Strommessung 32A AC elegant

Der chaotische Hauptfaden

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Flip
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Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Flip »

Ich bin auf der Suche nach der Optimalen Methode zur Messung von bis zu 32A bei Netzfrequenz und Netzspannung.
Das Ausgangssignal muss letztendlich galvanisch getrennt sein, entweder durch das Sensorprinzip oder durch nachgeschaltete Koppler.
Der strom Fließt ohnehin durch eine Leitung 6mm² in eine PCB-klemme und danach über eine breite Leiterbahn zu einem Relais. An diesen Elementen kann ich z.b. Magnetisch oder Spannngsabfall ohne viel Aufwand abzapfen. Genügend ADC-Kanäle stehen zur verfügung, Digital ginge aber auch.

Auch die Temperatur wird dort gemessen und kann zur Kompensation benutzt werden

Zulässige Abweichung bis zu 10%. Kritisch ist der Platzbedarf auf der Platine (max. 15x25mm) und die Kosten. Es sollen 50-200 kanäle werden. Material und Sensor sollte also günstig sein!


Bereits bedacht:

Stromtransformator: Kern muss für 32A Magnetischen Fluss recht groß werden. Materialkosten ca. 1,50€
Shunt: Galvanische trennung sehr aufwändig.
Rogowski-spule in PCB integriert: https://www.mdpi.com/1424-8220/19/19/4176/htm : Geringes Ausgangssignal bei gegebenem di/dt, dadurch aufwändig zu verstärken.
Hallsensor wie https://www.edn.com/hall-effect-sensor- ... rt-1-of-2/ : Z.b. Lem FHS 40-P ca. 5€ Materialaufwand, viel zu teuer.

Somit dachte ich daran, mittels einfacher analoger Hallsensoren oder SMD-Ferritspulen das Magnetfeld gegenüber oder neben der Leiterbahn aufzunehmen. Hat davon Jemand schonmal gehört oder das selbst gemacht? Eventuell muss man Externe Magnetfelder kompensieren, also differentiell messen.
Weitere Ideen?

heiteren Sonntag euch allen.
Zuletzt geändert von Flip am So 5. Jul 2020, 11:19, insgesamt 1-mal geändert.
Flip
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Flip »

ups
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Fritzler
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Fritzler »

Eine PCB Rogowski is ja auch mal was.
In dem Artikel ist abern Bild, was daraus schließen lässt, dass diese wieder "nur" zum drüberstecken eines Leiters ist und nicht für Strom+Spule auf dem selben PCB.
Man braucht eben immernoch den 90° Winkel.

Ansonsten gibts sowas beim Chinamann recht günstig:
https://de.aliexpress.com/item/40000489 ... hweb201603_

Oder für die Platine:
https://de.aliexpress.com/item/32852979 ... hweb201603_

Ihr wollt ja nur +-10%, dann geht sowas.

Habt ihr aber daran gedacht, dass ihr die ganzen Kanäle auch samplen und integrieren müsst für zB I RMS?
Das wird dann schon nen Aufwand für die benötigte Rechenleistung.
E_Tobi
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von E_Tobi »

Hi,

welche Bandbreite solls denn sein? Ab DC, nur AC, bis welche Grenzfrequenz?
Werden die Kanäle nacheinander gesampelt oder müssen alle gleichzeitig auslesbar sein?

Grüße
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Fritzler
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Fritzler »

Netzstrommessung ohne Oberwellenanalyse sollte ja recht klar sein ;)

Aber wo braucht man 200 Kanäle zu jeweils 32A?!
Flip
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Flip »

Ich brauche sagen wir mal 40-100Hz nutzsignal. Es werden auf jeder PCB 2x 3 Phasen sein die von einem kleinen STM32 gelesen werden, jedoch will ich davon recht viele bauen ohne arm zu werden. Die Allegro-Hallsensoren sind ja auch nur hallelemente auf dem Leiter, ohne Magnetkern. Evtl kann ich sowas auch mit Leiterbahnen und gewöhnlichen Hallsensoren auf der Platine nachbauen.

Die Rogowskispulen finde ich auch heiß für Schaltwandler. Mit buried vias geht das auch rein auf der leiterplatte.

Vielleicht kann ich auch einen Kleinen stromsensor mit ca. 5A verwenden und einen Stromteiler bauen. Das muss dann aber sicherlich temperaturkompensiert werden

Oder das spannungssignal eines shunt durch einen Audioübertrager oder eine gegentaktdrossel trennen?
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Fritzler
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Fritzler »

Die Ali Allegro sind doch schon fix und fertig.
Strom durch dessen Beine durch und am Ende kommen +-50A als +-2V Signal mit 2,5V Nulloffset raus.
Günstig genug sind die doch beim Ali.
Sind zwar 500€ bei 200 Kanälen.
Aber wer 1,4MW durch die Gegend schubst (230V*200*32A), der sollt das schon ausgeben können.

