Главная » Измерения
Призовой фонд
на январь 2017 г.
1. 5000 руб.
Академия Благородных Металлов
2. 1000 руб.
Radio-Sale
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 600 руб.
От пользователей
5. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник

Прибор для измерения коэффициента мощности (cos фи) нагрузки

На просторах интернета и в радиотехнической литературе о реактивной энергии теории много, а схем приборов, измеряющих коэффициент мощности, практически нет. За исключением "Фазометра в журнале Радиолюбитель 2009г. №12" на цифровой логике и стрелочном индикаторе.

Решено: прибор делать на МК, использовать LED индикатор, полная развязка высоковольтных и низковольтных цепей. Кроме того он должен указывать "виновника" снижения коэффициента: индуктивность или емкость. Диапазон измеряемых токов 1 - 100А (по мощности: 0,2 - 45 кВт). 

Принцип измерения основан на фиксации моментов появления положительной полуволны напряжения и тока, вычислении разницы в радианах и табличная конвертация в коэффициент мощности.   

Схема приборадля измерения коэффициента мощности (cos фи) нагрузки

Прибор питается от блока питания Tr1, VDS1, VR1 по обычной схеме. Кроме того со вторичной обмотки трансформатора Tr1 подается переменное напряжение на оптрон ОС1. При положительной полуволне на порту RA5 будет высокий уровень.

Самый легкий вариант получения синусоиды тока: использование трансформатора тока или встречно-параллельные диоды. Эти схемки показаны отдельно, в пунктирных рамочках. Диоды обязательно должны соответствовать по току, обратному и прямому напряжению, мощности. Вариант с импортным трансформатором показан в рабочей схеме, ввиду его непростого подключения. 

 

Печатная плата выполнена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита.

Осциллограммы, снятые с ножек портов RA5 и RA4, различных видов нагрузки показаны ниже.

Печатка и НЕХ-файл прилагаются. Работа с разными нагрузками, в том числе двигатель с компенсирующими конденсаторами, на видео.

Изменения от 22.06.2014: заменена картинка печатной платы и файл сos new.lay. Была ошибка: у оптрона ОС1 3 и 4 выводы попутаны местами.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
МК PIC 8-бит
PIC16F628A
1 Поиск в FivelВ блокнот
VDS1 Диодный мост
DB157
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
LM7805CT
1 KP142EH5AПоиск в FivelВ блокнот
OC1, OC2 Оптопара
PC120
2 Поиск в FivelВ блокнот
VT1, VT2, VT3 Биполярный транзистор
КТ3102Г
3 Поиск в FivelВ блокнот
VD1, VD2 Выпрямительный диод
1N4007
2 Поиск в FivelВ блокнот
VD3, VD4 Выпрямительный диод
1N4148
2 Поиск в FivelВ блокнот
C1, C6 Конденсатор K10-170.1мкФ 50В2 Поиск в FivelВ блокнот
C2 Электролитический конденсатор K50-35330мкФ 35В1 Поиск в FivelВ блокнот
C3, C4 Электролитический конденсатор K50-35100мкФ 35В2 Поиск в FivelВ блокнот
C5 Электролитический конденсатор K50-351000мкФ 16В1 Поиск в FivelВ блокнот
C7, C8 Конденсатор K10-1722 пФ2 Поиск в FivelВ блокнот
R1, R4, R5 Резистор
10 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R2, R3 Резистор
2 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R6-R9, R11-R13 Резистор
330 Ом
7 Поиск в FivelВ блокнот
R10, R14, R15 Резистор
3 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
Tr1 ТрансформаторTEZ4.5 9V1 Поиск в FivelВ блокнот
Tr2 Трансформатор токаLA100-TP/SP21 Поиск в FivelВ блокнот
3-х цифровой 7-ми сегментный индикаторЕ30561-L1 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: Изменена: 24.06.2014 0 2
Я собрал 1 4
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.8 Проголосовало: 4 чел.

