meranie frekvencie striedavého napätia 3V-250V

[scd]

Zdravím,
potreboval by som co najjednoduchšie vyriešiť odmeranie frekvencie striedavého napätia (stačí mi ho previesť na impulzy, ktoré ďalej spracujem). Napätie môže nadobúdať hodnoty od 3 až po 250V, pričom frekvencia sa môže pohybovať cca od 5 po 200 Hz.
Prikladám môj návrh riešenia. Prosím znalcov o vyjadrenie, či by to takto mohlo fungovať, resp. ako by sa to dalo vylepšiť.
Vďaka

[pin]

Cez sériové zapojenie C1 a D2 nemôžeš odoberať prúd pre napájanie.

[breta1]

Těch chyb je tam více - kondenzátor 470uF je nesmysl (patří tam 470nF), kondenzátor C3 je přepolovaný.....

[scd]

Pin: hold asi som to moc zjednodušil keď som vyhodil ten usmerňovací mostík Na ale ako to vyriešiť potom inak? jedine tam dať výkonový odpor miesto kondenzátoru, alebo použiť mini trafko.

Breta1: máš pravdu aj ja som si to už všimol, je to preklep malo to byť ako píšeš, to som len tak v rýchlosti načmáral v eagle pre názornosť

Jedná sa mi hlavne o tú vrchnú časť, či to podľa vás bude dávať spoľahlivo impulzy pri danom rozsahu napätia

[breta1]

Myslím, že se to dá navrhnout podstatně jednodušeji.
Ale hned na začátku důležitý dotaz - nevadí, že ten měřený kmitočet bude galvanicky spojený se sítí ??

[scd]

To by bolo super keby to šlo jednoduchšie. Stačí mi len aby výstup bol galvanicky oddelený čo zabezpečí ten optočlen. Vstupný signál možno považovať ako keby to bola L1, a napájané je to z L2, čiže nulák je spoločný bod.

[breta1]

V tom případě jsem pro tebe namaloval toto.
Nutné je použít ten tranzistor T1 s Uce cca 400V (MPSA44), na T2 nezáleží, odpory jsou všechny miniaturní.
Možná to ty vstupní 3V už nevezme, chce to zkusit.
Jestli si někdo hraje ze simulátorem, hoďte to tam prosím, co to řekne.

[scd]

velice pekné, čiže vlastne prúdový zdroj pre ledku. Stratove teplo by sa malo teda pretopiť na T1, no obávam sa, že to nezvládne, ak LED odoberá 5mA, tak by bol potrebný stratový výkon ca 250*0,005A=1,25W a v katalógu tranzistoru sa uvádza 625mW. Či sa mýlim?

[breta1]

Mýlíš se.
Za diodou je 163V ef, optronem poteče cca 1,2mA, tedy Pc=200mW.

[scd]

OK, ďakujem pekne. Keď budem doma skúsim to aj odsimulovať, ale myslím že by to mohlo byť postačujúce a aj elegantné riešenie.

[breta1]

OK, dej pak vědět, jak to dopadlo.
Já se ještě musím vrátit k tomu výpočtu výkonové ztráty na tranzistoru ve funkci proudového zdroje - tam jsem se dopustil nepřesnosti, ve skutečnosti ta ztráta bude ještě menší (sorry za trochu teorie).
Označme efektivní hodnotu napětí Uef, její maximální hodnotu Um, střední hodnotu jedné půlvlny Us a proud I (ten bude stejnosměrný a konstantní v dané půlperiodě).
Pro jednu půlperiodu bude tedy střední hodnota výkonu v této půlperiodě integrálním součtem okamžitých hodnot napětí vynásobená proudem I. Protože I je konstantní, může se dát před integrál a zůstane tam ten integrál, který je vlastně vyjádřením střední hodnoty napětí Us,
Us=1/T ∫u(t) dt, kde Tje půlperioda a meze integrálu budou od nuly do T

takže po výpočtu integrálu to bude
Us=2Um/Π
Protože další půlperiodu dioda nepustí bude výsledná střední hodnota napětí Usv poloviční, tedy Usv=Um/Π
Takže pro daný případ Uef=250V a proud I=1,2mA bude výkonová ztráta na tranzistoru
P=Usv x I=Um/Π x I=0,14W
Samozřejmě úbytky napětí na diodě, optronu a odporu jsou zanedbány.
(prosím znalé o kontrolu správné úvahy a výpočtu)

edit - udělal jsem drobnou chybičku v numerickém násobení, správný výsledek je
P=Usv x I=Um/Π x I=0,135W

[pin]

Dá sa na to ísť aj jednoduchšie.

Za diodou je 163V ef, optronem poteče cca 1,2mA, tedy Pc=200mW.

