Convertitore corrente-tensione

[GiovanniG1]

Buona sera a tutti!

Un piccolo rompicapo, ho bisogno del vostro aiuto.
Sto realizzando un prototipo per un cliente che per sua sfortuna non ha altro modo che scaldare l'acqua con l'elettricità, visto la fornitura limitata ho pensato di construire un semplice circuito con Arduino per monitorare le correnti delle fasi e accendere i boiler (3 da 100 litri, uno per fase) soltanto durante i momenti di "buco" di consumo elettrico giornaliero, e di conseguenza tutta la notte. Se la corrente di fase scende sotto un certo valore per un certo tempo allora si accende il boiler su quella fase, se la corrente delle utenze sale viene immediatamente spento il boiler.

Per fare questo ho bisogno di un raddrizzatore per basse tensioni alternate, che mi converta i microamper delle bobine sui toroidi (attraversati dalla fase utilizzatori) in una tensione prossima ai 5volt. Non c'è bisogno di calcoli precisi, desidererei solo avere un trimmer in modo da avvicinarmi ai 5 volt quando la corrente è prossima al valore massimo (50 Amper) in modo da far lavorare bene l'ADC. Le tarature le farò poi con un pinza amperometrica, e correggo via software il valore.

Vorrei altresì ridurre al minimo i componenti utilizzati, pensavo ad un operazionale in configurazione raddrizzatore di precisione, si può fare un circuito con solo 1 operazionale? L'uscita deve essere stabile (non alternata), il mio impiccio sono i diodi che hanno cadute notevoli e penso di perdere le misurazioni delle basse correnti per questo. (non mi serve precisione, ma neanche vominciare a leggere dopo 10 amper, per capirci). Grazie mille per i vostri consigli!

 

Modificato: 29 novembre 2018 da GiovanniG1

[ilguargua]

12 minuti fa, GiovanniG1 scrisse:

Per fare questo ho bisogno di un raddrizzatore per basse tensioni alternate, che mi converta i microamper delle bobine sui toroidi

Farebbe intanto comodo sapere quanti sono questi uA dei toroidi. Poi parli appunto di corrente, perchè la tensione deve essere necessariamente bassa? La tensione dipende da quanto carico metti sull'uscita del toroide, ma per fare dei calcoli è necessario sapere il rapporto di trasformazione dei TA.

Il tutto, preciso, supponendo che non ci sia altro collegato ai TA, altrimenti il discorso ovviamente cambia.

 

 

Ciao, Ale.

[GiovanniG1]

no no niente altro, solo il "raddrizzatore". Grazie per l'aiuto. In effetti essendo l'operazionale un circuito ad alta impedenza si potrebbe anche misurare la tensione, sinceramente non so cosa sia meglio, ma vedo che tutti i TA nei qudri elettrici misurano la corrente, addirittura 5 amper! non apisco perchè serva far circolare così tanta corrente..
Ad ogni modo penso di usare quello che trovo nel negozio di elettronica, un toroide con il numero maggiore di spera avvolte, il cui diametro interno sia sufficiente per far passare alcuni conduttori, in teoria 3 da 6mmq. Ora cerco.
Che circuito suggerisci?
Grazie

[GiovanniG1]

QUesta potrebbe essere uan idea, però mi serve che l'uscita sia "filtrata", livellata da un condensatore, un condensatore che mi possa evitare anche i picchi spurii in eccesso (correnti di spunto) e che mi mantenga per un attimo il valore medio. Se metto un diodo oltre l'operazionale perdo la misura dei primi 0,6 volt. dovrei alzare il valore di riferimento dell'operazionale di 0,6 in qualche modo.
Inoltre vorrei alimentare tutto con una tensione singola, non duale
Grazie

 

[ilguargua]

4 minuti fa, GiovanniG1 scrisse:

Che circuito suggerisci?

Senza sapere prima le caratteristiche dei TA è difficile dare suggerimenti, comunque in linea di massima fai la conversione corrente/tensione usando una resistenza di valore opportuno, poi (e questo dipende dal valore della resistenza) puoi o rettificare direttamente ed usare un partitore, o usare un operazionale come buffer.

Anni (che mi sembrano secoli...) fa realizzai un circuito del genere, ovviamente senza MCU o simili, che serviva per staccare lo scaldabagno di casa in caso di sovraccarico. E' rimasto in funzione per anni, e svolgeva il suo lavoro più che dignitosamente.

 

Ciao, Ale.

