Creare strumento per il calcolo dello sfasamento sulla rete elettrica

[sjpagan]

Salve a tutti è da poco che mi sto addentrando in questo mondo, conosco abbastanza bene la programmazione di Arduino e sinceramente volevo realizzare uno strumento fai da te che riesca ad indicarmi di quanto è sfasata la mia rete elettrica...

Non sono un buon elettrotecnico, preferisco l'elettronica digitale e quando devo aver a che fare con la corrente alternata, vado letteralmente in panico.......

Volevo chiedere a voi esperti del settore, che tipo di elettronica posso crearmi per rilevare questa grandezza? devo realizzare qualcosa in particolare o con dei semplici sensori amperometrici risolvo ?

[atomax]

Ciao sjpagan,
le strade che puoi seguire sono più di una. Discutiamo della più semplice...

Cos'è il fattore di potenza?
Sappiamo che è il coseno dell'angolo di sfasamento tra tensione di rete e corrente di rete.
Ci serve quindi conoscere la tensione istantanea e la corrente istantanea del circuito.
La tensione puoi misurarla con un partitore resistivo e la corrente con una resistenza di shunt (ATTENZIONE! In questo caso non hai isolamento galvanico tra misuratore e rete e quindi dovrai racchiudere il tutto in un contenitore ad isolamento rinforzato).
La sinusoide di tensione, grazie ad un partitore, la riduci ad un valore di picco massimo di 4V mentre la sinusoide di corrente che prelevi ai capi della resistenza di shunt dovrai amplificarla (la resistenza di shunt è di basso valore) fino a portarla ad un valore massimo di 4V.
A questo punto puoi semplicemente realizzare due squadratori di tensione con due comparatori operazionali. Avrai due onde quadre, una relativa alla tensione, una relativa alla corrente che invierai a due ingressi dell'arduino.
Se la tensione è in anticipo rispetto alla corrente (cosfi <1) il relativo fronte dell'onda quadra associata arriverà tot millisecondi prima del fronte di salita dell'onda quadra associata alla corrente. Sai che un ritardo di 90° tra tensione e corrente, a 50 Hz, equivale ad un ritardo temporale di 5 ms e ad un cosfi pari a 0. Se il ritardo temporale tra le due onde quadre sarà pari a 1 ms, che cosfi ne corrisponderà?

(90° x 1ms)/5ms = 18° -> cos fi = cos 18° = 0,95.

P.S.: In alternativa alla resistenza di shunt puoi usare un trasformatore amperometrico, costa un pò di più ma ti semplifica un pò il circuito.

A disposizione per chiarimenti

[sjpagan]

il problema non è il costo ma la reperibilità dei materiali, ho chiamato il negozio di elettronica che c'è in zona, abbastanza fornito devo ammettere, ma di resistenza di shunt niente...
Se il trasformatore costa un poco di più non è un problema, l'importante è avere uno strumento affidabile che poi possa fare quello che a me serve...

che dipo di trasformatore amperometrico dovrei comprare? di che grandezza?

[atomax]

Una resistenza di shunt è una comune resistenza elettrica.
Se la corrente massima che vuoi misurare è (ad esempio) 20A, e vuoi che la resistenza dissipi al massimo 2W, allora il suo valore dovrà essere: R=P/I²= 5 mOhm --> 0,005 ohm.


Diverse volte le ho realizzate con un semplice filo di rame di sezione e lunghezza determinate.
Se vuoi orientarti al trasformatore di corrente, un primo parametro sarà il rapporto di trasformazione e poi la classe di precisione. Ricordati che un T.A. deve lavorare con i morsetti secondari collegati ad una resistenza di carico adeguata, altrimenti possono generarsi alte tensioni al secondario che bruciano il T.A. stesso.
Saluti

[sjpagan]

Interessante come concetto, in effetti devo trasformare sia la tensione che la corrente in segnale digitale e poi vedere se stanno in fase, ho visto la resistenza di shunt sembra semplice come concetto, ma come posso farla ? mi basta un semplice cavo elettrico e poi misuro la tensione ai capi del cavo ?

[atomax]

La resistenza del rame elettrolitico (quello usato per i conduttori) è pari a 17,24 x 10^-9 Ohm x metro.
Se usi un conduttore nudo del diametro di 1,5 mm e lungo 0,5 metri, ottieni una resistenza di 4,88 mohm circa.
Ai capi di questa resistenza, quando sul circuito scorre una corrente di 10A, preleverai una tensione di 48,8 mV.
Dovrai amplificare questa tensione per portarla ad un valore di (ad esempio) 2V, pertanto dovrai utilizzare un amplificatore operazionale con guadagno pari a 41. All'uscita dell'amplificatore disporrai di un segnale sinusoidale con valore medio pari a 2V che verrà inviato al comparatore.

Saluti