Комментарии (45) | Я собрал (0) | Подписаться

0
nik920 #
Чем можно заменить трансформатор TEZ4.5 9V?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Любым, мощностью 4,5 ватт и более, напряжением 220/(9 - 24) вольт.
Ответить
0
nik920 #
Спасибо, попробую
Ответить
0
Александр #
Что-то по схеме непонятно как заменить трансформатор 2 диодами с оптопарами? Выводы 1 и 2 понятно, а от оптопары?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
На схемке с двумя парами диодов я показал и часть второй оптопары. Это для того, чтобы исключить гасящий диод VD4. Третья ножка оптопары идет к RA4, 4-я к +5 вольт.
Ответить
0
Александр #
То есть вд4 убираем и тупо на оптопару 2 подаем сигнал с диодов? И можно не паять элементы для запитки самого датчика (если убираем) и следовательно можно смело упрощать ПП?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Да, Александр, все верно. Только диоды должны быть выпрмительные (падение напряжения прямое 0,6-0,7 вольт на 1 диод), и выдерживающие измеряемый ток, зачастую - пусковой. При малой мощности я пробовал 5-ти амперные импортные, кажется SR, отличная линейная характеристика. Эсперимент с 25-ти амперными диодными мостами на 5-ом или 6-ом пуске 15-ти кВт двигателя привел к аварии: выгорело пол платы. Так что для мощной нагрузки трансформатор надежней. Я находил отличную статью по самостоятельному изготовлению трансформатора тока. Если интересует, дам ссылку.
Ответить
0
Александр #
Это все хорошо... мне больше 20 ампер не нужно будет. Если поставлю диоды программа будет стабильно работать также как и с датчиком тока?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Да. При наладке, еще до установки МК, желательно подключить двухлучевой осциллограф (можно виртуальный) к RA4, 5 и проверить уровень сигналов и совпадение фазировки при активной нагрузке.
Ответить
0
Александр #
Спаял вашу схему. В качестве датчика тока использую 4 диода кд213. Трансформатор с напряжением ХХ 9в. Оптопару заменил на pc817. Пока снимал осциллограмму с вывода напряжения... С резистором в 2кОм на порте 0.3вольта. Заменил на 220 Ом на порте 1.5в. Поставил 200 Ом на порте 2.0 вольта 50Гц. Форма сигнала похожа на ваши. Нормально 2в будет на порте или это много?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Нормально. Оптопары имеют разные токи своих светодиодов. Но у тебя получается ток около 40мА, а максимальный для PC817 - 50. Может осциллограф врет? Ведь этим резистором возможно придется совмещать фазу при активной нагрузке.
Ответить
0
Александр #
Форму сигнала проверял на осциллографе. А уровень и частоту на милливольтметре и частотомере. В понедельник подкину активную нагрузку и проверю фазность... И я отдельно смотрел падение на диодах. При 1 ампере 1.4 вольта.. Это достаточно чтобы контроллер принял нормально?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Напряжение с диодов на оптопару!
Ответить
0
Александр #
Проверил сегодня под нагрузкой галогенки 50Вт. На двухлучевом осциллографе проверил работу. По частоте и фазе совпало. А вот по напряжению немного нет. На RA4 - 2.9 В. На RA5 - 2.2 В. Форма почти такая же как у вас на осциллограмме.
Можно будет включать пик?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Конечно. Но имей в виду, что при малых токах вольт-амперная характеристика диодов очень нелинейна.
Ответить
0
Александр #
Спасибо за ответ. На счет диодов вкурсе. Но я проверял и при 0.5А и при 1А и выше падение 1.3-1.4В на два диода. На днях прошью пик и проверю уже в работе полностью.
Ответить
0
Алексадр #
Чем можно заменить датчик тока? LA100-TP/SP2 такого не нахожу. Нахожу либо LA100-TP, либо LA100-Р, либо LA55 (на 50 Ампер)
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Название трансформатора я списал с него самого, который достался мне от сгоревшего частотника. На SP2 не обращай внимание - это на мой взгляд: форма токопровода. Главное: питание двуполярное 12...15 вольт и синусоидальный относительно нуля выход М.
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Пришел к выводу, что при больших токах трансформатор тока использовать надежнее. Несколькосекундные перегрузки он выдерживает без малейшего нагрева, а вот диодный мост сгорел. Кроме того и оптрон.
Ответить
0
if33 #
Не мог понять как работает указанный на схеме трансформатор тока. После изучения datasheet на LA 100-TP выяснил, что это датчик тока на эффекте Холла с операционным усилителем в котором вообще нет трансформатора. Аналогами могут быть ACS754LCB-100-PFF .
Вопрос к автору - пробовали ли Вы измерять косинус фи для импульсных источников питания, таких как электродрель с тиристорным регулятором, сварочный инвертор, компьютер или телевизор? Интересует, что показывал прибор.
