше/хуже.

Можно попробовать полупериодами, но в нечетном ряду полупериодов программно делать инверсию начала следующего ряда. Пару строк кода всего

Да, конечно. Такой вариант в среднем на больших периодах (т.е. не периодах сети, а периодах Брезенхема!) сработает. Но появится низкочатотная составлящая порядка герца. Я вот сейчас как раз ехал с работы и думал примерно в этом же направлении. И вот такая мыслишка "завелась" в голове по дороге. А что если по-честному модернизировать алгоритм Брезенхема так, чтобы включить постоянную составляющую в ошибку и переносить ее вперед на каждом такте вместе с ошибкой дискретизации по амплитуде? Т.е. постоянка - это тоже добавка к ошибке, которую нужно более-менее равномерное распределить по большому (брезенхемовскому) периоду. Неплохая, интересная задачка получилась! Жаль, что сейчас куча суеты на работе - голова кругом идет. Вот "разгребусь" с отчетами, освобожу голову - обязательно "со вкусом" ее порешаю. Спасибо, sevpro, за очень интересную задачку! Всегда полезно пообщаться с умным человеком. :)

Вот еще идея, может проще получится: четное количество полупериодов не трогаем, а в нечетных соседние отсчеты один уменьшаем на единицу, другой - увеличиваем.

алгоритм дает равномерное распределение
считайте тогда распределение и по верху и по низу

К сожалению, проблема не в том как считать, а в том как корректно переключаться с положительных полупериодов сети на отрицательные. Так, чтобы не вносить дополнительной низкочастотной модуляции. Было бы в кубе два одинаковых ТЭНа, тогда задача имела бы легкое и очевидное решение. Но хотелось бы решить ее на одном ТЭНе.

Я тут изобразил эту задачку (опять как чукча :) в виде наглядного рисунка на примере модулятора Брезенхема с 10% точностью (т.е. большой (брезенхемовский) период равен 10 полупериодам сети). В примере уровень модуляции 50%. Видно, что если мы переходим с положительных полуволн сети на отрицательные и обратно по окончанию брезенхемовского периода (т.е. через 10 полупериодов сети), то мы получаем низкочастотную модуляцию с частотой, обратной периоду Брезенхема.

Задача как раз заключается в том, чтобы распределить эти переключения (с положительных полуволн сети на отрицаетельные и наоборот) по всему периоду Брезенхема более-менее равномерно. Чтобы не возникали слишком низкочастотные гармоники. Аналогия такая же (по сути), когда мы переходим от простого ("релейного" :)) ШИМа к Брезенхему при амплитудной дискретизации. Только здесь появляется дополнительная цель - ошибку, связанную с накоплением постоянной составляющей, сводить к нулю.

---

PS
Нужно как-нибудь на досуге посмотреть литературу по модуляторам. Наверняка такая задачка у модуляторщиков возникала и, скорее всего, уже решена. Но можно получить удовольствие и от самостоятельного решения. Чем мы тут все, по сути, и занимаемся: вместо того, чтобы травиться казенкой, аппараты всяческие самодельные сочиняем и используем... :))

OldBean, зачем сначала пускать несколько полуволн положительных, а потом - отрицательных? В чем смысл? Подмагничивание все равно будет в трансформаторах и еще неизвестно как твой измерительный на это отреагирует.
Работай с целыми волнами (один период), но считай программно их как две полуволны, там где расчетное количество полуволн получилось нечетным, чередуй соседние: на один период больше, на один - меньше и т.д.

зачем сначала пускать несколько полуволн положительных, а потом - отрицательных? В чем смысл?sevpro

Это так для 50% модуляции по Брезенхему так получается (т.е. каждый второй импульс не пропускается к ТЭНу). Для других уровней сигналы поразнообразнее.

Подмагничивание все равно будет в трансформаторах и еще неизвестно как твой измерительный на это отреагирует.sevpro

Если честно - никак не реагирует. У меня на ректификации всего 1.5 кВт ТЭН. Сеть не просаживается (по крайней мере визуально не различить разницу между амплитудами сетевых импульсов). Но разобраться с постоянкой все равно нужно. Иначе - какое-то некрасивое решение получается.

Работай с целыми волнами (один период), но считай программно их как две полуволны, там где расчетное количество полуволн получилось нечетным, чередуй соседние: на один период больше, на один - меньше и т.д. sevpro

Вы точно о Брезенхеме говорите? У Брезенхема они (разрешающие импульсы) не всегда идут парами подряд. Только для 100%, а для уровней модуляции >50% только иногда. А для уровней <50% разрешающие импульсы вообще никогда не ходят парами. Может быть мы разные алгоритмы имеем в виду? Или может быть Вы о ШИМе говорите? Давайте это уточним. В смысле, - что мы говорим об одном и том же.

