Mesure de puissance et Cos phi

[mweber]

Bonjour à tous,

Je souhaite développer un petit wattmètre logguant la conso de divers appareils (affichage U eff, I eff, W eff, et S eff sur un écran LCD).

Pour la mesure du courant j'utilise un capteur inductif "Non-invasive AC current sensor (TA17L-03)" que l'on trouve à pas cher sur Ebay. Pour la mesure du courant, un transformateur moulé 0,08 VA de 9V.

Ainsi mon électronique reste totalement isolée du secteur.

A oscilloscope, pas de problème mes signaux sont nickels, dalleurs pour info (sur ce capteur à 5 €) coté mesure de courant, j'ai 5-10 mV de bruit, pour une tension de l'ordre 600 mV @ 25 W. Largement de quoi entrer dans le CAN d'un PIC 18FXXX et avoir une mesure respectable. (après ajout d'une tension doffset avec 2 - 3 résistances...). Je filtre en + avec un condo de 4nF7.

Ma question est plutôt d'ordre "mathématique" : Je suis quelque peu rouillé en élec analogique alternative !

Pour calculer P, en watts, je pensais faire:
Échantillonner (quasi en même temps) grâce à deux 2 entrées du CAN du PIC, sur N période(s), U et I, les multiplier et faire la moyenne du résultat (somme et division par le pas de temps).

Pour calculer S, en Voltampères, faire la même chose mais en synchronisant U et I. Hum, comment faire lorsque I ressemble à tout, sauf à une sinusoïde comme dans les petite alims à découpages ?

Et pour afficher la valeur de I efficace ? Je prends quoi dans mon tableau de valeurs précédemment échantillonné ?

Voici un exemple pris sur le net d'une fluo compacte, mais chez moi testant un transfo de téléphone portable le courant ressemble à des double pics, bref rien de sinusoidal (logique sur ce type d'alim)!

42069998_p.jpg

Et un début de schéma (incomplet) pour ceux intéressé par la réalisation...
schema.jpg

Si vous pouvez m'éclairer sur ces points, je vous remercie d’avance brave gens !
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[Montd'est]

Bonjour

(affichage U eff, I eff, W eff, et S eff sur un écran LCD).

U eff et I eff : d'accord; mais la puissance active est une puissance moyenne et non efficace, bref;

Pour la mesure du courant, un transformateur moulé 0,08 VA de 9V.

Pour la tension plutôt...

U et I, les multiplier et faire la moyenne du résultat (somme et division par le pas de temps).

v(t) * i(t) pour être exact. pas les valeurs efficaces.



Pour obtenir les valeurs efficaces: tu n'a qu'a reprendre leur définitions mathématique de base: mettre le signal instantané au carré ( le pic peut bien le faire ), calculer ensuite sa moyenne et en prendre la racine.
Sachant que tu va enregistrer plusieurs points ça peut se faire, ce sera valable quelque soit la déformation du courant.

Sinon ya des CI spécialisés tout faits qui savent tout faire, ça en plus de compter l'énergie.

[Tropique]

Bonjour à tous,

Je souhaite développer un petit wattmètre logguant la conso de divers appareils (affichage U eff, I eff, W eff, et S eff sur un écran LCD).

Pourquoi pas, si c'est dans un but ludique: les appareils du commerce le font pour quelques Euros, ce n'est donc pas rentable.
Ce n'est que si on veut dépasser les limitations de ces appareils qu'il y aurait une certaine logique à le faire soi-même, mais il faudra y mettre des moyens.

Si vous pouvez m'éclairer sur ces points, je vous remercie d’avance brave gens !

Montd'est a dit l'essentiel.

Quelques points à garder à l'esprit malgré tout: le choix du transfo de 0.08VA est très mauvais pour ce type d'application. Les paramètres parasites sont énormes, ce qui va générer des erreurs de phase non-négligeables (et variables avec l'échauffement du transfo, qui est toujours assez important dans ces petites tailles) et une distorsion de la tension, à cause du fonctionnement proche de la saturation.
L'idéal serait un transfo auxiliaire pour machines industrielles triphasées, ayant un primaire de 400V mais employé en 230V. Il en existe de quelques VA.

Pour avoir une bonne résolution dans le cas de mauvais facteurs de puissance (comme ce que tu donnes en exemple, et qui est justement intéressant), il faut une résolution en amplitude et temporelle très bonne au niveau du convertisseur A/D: les choses intéressantes ne se passent pas quand tension et courant sont proches du maximum du range simultanément, mais quand l'une ou l'autre l'est. Pour que l'autre ne soit pas noyée dans le bruit de quantisation, il faut un nombre de bits beaucoup plus élevé que ce que l'on pourrait penser à priori.
Et pour des formes d'ondes riches en harmoniques, il faut aller assez vite pour ne rien rater. Sinon, on retombe dans la logique des wattmètres low-cost disponibles à un prix défiant toute concurrence amateur.