Ak tečie jednu polperiódu prúd s hodnotou 1,2 mA a druhú polperiódu s hodnotou 0, je jeho efektívna hodnota pre celú periódu 1,2/√2 = 0,85 mA. Takže výkon bude 163×0,85, čo dá tých 140 mW.

[breta1]

Někdo dělá chybu.
Nezdá se mi, že v tomto případě bude možné použít jednoduše ten výpočet Uef x Ief - dojdeme k většímu rozdílu.
Je náhoda, že výsledek je skoro stejný, ale to je tím, že já počítal s 250V, ty s 230V a náhodou to vyšlo stejně.
Takže kde je rozdíl:
Obecně po úpravě u mě tedy
P=Um x I/∏
a u tebe po úpravě
P=Um x I/2
Takže výsledky se liší Π/2 krát, tedy 1,57 krát.
Takže u koho je chyba - pomozte.

[pin]

a u tebe po úpravě
P=Um x I/2

To nie je tak, ako som povedal. Teda:
Um: maximálna hodnota
Um/√2: efektívna hodnota sinusu
Um/√2/√2=Um/2: efektívna hodnota periódy s jednou polperiódou nulovou
I: konštantný prúd
I/√2: efektívna hodnota, ak v T/2 je I a v T/2 je 0 (T je perióda)

Takže u mňa je P = Um/2×I/√2 a výsledok 1,11x väčší.

Ale chybu robím asi ja, lebo záťaž je nelineárna a tak na ňu aplikácia efektívnej hodnoty moc nepasuje.

[balki]

Ono to s tým výpočtom výkonu nie je až také jednoduché ako sa zdá

Nemôžte spočítavať výkon P = Uef*Ief rôznych priebehov bez poznania ich spektier. To môžte pokiaľ majú rovnaký tvar alebo sú fázovo posunuté. Preto vaše výpočty sú len informatívne, resp. maximálne možné výkony aké sa dajú očakávať. Preto vypočítať presný výkon je to trochu zložitejšie. V skutočnosti bude o málo menší než ten čo ste vypočítali.

Ako školský príklad si teda môžme zobrať dva vyššie spomenuté neharmonické signály.
A teda pre napätie jednocestne usmernený signál 1 s amplitúdou A.
Pre prúd impulzný signál 2 s amplitúdou B.
Majú frekvencie rovnaké = 50Hz.

Výkon všeobecne je p(t)=u(t)*i(t) po celú dobu periódy.
Z Fourierovho teorému: činný výkon v neharmonických obvodoch je daný súčtom výkonov všetkých rovnakých harmonických amplitúd daných dvoch signálov, plus súčin stredných hodnôt týchto signálov. A nie len tak nejakých "výkonov", ale súčinov efektívnych hodnôt.

Signál 1 má spektrum ktoré neobsahuje nepárne harmonické a signál pre prúd 2 obsahuje práve nepárne 3, 5, ...
To znamená že tieto dva signály nemajú rovnaké spektrá. Majú rovnakú iba jednu harmonickú a to 50Hz.

Preto činný výkon na rezistore bude rovný:
P = Udc*Idc + U(1)*I(1)/2 + 0 + 0 ...
Kde:
Udc je stredná hodnota signálu 1. Tá je rovná ak si dobre spomínam A/pi.
Idc je stredná hodnota signálu 2. Tá je rovná B/2.
U(1) a I (1) je ako som spomínal, amplitúda prvej harmonickej pre napätie a prúd. Tú zistíme z Fourierovho rozvoja.
Nechce sa mi to celé z integrálov odvádzať a preto v tabuľkách priebehov som našiel:
- pre signál 1 U(1)=(A/2)
- pre signál 2 I(1)=B*(2/pi)

Po dosadení dostávame výkon všeobecne:
P = (A/pi)*B/2 + ((A/2)*B*(2/pi))/2

Ak A=250V*(sqrt(2) a B=1,2mApeak potom ak som dobre dosadil:

P = 135mW.

[breta1]

Došli jsme oba ke shodnému výsledku.
Když upravím tvůj výraz
P = (A/pi)*B/2 + ((A/2)*B*(2/pi))/2 dostaneme
P=AB/pi , což je stejné jako moje
P=Um/Π x I
a výsledek je stejný P=135mW

[balki]

breta1, áno ak ten môj výsledok sa zjednoduší je nakoniec výsledok rovnaký
Pri iných priebehoch by to tak už byť nemuselo.
Keď si to niekto bude chcieť vyrátať aj pre iné priebehy aspoň bude vedieť aký je postup. (nie vždy je výkon tak jednoducho odvoditeľný)

[scd]

tak konecne som mal na to cas. Zapojenie odsimulovane aj realne odskusane a je funkcne. Dakujem breta1 K+