Да что-то я завтыкал, что частота в два раза упадет если подбирать парами отрицательные и положительные волны.

2falki
Обещал показать осциллограммы до регулятора (т.е. в сети) и после регулятора (т.е. на ТЭНе). Вчера как-то "не срослось". А сегодня вот дорвался до своего хозяйства - заодно и снял осциллограммы.

Итак, PDM регулятор (ака Брезенхем). Уровень модуляции (для примера) поставил 70%. ТЭН - 1.5 кВт.

На первом снимке желтенький сигнал - это сеть.

На втором снимке (синенький) - сигнал на разъемах ТЭНа. Уровень модуляции 70%. Т.е. модулятор 70% полупериодов пропускает к ТЭНу.

На третьем снимке сигналы напряжения в сети (желтенькое) и напряжения на ТЭНе (синенькое) вместе (желтенькое под синеньким). Хорошо видно (по желтенькому) какие полупериоды пропущены.

Ну и на последнем то же самое, только немного растянуты по времени, чтобы посмотреть детали. Видно, что с точностью до пиксела амплитуды импульсов сети и на ТЭНе совпадают. Т.е. каких-то сильно заметных искажений и просадок нет.

Все-таки в "мягком" переключении (в нуле тока и напряжения, т.е. ZVS/ZCS) что-то есть! :)

Посчитал на досуге уровень постоянной составляющей для PDM-модуляции (т.е. для Брезенхема). Для примера взял точность регулирования мощности 1%, т.е.периодичность модулятора - 100 полупериодов колебаний сети.

Получились довольно интересные результаты: опасения насчет большого влияния постоянной составляющей оказались слегка преувеличенными. Заметная постоянная составляющая появляется лишь для нескольких значений уровня модуляции (мощности). Результаты приведены в таблице и на графике в приложении к посту.

См. таблицу. Неприемлемо большие уровни "постоянки" получаются всего лишь для трех уровней модуляции (значений мощности): 50%, 25% и 75%. Для них напряжение постоянной составляющей превышает 15% от амплитуды сетевого напряжения. Еще для 12 значений уровень постоянки превышает 3% от амплитуды сетевого напряжения. Эти значения выделены в таблице цветом. А для подавляющего большинства (остальных 86 (!)) значений уровня модуляции (мощности) напряжение постоянной составляющей не превышает 1.3%! Даже не ожидал, что Брезенхем так шикарно и "справедливо" выравнивает ошибку дискретизации!!!

Отсюда следует очень простой (ленивый) способ устранения постоянной составляющей при использовании метода Брезенхема в регуляторе мощности - просто не использовать эти несколько "плохих" уровней модуляции, которые приводят к большой постоянной составляющей. Например, вместо 50% мощности, где постоянка составляет аж 32% (!) от амплитуды сетевого напряжения, использовать 49% или 51%, где постоянка всего 0.6%.

---

Конечно, задача разработки алгоритма, полностью исключающего постоянную составляющую, остается. Ее нужно порешать на досуге, но для практических нужд сейчас вполне можно использовать подход, изложенный в предыдущем абзаце.

Так что проблема с постоянкой оказалась совсем не такой страшной, как казалась сначала...

См. таблицу. Неприемлемо большие уровни "постоянки" получаются всего лишь для трех уровней модуляции (значений мощности): 50%, 25% и 75%. Для них напряжение постоянной составляющей превышает 15% от амплитуды сетевого напряжения. Еще для 12 значений уровень постоянки превышает 3% от амплитуды сетевого напряжения. Эти значения выделены в таблице цветом. А для подавляющего большинства (остальных 86 (!)) значений уровня модуляции (мощности) напряжение постоянной составляющей не превышает 1.3%! Даже не ожидал, что Брезенхем так шикарно и "справедливо" выравнивает ошибку дискретизации!!!OldBean, 28 Окт. 16, 18:30

А можно поинтересоваться - с кем идет дискуссия?

А можно поинтересоваться - с кем идет дискуссия?Zapal

Да в общем-то ни с кем. Это не дискуссия. Это, скорее, рефлексия на тему постоянной составляющей, возникающей при регулировании мощности по Брезенхему. Чуть раньше sevpro, совершенно справедливо, обратил на это внимание. Вот, не торопясь, размышляю на эту тему. Можно думать "на бумажке", можно здесь. В последнем случае есть шанс, что это может пригодиться еще кому-нибудь кроме меня.

---

Наверное, мне лучше было сразу выбрать формат блога, а не форума. Я подумаю. Если что - эту ветку можно будет стереть и освободить байты для других целей. :)
Или переименовать, перенести в автоматику, слегка расширить и продолжить. Ну типа "Некоторые электронные узлы и софт для автоматизации ректификации" или что-нибудь в этом духе. Возможно, так будет правильнее.