[mweber]

Merci les gars pour votre reponse, oui je ne p m etais pas assez relu concernant les watts efficacees et u au lieu de i... ok je vais faire des tests concernant la mesure de u... mais cote u et i le pic devrais suibre var je fais plusieur calibres...

[A voir en vidéo sur Futura]

[mweber]

Voici les courbes obtenues pour une lampe à incandescence ce 25 W. En rose, le courant et en blanc, la tension (qui effectivement, sature ! et qui est en léger retard sur I) lampe_25w.GIF

Mettre une résistance en série avec le transfo de tension résoudrait t'il le problème ?

Remarque, la précision recherchée n'est pas non plus absolue (surtout ici, pour une banale charge résistive) mais les montages à quelques euros observent quand même de beaux écarts à cause du facteur de forme déplorable de certains machins !

Voici un transfo a découpage 2,5 VA transfo 5w.GIF... même calibre niveau oscillo, on vois que l'on dépasse les 25w en pic !

A bientôt,

Matthieu

[mweber]

Voici les courbes obtenues pour une lampe à incandescence ce 25 W (j'avais moins de bruit hier mais je fais ca avec des fils non blindés.

En rose, le courant et en blanc, la tension (qui effectivement, sature ! et qui est en léger retard sur I) Pièce jointe 202392

Mettre une résistance en série avec le primaire du transfo de tension résoudrait t'il le problème de saturation?

Remarque, la précision recherchée n'est pas non plus absolue (surtout ici, pour une banale charge résistive) mais les montages à quelques euros observent quand même de beaux écarts à cause du facteur de forme déplorable de certains machins !

Voici un transfo a découpage 2,5 VA Pièce jointe 202393... même calibre niveau oscillo, on vois que l'on dépasse largement les 25w en pic !

A bientôt,

Matthieu

[Montd'est]

même calibre niveau oscillo, on vois que l'on dépasse les 25w en pic !

Ah bon ?, mais dans les courbes que tu montres il n'y a aucune courbe de puissance instantanée.

Le fait que la courbe de tension soit un peu écrasé en haut ne veut pas forcément dire que le transfo est saturé: ça peut venir d'appareils branchés sur le réseau électrique qui tirent un courant en pic, comme les lampes fluocompactes.

Quand il y en a trop, à cause de l'impédance du réseau : la tension se retrouve elle aussi déformée.

[mweber]

Citation Envoyé par mweber Voir le message
même calibre niveau oscillo, on vois que l'on dépasse les 25w en pic !
Ah bon ?, mais dans les courbes que tu montres il n'y a aucune courbe de puissance instantanée.

Non j'ai dis ça à la (grosse) louche (Certes je n'ai pas affiché de puissance instantanée mais comme les échelles sont les mêmes entre les 2 oscillogrammes et en admettant que U aie la même valeur).

Ok pour la tension déformée, ça pourrait expliquer que I est également "cabossée", j'ai effectivement pas mal de fluocompactes dans le coin, le PC (!!) et quelques leds de puissances que j'alimente avec des vieilles alims de PC portable.

Un argument, me conduisant également à faire ce montage: Dans la maison bioclimatique que je construit actuellement, je voudrais monitorer grâce à par ex 5 capteurs non invasif (pas besoin de couper un câble) la conso de certains appareil et réaliser un camembert de répartition des conso en KWh. Le montage sera relié à la domotique de la maison, elle même alimenté par un réseau 12V (batteries + panneaux solaires) qui sert à l'éclairage et aux appareils 12v (genre téléphone, box adsl...) si vous êtes curieux: http://matthieu.weber.free.fr/ecolog...son/index.html

[mweber]

Citation Envoyé par mweber Voir le message
même calibre niveau oscillo, on vois que l'on dépasse les 25w en pic !
Ah bon ?, mais dans les courbes que tu montres il n'y a aucune courbe de puissance instantanée.

Hello, Non bien sur, j'ai dis ça à la (grosse) louche (je n'ai pas affiché de puissance instantanée mais comme les échelles U et I sont les mêmes entre les 2 oscillogrammes et en admettant que U aie la même valeur...).

Ok pour la tension déformée, ça pourrait expliquer que I est également "cabossée" pour une simple "incandescente", j'ai effectivement pas mal de fluocompactes dans le coin, le PC (!!) et quelques leds de puissances que j'alimente avec des vieilles alims de PC portable. Bref, rien de très propre.

Un argument, me conduisant également à faire ce montage: Dans la maison bioclimatique que je construit actuellement, je voudrais monitorer grâce à par ex 5 capteurs non invasif (pas besoin de couper un câble) la conso de certains appareil et réaliser un camembert de répartition des conso en KWh. Le montage sera relié à la domotique de la maison, elle même alimenté par un réseau 12V (batteries + panneaux solaires) qui sert à l'éclairage et aux appareils 12v (genre téléphone, box adsl...) si vous êtes curieux: http://matthieu.weber.free.fr/ecolog...son/index.html

Le coup de la résistance en série avec le transfo, Tropique, qu'en penses tu ? Ça limiterait le courant dans le primaire (AU CAS OU effectivement) le transfo saturerait quand même ? Pour être sur, il faudrait que je compare u secteur avec u secondaire transfo, mais la il me faudrait une sonde différentielle !