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Подключил сегодня электроперфоратор Bosch 800 Вт, скорость регулируется изменением усилия нажатия кнопки. Внутрь не лазил. При малых и больших оборотах нагрузка практически активная: C99-100-L99-L98. В районе средних оборотов есть одно место, где индуктивная нагрузка преобладает: L94-L96.
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Вопрос конечно интересный. Попробую. Прибор я создавал для своего предприятия после очередного "наезда" энергетического объединения. Небольшому предприятию не выгодно устанавливать компенсирующие устройства: проект, техусловия, госповерки и другие "поборы" отодвигают срок окупаемости к бесконечности. Поэтому у меня уже некоторое оборудование включается вместе с конденсаторами (соs при полной нагрузке 0,99-1,00). Соответственно счетчик реактивной энергии насчитывает меньше.
По поводу трансформатора тока - подойдет любой, рассчитанный на ток нагрузки и способный работать на оптрон. В журнале "Радиолюбитель №5-6 2007г" неплохая статья по самостоятельному изготовлению трансформаторов тока.
Ответить
0
sergej_shaggy #
На представленной печатке косячок-с. Одна из оптопар (которая отвечает за напряжение) неправильно разведена.
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Спасибо, Сергей. Ошибка видать закралась при предпубликацинной подготовке. Сейчас займусь внесением исправлений в статью.
Ответить
0
sergej_shaggy #
Собрал данную схему со встречно-параллельными диодами. При чисто активной нагрузке показывает С86 (лампа 30 Ватт), С84 (лампа 100 Ватт), С82 (утюг 1000 Ватт). Как это объяснить? Осциллограммы на выходе оптопар не меняются.
Оптопары PC817. Заметил, что если подавать на оптопару, ответственную за напряжение, это самое напряжение разной величины (точнее с разных трансформаторов или вообще от сети), то показания меняются. Возможно это связано с тем, что на выходе оптопары идет все-таки небольшая трапеция, а на выходе токовой оптопары - четкий меандр. Из-за трапеции видимо меняется начало отсчета сдвига фаз.
Что делать?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
На схеме резистор R3 со звездочкой, ведь диоды, мосты и оптопары могут быть разные. Вот резистором и меняется трапеция на входе оптопары. Подбери его при активной нагрузке, находящейся уже на прямой вольт-амперной характеристики диодов. Выше я уже писал, что пробовал 5 амперные диоды, они выходили на прямую кажется от 200мА, и при 5А показания уплывали на одну сотую.
Ответить
0
sergej_shaggy #
Ну с этим уже разобрался. Правда трапеция осталась, но показания уже не так сильно плавают.
Осталось одно НО - если включаю без нагрузки, то на индикаторе горит (с промаргиванием) LCL. Подключаю нагрузку - на индикаторе без изменений. Если включаю сразу с нагрузкой, то через два промаргивания индикатора появляются нормальные значение COS Fi. Меняю характер нагрузки - значения не меняются. Хотя видно, что какие-то измерения происходят, поскольку индикация может меняться между "LCL" и "CCL"
В итоге получается, что COS Fi измеряется только при включении?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Прибор проводит измерения по такому принципу: фиксирует на входах нули, засекает появление на одном из входов единицы и включает таймер (если на обоих входах 1 - то нагрузка активная), определяет впереди ток или напряжение, после появления на втором входе 1 останавливается таймер и производятся вычисления. И так 8 раз, а потом вычисляется среднее. Кроме того выполняеся инициализация и некоторые подпрограммы, исключающие ошибки. Некоторая инерционность есть, но измерения проводятся постоянно.
Ответить
0
sergej_shaggy #
Спасибо за ответ. Но Вашу прошивку так и не удалось запустить в режиме постоянного измерения. Даже если и показывает новые результаты, то почему-то они отличаются от тех, которые получены сразу после включения.
В итоге написал свою программу. Алгоритм, в принципе, такой же как у Вас.
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Сергей, в твоем сообщении не хватает двух слов: "Работает отлично". Или нет? У меня прибор работает нормально, но уже "пошел по рукам". Прогоню программу через симулятор, проверю. А кстати, на каком языке пишешь программы? Я уже около месяца "штурмую" МикроС, а до этого все писал на ассемблере.
Ответить
0
sergej_shaggy #
Пока этих слов добавить не могу. То, что Ваша прошивка не работает у меня не говорит о том, что она плохая. Я встречался со случаями, когда микроконтроллер был немного бракованный, когда одна и та же прошивка залитая разными программаторами работала с разной стабильностью. Сейчас просто рабочие дни, не могу много времени уделить. На неделе потихоньку сделаю корпус и диоды поставлю 50 Амперные. Потом попробую разные микроконтроллеры с Вашей прошивкой, по результатам отпишусь. Хотелось бы услышать мнения и других людей, тут вроде многие пытались собрать.
Лично я программирую на PIC Basic (Oshon), регистры программирую напрямую, так что генерируемый код не сильно отличается от кода на ассемблере.
Ответить
0

