Analizzatore armonico

[MarcoGraziani]

Salve a tutti,
sono uno studente di ingegneria elettrica che ha appena incominciato la sua tesi sulla power quality di una linea monofase a 230 V.
L'idea è quella di utilizzare arduino per campionare il segnale dopo averlo adeguatamente abbassato dai 230 V della linea. Il problema è la "polarizzazione" del segnale, in quanto arduino puo ricevere in ingresso da 0 a 5V, quindi devo sommare alla tensione sinusoidale una componente in continua di circa 2,5 V e non ho idea di come realizzare il circuito.

[Doppler]

https://it.wikipedia.org/wiki/Sommatore_analogico

[MarcoGraziani]

e devo preoccuparmi del rumore introdotto dalle varie resistenze?

[Doppler]

Trascurabile, a meno che non lavori con segnali di ampiezza pari al millivolt e il tuo circuito richiede grandi amplificazioni, 60dB
Se vuoi evitare in maniera approsimativa il rumore , scegli un Amplificatore a basso rumore, e usa delle resistenze di basso valore , < 5 kohm

[MarcoGraziani]

grazie!

[dimaios]

Prima della polarizzazione pensa all'isolamento tra la tensione di rete ed il circuito di misura, non è buona pratica lavorare con i 220 VAC senza una protezione intermedia.

[IsidoroKZ]

Come dice dimaios la prima cosa di cui preoccuparsi e` l'isolamento dalla rete. Se ti bastano poche armoniche, diciamo fino a qualche centinaio di hertz, puoi usare un trasformatore piccolino e "buono", oppure meglio un trasformatore voltmetrico di misura.

Se invece devi salire di frequenza, ad esempio prendere le prime 40 armoniche della rete, la cosa si complica un pochino. Ovviamente la soluzione del sommatore e` senza senso, chi te l'ha consigliata non ha le idee molto chiare di elettronica.

Ti serve un circuito in grado di isolare e misurare tensioni elevate. Ad esempio ce ne sono della LEM che isolano e riducono la tensione con banda ragionevole.

Poi potresti anche usare qualcosa di meglio di arduino, ci sono schede di sviluppo della texas con dsp a bordo che hanno una potenza di calcolo non indifferente.

Devi solo misurare la tensione e distorsione, oppure anche la corrente con la fase rispetto alla tensione?

[carloc]

...
L'idea è quella di utilizzare arduino per campionare il segnale
.....

o magari dopo l'isolamento/condizionamento potresti vedere se riesci ad ottenere l'accuratezza richiesta solo acquisendo con la scheda audio del PC e un software tipo http://www.sillanumsoft.org/.

Come campionamento batti arducoso alla grande (qualsiasi scheda audio arriva a 96kS/s e 16 bit) e poi hai un sacco di utility per la visualizzazione e postprocessing del segnale.

I punti da verificare sarebbero la banda verso il basso, anche se poi in realtà quel software permette di "compensare", ed il rumore portato dentro dal PC stesso ed il suo alimentatore.

Comunque visto il costo zero di questa strada un tentativo lo farei

[MarcoGraziani]

Lo scopo è quello di calcolare l'ampiezza delle prime 13 armoniche di tensione, quindi fino a 650 Hz, con relativo THD. Utilizzare il partitore sarebbe una soluzione semplice ed economica, non dovrei preoccuparmi della banda passante del trasformatore, quindi non ci sarebbe alcun modo di renderla una soluzione "sicura"?
Per quanto riguarda il campionamento con arduino, la frequenza di campionamento sarebbe di circa 6kHz e quindi la scheda dovrebbe riuscire a farlo, poi i dati verranno inviati al PC per l'elaborazione. Semmmai quello che mi preoccupa è la risoluzione di 10 bit del converitore A/D, non sono sicuro che sia abbastanza preciso...

[IsidoroKZ]

Un partitore dovrebbe essere fatto simmetrico, due resistenze elevate (esempio 1Mohm) in serie ciascuna a uno dei conduttori di rete (anche il neutro!) e poi in mezzo una resistenza che dia la tensione che ti serve.

Ma hai problemi di modo comune, che si possono risolvere con un ampli differenziale ad alta tensione come avevo indicato prima. I 10 bit limitano parecchio la dinamica del sistema, poi devi memorizzare i campioni e spedirli al PC.

Se sai lavorare con gli operazionali forse si puo` fare un circuito per la misura della rete, circuito che esce nell'intevallo 0-5V, ma sono un po' restio a far lavorare qualcuno direttamente attaccato alla rete.

Riesci a misurare la funzione di trasferimento di un trasformatore per vedere che cosa fa a 650Hz? Ti interessa anche la fase delle varie armoniche o solo il modulo?