[carcan]

Hello !

pour la partie maths, tu trouveras plein d'infos ici : http://openenergymonitor.org/emon/bu...advanced-maths

Sinon, pour ton choix de matériel, l'ADC du PIC : bof bof, même si tu en choisis un 12 bits. Je te conseille un intégré spécialisé comme le ADE7753.
Tu peux regarder mon proto ici : http://forums.futura-sciences.com/pr...e-ade7753.html
(la suite des explications suivra dans les prochains jours, je manque de temps en ce moment)

Sinon, il y a plus simple pour du monitoring énergétique : des petits compteurs électriques à sortie impulsions et un tout petit PIC qui fait l'enregistrement ...

A+
Laurent

[mweber]

Merci Carcan,

J'ai regardé avec grand intérêt ton montage avant de poster sur le forum....

Mais en fait j'avais un peu peur pour l'isolation galvanique du bus SPI dans la mesure où une défaillance (arc électrique, surtension, ...) balance du 230V sur tout mon réseau 12V (avec les conséquences que tu peux imaginer, même si j'ai soudé des transil su toute mes cartes domotique).

Deuxième point concernant la mesure de 5 ou + circuit différents, ça complique un peu le montage (l'encombrement par exemple).
5 ampères sont trop faible pour moi mais j'imagine qu'avec un pont diviseur ou un autre capteur tu peux t'en sortir...

=> Je vais effectuer quelques tests de mesures avec ma carte EASYPIC 6 pour voir si je m'en sort, sinon il se pourrait que je parte sur ton montage (qui me parait très bien!).

des petits compteurs électriques à sortie impulsions et un tout petit PIC qui fait l'enregistrement ...

Peux tu me donner un lien vers ces produits ?

Merci pour tes docs de calculs en tout cas !

Matt

[mweber]

Une réflexion vite fais: Un pic à 20 ou 40 Mhz devrait pouvoir faire 100 samples d'une période (50 Hz). Faire les mesures comme tu fais sur par ex 60 périodes permettrait de réduire le bruit...

Coté résolution: un 10bits (je teste avec du simple !!) me fera une résolution du CAN sur (1 LSB) de 4 mV si la réf. de tension est de 5V. (Il faut que j'en choisisse une bonne et < à 5V).
Sur mon exemple avec l'ampoule de 25W, j'ai 50 mV d'amplitude (mesure du courant, attention il y a un offset sur l’oscillogramme).
Je peux l'augmenter encore (au moins X 5) mais déjà là j'ai une résolution de 0,5 W et une erreur de 1W (2 LSB si je me rapelle bien la datasheet des PICs)... C'est pas si mal ? non ?
J'ai sinon la possibilité de brancher un CAN externe en 12 bits..

[Montd'est]

Le coup de la résistance en série avec le transfo, Tropique, qu'en penses tu ? Ça limiterait le courant dans le primaire (AU CAS OU effectivement) le transfo saturerait quand même ? Pour être sur, il faudrait que je compare u secteur avec u secondaire transfo, mais la il me faudrait une sonde différentielle !

Tu peux faire des comparaisons avec d'autres transfos 230 V > 12 V et si tu crains aussi une saturation de leur part: tu en raccorde 2 en série, primaire et secondaire, ce qui fait que tu enverras seulement 230 V dans un "transfo équivalent" sensé supporter 460 Vac au primaire.

[mweber]

En fait j'ai fais mes tests avec un transfo de 3 VA, peut être que ce sera pire avec mon 0,08VA... Je vous tiens au courant pour les comparaisons des 2...

Matthieu

[Tropique]

Tu peux faire des comparaisons avec d'autres transfos 230 V > 12 V et si tu crains aussi une saturation de leur part: tu en raccorde 2 en série, primaire et secondaire, ce qui fait que tu enverras seulement 230 V dans un "transfo équivalent" sensé supporter 460 Vac au primaire.

Je pense que c'est la bonne solution: même deux transfos de 0.1VA ne prendront qu'une place ridicule, et à la moitié de leur tension on peut espérer qu'ils se conduisent de manière presque idéale.

Mettre une résistance en série dans le primaire ne ferait qu'exacerber certaines erreurs, ce n'est pas une bonne solution.

[mweber]

Ok ça marche!

Ca tombe bien, j'en ai 2 sous la main, et je n'en aurais besoin que de 2 en tout pour mesurer plusieurs circuits, l'encombrement restera honnête ! D'autant plus que les transfos 400V de quelques VA ou moins sont plutôt rares (et cher??) et sans doute plus gros que de 2 de 230V 0,08 VA...