Dessen Ausgänge kommen dann an einen STM32L431 (recht günstig für seine Rechenleistung und interne ADCs).
(Spannungsteiler nicht vergessen)

Wenn sackbillig, dann einen billo STM32, der misst direkt per ADC über dem Leiterbahnshunt und hustet das Signal per Manchester UART über einen Optokoppler raus.
Da kostet dann aber die Stromversorgung in Form eines iso DCDC Wandlers Geld.

Also der Allegro is eigentlich was man haben will.
Flip
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Flip »

Die Allegro-Sensoren sind schon Prima.
Mich juckt noch der Reiz, das unkonventionell zu lösen. Aber schonmal top Vorschläge fritzler, der Stm32L4 schaut auch gut aus.
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Fritzler
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Fritzler »

Also hast du jetzt echt Bock auf die PCB Rogowski?
Das wäre durchaus interessant.
Nur muss die Spule ja im 90° Winkel zum Leiter drumrum.
Damit bräuchteste dann 5 lagen im PCB.
2x 2 Lagen für die Spule mit buried Vias und eine Lage für den Leiter.

Das wird dann je nach Platinengröße wieder teuer.

di/dt machste da mit nem Opamp Integrator, das Hühnerfutter kost ja nix.
Flip hat geschrieben: So 5. Jul 2020, 13:38 Oder das spannungssignal eines shunt durch einen Audioübertrager oder eine gegentaktdrossel trennen?
Ein opamp könnte die abfallende Spannung am Shunt zu einem PWm Signal abändern und dann über sonen Ethernetübertrager schicken.
braucht aber auch wieder DCDC Wandler.

Bei 2x 3 Phasen brauchst aber nicht 6, sondern 3 DCDC Wandler.
Denn dann sind ja jeweils 2 Leiter auf dem gleichen Potential.
WENN die nicht per Relais abgeschaltet werden können sollen.
TDI
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von TDI »

Bleibt die Frage, wofür das Ganze eigentlich gut ist und nix kosten darf. Das würde mich auch mal interessieren.

Wie breit wird denn die Leiterbahn bei 32A? Und wie lange wird sie damit belastet? Ist der Strom wirklich sinusförmig?
Willst Du auch Wirk- von Blindströmen unterscheiden?
Flip
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Flip »

Es dient Hauptsächlich dem Überlastschutz, soll also Klemmen und Relais zusätzlich zur Temperaturmessung vor Überstrom schützen.
Nebenbei wird noch die Scheinleistung berechnet und ermittelt, ob ein Verbraucher angeschlossen ist bzw. auf welcher Phase Strom fließt.

Die PCB rogowski könnte ich einfach mit der Anschlussleitung vorm anklemmen durchfahren. Ich überschlage mal, was ich da an Verstärker brauche.

Ich habe da mal was gesehen in einem geeichten Energiezähler mit 2 ferritspulen in einer Leiterschleife, ohne geschlossenen magnetischen kreis oder abschirmung. Ich gehe davon aus das war so geschickt angeordnet, dass externe felder kompensiert werden. Ich kann mich aber nicht mehr genau erinnern. Das gleiche müsste demnach auch mit analogen hallsensoren klappen. Jedenfalls ging das direkt auf den ADC eines MSP430, also ohne verstärkung.


Ich glaube am ehesten wird es einfach ein Stromtrafo. Mit niederohmigem Shunt sekundärseitig wird der nicht sonderlich groß wie befürchtet ausfallen.
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Bastelbruder
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Bastelbruder »

Vielleicht tut's auch eine kleine Eisenpulver-Drossel in der 56µH-Klasse mit einer Primär"Windung" und ohne sekundären Abschlußwiderstand. Ich würde die jedenfalls mal probieren. Das Übersetzungsverhältnis hat nich annähernd mit der Windungszahl zu tun, eigentlich ist das bei 50 Hz mehr eine Luftspule die erst im kHz-Bereich lebendig wird.
Flip
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Flip »

Ohne Abschlusswiderstand habe ich einiges Probiert. Ist aber leider so unlinear, und die unlinearität abhängig von externen Feldern. Damit komme ich nicht hin und ein Widerstand kostet ja nichts.
Ich habe mir letztendlich 500 von diesen Stromtrafos bestellt
UU16_CT.png
Damit habe ich vorrat. Es handelt sich um umfunktionierte Gleichtakt-Entstördrosseln. In einer Kammer nur ein Draht-U, in der anderen 1000 Windungen.
Ziemlich gute Idee. Kosten ca. 0,40 das Stück,
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Fritzler
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Fritzler »

Das sieht interessant aus und auch sehr günstig.
Die können 32A AC?
Ich frag nur, weils auf dem Bild etwas winzlig aussieht.
Flip
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Re: Strommessung 32A AC elegant

Beitrag von Flip »

Es handelt sich um einen UU16 Kern, Primärleiter durchmesser 2,5mm. Mit dem Richtigen Bürdenwiderstand klappt das wunderbar, habe ich mit einem Identischen Kern in fummeliger Handarbeit nachgebaut. Gemessen habe ich bis 40A primär einen schönen Sinus ohne Verzerrungen.
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