[Автор]
VIG #
В MPlab прогнал программу - всё работает правильно. Если еще у кого-то возникнет подозрение на прошивку, выложу в архиве.
Ответить
0
Александр #
Читал комментарии выше... Прибор сделал уже давно (как месяц) со старой еще разводкой. Все заработало с первого раза. На активной нагрузке выставил резистором подстроечным 100... и потом при подключении кондеров или трансов были отклонения в нужные стороны. Делал на КД213. 817 оптопаре. Да действительно - если запускать без нагрузки, то измерения он не производит, но а вот если в режиме измерения например снять с транса нагрузку, то косинус потихоньку изменяется... Быстрее будет перезагрузить прибор.... Делал в качестве спец части к дипломному проекту... Прибор уже забрали как учебное пособие и поэтому поэксперементировать не смогу, но всем очень понравилось.
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Я польщен, что этот прибор в наглядные пособия вышел. Александр, признайся, защитился как?
Ответить
0
Александр #
На 9 баллов. Диплом был на тему модернизации электрооборудования и схемы управления станка. А прибор шел в спецчасти. По затратам - никаких, все нашел на практике (теперь на работе). Все заработало с первого раза. Ничего не менял... Подстроечный резистором выставил 100% на лампочке и впаял постоянный. Хотя следовало бы вывести подстроечный резистор на панель, т.к. при изменении напряжения сети менялись и значения. А так подключил лампу (акт.нагрузка) - выставил 100, и потом в этой сети измерять то, что нужно - точность повыше будет.
Ответить
0
Adler #
Автор а таблицу зависимости задержек от косинуса сам составлял или нашел где?
Если есть ссылка, можно ее увидеть?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Таблицу составлял сам.
Ответить
0
Bredov-IV #
Однажды, препод по электротехнике замялся в ответ на вопрос "Как называется прибор для измерения коэффициента мощности?" Головка на стенде висит, а названия нету.
Прибор правильно называется "ФазОметр". (как в Радио). Однако, всем известно студенческое "Косинусфиметр"
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Мне кажется "фазометр" должен измерять разницу между фазами в градусах.
Студенческое название намного точнее. Это фазометр, который выдает нам уже готовый косинус фи.
Ответить
0
Rediskin #
Уважаемый VIG, признаюсь что я в этом вопросе пока чайник, но в силу определенных причин он меня заинтересовал. Так вот мне интересен вопрос про таблицу зависимости задержек от косинуса. Поправь если ошибаюсь: частота в сети 50Гц, следовательно один период равен 1/50=0.02с что равно 360 градусам, из чего следует что 1гр=0.02/360=55,556мкс. Значит можно задержку (опережение) поделить на эти 55,556мкс и получить градусы для последующего вычисления cos и sin и тогда таблица не требуется?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Все правильно. Но программу я писал на Ассемблере.
Ответить
0
Rediskin #
Это хорошо, значит мысля работает в правильном направлении.
И еще. Вопрос может глупый, но я бы хотел узнать назначение элементов VD1 VD2 и С3. Так сказать для общего развития
Ответить
0

[Автор]
VIG #
В трансформаторе тока встроен ОУ, который питается + - 15 В. VD1, VD2, C3 и С4 для создания минус 15 вольт.
Ответить
0
Стас #
По измерению косинуса фи в интернете мало информации, заинтересовала статья. На работе стоят два газовых генератора по 600 кВт каждый, проблема в том, что регулировка косинуса производиться оператором вручную (крутит переменный многооборотный резистор) изменяя возбуждение ротора, хочу повторить схему, но сделать ее не с дисплеем а с шаговым двигателем, чтобы крутить резистор, чтобы остался и ручной режим, и автоматический. Что можете посоветовать?
Ответить
0

[Автор]
VIG #
Конечно. Можно и такое сделать. От моего прибора взять только принцип измерения, а остальное все изобретать заново, под конкретное оборудование.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется напряжение?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

LC-измеритель LC100-A
LC-измеритель LC100-A
Raspberry Pi 2 Осциллограф DSO138
вверх