Давно мечтал начать мерить ток в своей квартире для разных потребителей, чтобы постараться понять почему у меня такой большой счет за электричество. Начнем с обзора инструментов.
Translation to English is here. Также основной канал в telegram.
В этой статье я постараюсь не описывать много теории, т.к. измерение тока - очень хорошо расписанная тема. Для своих целей я решил использовать трансформаторы тока (ТТ), т.к. они осуществляют полное гальваническое разделение измеряемой цепи от контроллера, позволяют осуществлять быстрый монтаж, не создают дополнительных коммутаций по измеряемой цепи, а изоляция позволяет выдержать до 4.5кВ. Однако ТТ, по моему опыту, подороже чем специальная микросхема для измерения тока. Естественно, сравнение должно проводится в одном классе устройств. Так или иначе, благодаря интернет-площадкам, детали стали доступны, качество некоторых компонентов конечно вызывает сомнения, но и мы не космический корабль строим☺.
Вот они, герои нашего обзора. Картинки из интернета, но моя первая плата 1в1, а вместо второй платы - взял просто трансформаторы рассыпухой, т.к. платить за припаянный резистор и кусок текстолита я пока не готов.
Начнем с очень краткого описания трансформатора. Документация тут. В этой же документации указаны и способы подключения ТТ. Первая плата, как раз реализует первую схему и вторая плата - реализует вторую. В чем глобальная разница между ними? Ток может протекать как в одном, так и в другом направлении, а еще он может превысить внезапно типовое значение многократно (например, в случае КЗ), поэтому вторая схема и плата имеет нюансы в применении. Подключить ее напрямик к входу МК, как это советуют во многих мануалах можно, но нужно хорошо понимать, что и почему, иначе можно легко спалить МК.
Про вторую плату я расскажу отдельно и попозже, когда закончу свои изыскания. А вот первая плата намного проще в использовании для обычного пользователя, т.к. на ней уже реализованы некоторые электрические цепи и ее подключать к микроконтроллеру можно не задумываясь. Однако, не нашел подробного описания этой платы (возможно так искал, не утверждаю, что такой информации нет), поэтому решил изложить всю информацию структурированно в одной статье, надеюсь будет полезно. Забегая вперед, сразу скажу - плата предназначена для измерения тока в бытовой сети. Без переделки платы, универсальное использование нам не светит.
Вот схема, которую я нашел на данном сайте, там кстати и плата есть, можно и повторить, но она содержит отличия от ревизии моей платы как в номиналах, так и в обозначениях:
Озвучу отличия схемы выше от платы, которая у меня на руках.
Резистор на схеме R1 - на плате R11. Номинал - 100 Ом.
Резистор на схеме R2 - на плате R8. Номинал - 10 кОм
Резистор на схеме R3 - на плате R3. Номинал - 10 кОм
Резистор на схеме R4 - на плате R2. Номинал - 10 кОм
Резистор на схеме R5 - на плате R1. Номинал - 100 кОм
Резистор на схеме R6 - на плате R10. Номинал - 1 кОм
Резистор на схеме R7 - на плате R6. Номинал - 10 кОм
Резистор на схеме R8 отсутствует...
Резистор на схеме R9 - на плате R9. Номинал - 10 кОм
Резистор на схеме R10 - на плате R7. Номинал - 10 кОм
Резистор на схеме R11 - на плате R4. Номинал - 10 кОм
Резистор на схеме R12 - на плате R5. Номинал - 100 кОм
Все емкости измерены очень примерно:
Конденсатор на схеме С1 - на плате С2. Номинал - 0,5 мкФ
Конденсатор на схеме С2 - на плате С1. Номинал - 3,6 мкФ
Конденсатор на схеме С3 - на плате С5. Номинал не смог определить.
Конденсатор на схеме С4 - на плате С4 Номинал - 1 мкФ
Конденсатор на схеме С5 - на плате С5. Номинал - 1 нФ
Конденсатор на схеме С6 - на плате С6 Номинал - 1 мкФ
UPD1. Схему первой части пришлось перерисовать:
Попробую описать принцип работы, без сложных формул:
Схема реализована на двух ОУ. Первая и вторая схема собраны по принципу инвертирующего усилителя, но в обратной связи стоят конденсаторы, которые превращают их также в частотные фильтры. Коэффициент усиления первого ОУ - 10, второго - 10. Резистор R12 согласовывает усилители и позволяет производить настройку платы, регулировать усиление, ниже - подробнее. На оба усилителя подано смещение по 2.5В. Первый усилитель смещает сигнал вверх на половину питания, второй усилитель делает примерно тоже самое и превращает сигнал синуса из ±0,5В с трансформатора в 0-2,5В, с нулем относительно 1,25В. Теперь чуть детальнее
1. Первая часть имеет очень интересную схему. Цепь CT1, R1 (по схеме) нужно воспринимать как единое целое, как источник напряжения. На резисторе R1 будет напряжение, которое генерируется протекающим током через ТТ. В момент времени, когда ток через трансформатор нулевой, напряжение на выходе первого ОУ будет примерно 2,5В (что также соответствует нулю, т.е. половине питания между 0 и 5В), при токе в 5А выход должен стремится к 3В, а при -5А должен стремится к 2В. По факту, промоделировав схему, видно, как это работает. Но модель дает лишь теоретическое представление. Конденсатор в первой части нужны для фильтрации. Второй конденсатор также выполняет функцию фильтра.
2. Резистор R12 нужен для регулирования напряжения с первого усилителя, тем самым можно усилить слабый сигнал или наоборот "приглушить" высокий, тем самым мы подстраиваем плату под свою индивидуальную задачу.
3. Теперь поговорим про вторую часть схемы. На выходе платы напряжение будет изменяться от 0 до половины питающего напряжения (2.5В), это обусловлено применением резистивного делителя на втором ОУ. При максимальном напряжении на отрицательном входе (выходе с первого ОУ) - на выходе будет 0, а при нулевом напряжении с первого ОУ, на выходе будет напряжение, равное напряжению на делители, что в идеальном случае будет 2.5В. Проверим, промоделировав:
Все как в аптеке. Единственное, шкала не линейная, поэтому смотрим на подписи по осям.
4. Конденсаторы - выполняют роль частотной фильтрации.
5. Конденсатор C3 - фильтр по питанию от помех.
6. R6, Led1 - банальная индикация.
Естественно, плату можно переделать и под свои задачи, но для этого лучше купить сразу трансформатор и собрать что-то свое. Данная плата легко согласуется с ESP, т.к. напряжение на выходе не превысит 2.5В при питании платы от 5В. Также данная плата не подойдет для точных измерений, т.к. показания будут весьма условными, благодаря наличию переменного резистора...
UPD2. Нашел еще такую схему, похожа на правду...
Подпишитесь, чтобы не пропускать следующий контент.
Нажмите лайк, если интересно, так я пойму какие публикации больше нужны моей публике.
Также публикации можно найти на других площадках: Instagram, telegram (RU, EN, DE), Medium, LiveJournal, YouTube.
Мой блог является некоммерческим, поэтому позитивный комментарий, лайк или репост поможет публикациям выходить чаще ☺.