[GiovanniG1]

ho disegnato questo circuito, forse può andare bene, se mi ritorvo con una tensione fissa (minima) quando in ingresso non c'è rilevamento va bene lo stesso, la correggo col software.
Pensavo di fare un partitore di circa 0,8volt, in modo di avere in uscita una tensione di 0,2volt costanti.
Ora devo cercare un operazionale che possa lavorarmi se possibile a 5 volt con bassi dropout verso massa e in prossimità dei 5 volt, per non dover aggiungere un'altra alimentazione oltre ai 5 volt di Arduino
 

[GiovanniG1]

non sono riuscito a trovare ferriti con spire già avvolte, vorrà dire che avvolgerò io un pò di spire su questo nucleo, e con l'oscilloscopio cercherò di arrivare a valori di tensione consoni, magari potrebbo bastare 20mV? L'importante secondo me è non saturare la ferrite con il campo magnetico provocato da 50 amper di corrente alternata, secondo me con questa ferrite(1cm diametro interno, 6mm altezza, 4 spessore)  non si dovrebbe creare il problema

[dott.cicala]

Questo l'ho fatto qualche anno fa usando un toroide recuperato. Il primario, quello percorso dalla fase è composto da 1 spira, il secondario non ricordo bene, un centinaio di spire di filo smaltato da 0,4mm. Con una o due spire il nucleo non satura.

 

 

Non ho usato nessun raddrizzatore ideale; l'operazionale funge solo da adattatore di impedenza. il diodo schottky D1 taglia la semionda negativa a -0,2v , D2 taglia a 5,2v il resto lo fa l'op.amp. alimentato a tensione singola. Non ho usato ADC ma il comparatore. Il micro non fa distinzioni fra un segnale pulsante o in continua.

Non mi interessava misurare ma commutare in sequenza e in tempi diversi tre relè con diverse priorità al superamento della soglia dopo un ritardo.

In fase di messa in servizio, basta realizzare una scala graduata per il potenziometro e questa sarà sufficiente per capire qual'è la soglia impostata.

Svolgere una misura su una scala così ampia implica l'uso di un amplificatore programmabile, altrimenti i valori bassi non sono valutabili, specialmente con 50A fs o più

 

 

Modificato: 30 novembre 2018 da dott.cicala
errata corrige

[Marcello Mazzola]

non è per smontare l'autore del thread, ma non sarebbe più semplice mettere un relè controllo carichi come questo?

 

https://www.vemer.it/it/catalogo/misura_e_controllo/rele_di_controllo/controllo_carichi/pc3r_ve467700

[ilguargua]

8 ore fa, dott.cicala scrisse:

Questo l'ho fatto qualche anno fa usando un toroide recuperato.

Io all'epoca usai un trasformatore da 1/2 VA (di quelli con gli avvolgimenti affiancati) tolsi il secondario e ci feci passare una spira di filo da 4 mm2. Poi raddrizzai il secondario e con un trimmer adattai il valore a quello che mi serviva. Rozzo ma funzionante, perlomeno con il carico di un utenza domestica.

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

17 minuti fa, ilguargua scrisse:

Io all'epoca usai un trasformatore da 1/2 VA (di quelli con gli avvolgimenti affiancati) tolsi il secondario e ci feci passare una spira di filo da 4 mm2.

 

Ale questo è proprio il classico per gli "smanettoni". Anch'io ho usato questo metodo in passato, oggi, visti i costi, li prendo già printi all'uso.

[ilguargua]

1 minuto fa, Livio Orsini scrisse:

Anch'io ho usato questo metodo in passato, oggi, visti i costi, li prendo già printi all'uso.

, sono d'accordo, all'epoca però senza internet e i cinesi che ti vendono di tutto, bisognava arrangiarsi.

 

Ciao, Ale.

[dott.cicala]

E' ovvio che non si può competere in termini di costi con i cinesi, ma a questo punto il forum elettronica diventa più un catalogo che un mezzo per scambiarsi idee e progetti e unire l'utile al dilettevole.

[ilguargua]

29 minuti fa, dott.cicala scrisse:

un mezzo per scambiarsi idee e progetti e unire l'utile al dilettevole.

Allora cerco di dare il mio modesto contributo. Non ho più lo schema originale dell'accrocchio, ma il principio era questo :

 

 

Si basa su una doppia soglia, la prima abbastanza alta ma tollerabile dall'impianto, la seconda che invece ti porta oltre. All'intervento della 1° soglia non accade niente, il relè ha il positivo ma non il negativo, quando scatta la 2° l'SCR va in conduzione e il relè sgancia il carico. L'assorbimento scende, la 2° soglia scompare ma l'SCR rimane innescato, finchè l'assorbimento non cala sotto la 1° soglia.

Niente di che, ma ha funzionato per anni, salvandomi da vari blackout con annessi bestemmioni...

 

Ciao, Ale.

[dott.cicala]

Se si vuole gestire una  sequenza con priorità, ritardi e con il minor numero di componenti, l'uso di un micro è indispensabile.

[ilguargua]

11 minuti fa, dott.cicala scrisse:

Se si vuole gestire una  sequenza con priorità, ritardi e con il minor numero di componenti, l'uso di un micro è indispensabile.

Certo, a me serviva solo per staccare lo scaldabagno, e per quello era sufficente. Oggi anch'io probabilmente lo rifarei con un ATTiny85, ma al momento non mi serve più, quando ho ristrutturato casa ho installato un sistema di gestione carichi della BTicino, oltre ad aver aumentato la potenza contrattuale.

 

Ciao, Ale.

[rfabri]

Mi sa che sarebbe meglio capire esattamente di quanta potenza ha a disposizione kw, perchè fare tanti circuiti complessi o no e poi non abbiamo potenza a sufficenza per scandare 300L di acqua e non solo, bisogna mettere in campo che comunque quest'acqua deve inviarla all'impianto di riscaldamento , e quindi calcolare rese e perdite, altrimenti come si dice dalle mie parti che non facciamo come il cane che si morde la coda, che qualcuno non creda di riscaldare una casa con 3/6kw di fornitura enel? bye

Modificato: 1 dicembre 2018 da rfabri

[dott.cicala]

Hai ragione, nel caso aprirà una discussione in termotecnica. A noi che ci frega dell'acqua?

Siamo elettronici

 

 

 

 

[GiovanniG1]

Grazie a tutti per la partecipazione e i cordiali contributi,
rispondo subito a Marcello Mazzola, ci sono diversi motivi per cui preferisco utilizzare un micro tipo Arduino, posso scegliermi i tempi di intervento e le soglie, posso agire diversamente su ogni fare (per esempio se la fase 2 è "libera" posso accendere in quel momento solo il secondo boiler, cercando di sfruttare la capacità elettrica al massimo, inoltre posso loggare l'assorbimento giornaliero e bilanciare meglio le fasi, posso collegarmi via wifi e gestirlo da remoto/monitorare, posso scrivere ciò che voglio sul display, ecc. E poi è anche un modo per imparare qc di nuovo, avrò bisogno di leggere correnti con un ADC in futuro sicuramente.

Per rfabri: è un piccolo ristorante con 50A per fase di fornitura, durante il giorno è al limite, di notte completamente scarico. Il lavabo dista 3 metri dai possibili futuri boiler. Qui in Russia il costo dell'energia è superfluo. SPero di aver risposto alle tue domande, ne vale la pena.

Il circuito del dott.cicala mi sta illuminando, effettivamente posso lavorare solo sulla semionda positiva, che sicuramente sarà uguale alla negativa.. ho bisogno però di amplificarla, basta un trimmer tra l'uscita e l'invertente con una resistenza tra invertente e massa.
io però aggiungerei uno zener alzare la tensione in ingresso, in modo che il diodo che mi permette di caricare il condensatore sul picco  non mi tagli i primi 0,6 volt.
Tutto calcolato abbastanza sommariamente, avvolgo un pò di spire e vedo come va, a me basta che sia abbastanza lineare, amper più o meno mi cambia poco. Amplifico per arrivare vicino ai 5 volt quando ho 50 amper per massimizzare la dinamica dell'ADC, poi via software calcolo per quanto dividere il valore. Che ene pensate?
Grazie
 

[GiovanniG1]

Altra domanda, che operazionale posso usare, per lavorare con 5 volt? Di solito gli operazionali hanno considerevoli valori di drop out, alimentando a 5 volt posso sperare di avere solo 3 volt massimi in uscita, ma secondo me ci sono operazioni per basse tensioni, leggo di rail to rail. Avete un modello da suggerire? Grazie

Modificato: 6 dicembre 2018 da GiovanniG1

[GiovanniG1]

Credo di aver trovato questo: MCP602

[dott.cicala]

Non servono diodi rettificatori e condensatori per memorizzare il picco e nemmeno aplificatori a guadagno variabile e piedistalli di tensione.

Col micro puoi rilevare il picco, calcolare la media o il valore efficace e anche implementare filtri per ripulire il segnale.

 

L'amplificatore a guadagno variabile è questione di punti di vista. Io lo preferisco a guadagno fisso e regolare il segnale di ingresso con un potenziometro.

Se il guadagno non basta è meglio aumentare le spire del secondario. Più guadagno = più rumore amplificato.

Non servono nemmeno operazionali a 5V. Un semplice LM358 è sufficiente se sull'uscita si mettono un paio di diodi shottky.

Guarda qui se ti piace

 

 

 

 

 

[GiovanniG1]

Ciao, grazie per la risposta! Purtroppo la foto non si vede (
Ho trovato delle librerie per Arduino che promettono di misurare con precisione.. e all'ingresso gli applicanto direttamente una tensione alternata! In pratica non devi fare nulla, solo collegare la bobina all'ingresso analogico (opportunamente) e ti danno già il risultato. Va bene, lo testerò, resto un filino scettico sul fatto che un processore possa leggere così costantemente la forma d'onda, beccare i picchi, fare i calcoli, pulire se serve e lasciare pure che il resto del software faccia la sua parte. Avrei preferito una tensione continua sul picco, ma sappiamo anche che potrebbe creare degli errori di lettura (un condensatore troppo grande condensatore protrae il picco in futuro.. quando magari invece è stato solo un picco).
Ho ordinato dei piccoli trasformatori di corrente su Aliexpress, molto economici, li testerò