Schon häufiger war in einschlägigen Foren der Wunsch zu hören, DC Spannung und Strom zu messen und daraus mittels Multiplikation die elektrische Leistung abzuleiten. Leider bietet kein Shelly bis heute „off-the-shelf“ eine solche Möglichkeit.
Die wirkungsvollen Möglichkeiten des Customizing von Spannungs- und Impulseingang des Shelly UNI plus haben mich verleitet, einen Versuchsaufbau zu machen:
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Man erkennt ganz oben links einen HA4009 Hall-Stromwandler. Dieses Teil ist in der Lage, auch Gleichströme zu messen und bietet einen Stromausgang mit einem Hub von +/-50mA. Mit einem entsprechenden Shunt lässt sich daraus leicht ein Spannungshub von +/-15V gestalten, der den ADC-Meßbereich des Shelly UNI plus voll ausnutzt. Natürlich „kostet“ dieser Vorteil auch etwas: Der Stromwandler benötigt eine symmetrische Betriebsspannung!
Eine Bemerkung zu den vielen (16) Drähten, die durch den Stromwandler führen: Sie erleichtern das Experimentieren, weil dadurch der 16fache Strom gemessen wird. Das macht den Umgang mit einem 50A-Wandler einfacher…
Link zum Datenblatt des Wandlers: https://www.poweruc.pl/products/hall-…t=1882719715372
Die Erzeugung dieser beiden Spannungen übernimmt ein 3W DC/DC-Spannungswandler von RECOM: RW-2415D (rechts neben dem Stromwandler).
Die Spannung muß mit dem Zähleingang des UNI plus gemessen werden, weil kein zweiter ADC-Eingang zur Verfügung steht. Folglich benötigt einen U/f-Wandler. Dazu gibt es von diversen Shops Module, die mit dem IC LM331 von National Semiconductor arbeiten. Hier ein Link zu einer Bezugsquelle: Klick!
Ein kleiner Nachteil eines solchen U/f-Wandlers darf nicht verschwiegen werden: „Null“ Volt messen die Teile nicht - denn dann müsste die Ausgabegröße „Frequenz“ sehr sehr klein werden und wäre kaum präzise zu messen. Weil es sich bei den Anwendungsfällen jedoch vorwiegend um solche mit schwankenden Strömen in beiden Flußrichtungen, jedoch um Spannungen in einem bestimmten Bereichhandeln dürfte, ist der Nachteil verschmerzbar. Ein Vierquadranten-Leistungsmesser stellt die Versuchanordnung NICHT dar!
Direkt unterhalb des Pärchens Stromwandler - DC/DC-Wandler ist das LM331-Modul zu sehen.
Darunter bleibt der Shelly UNI plus übrig.
Gespeist wird die Mimik mit 24V DC. Und dies führt uns endlich zum Schaltbild:
Den Spannungsteiler vor dem LM331-Modul habe ich (noch) nicht ausgeführt. Mir genügte zum Test der Eingangsspannungsbereich von 1,5 bis 10V. Ansonsten halte ich die Schaltung für selbsterklärend. Frage dazu beantworte ich allerdings gerne…
Noch zwei Screenshots zu Parametrierung des Shelly:
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Die Formel am ADC berücksichtigt in der der ersten Klammer den Offset, der durch die unsymmetrische Abnahme der Meßspannung entsteht: Der Nullpunkt liegt bei 14,91V. Kleinere Spannung bedeutet negativen Stromfluß; größere Spannungen als 14,91V zeigen positive Ströme an. Die zweite Klammer sagt, daß bei Vollausschlag 15V über dem Shunt von 300Ω 50A fließen.
Der Impulseingang misst die Frequenz, die mit dem Faktor 1000 gleichbedeutend mit der Spannung am Meßeingang ist.
Eine Beobachtung, der ich noch nachgehen muß: Bei Spannungs-(Frequenz-)Änderung musste ich die WebUI auffrischen. Das ist ein kleiner Nachteil, der hoffentlich zu beheben ist.
Was bleibt noch zu tun? Die Entwicklung eines Scripts, welches die beiden Werte „Strom“ und „Spannung“ multipliziert und als Leistung über MQTT ausgibt. Dazu erhoffe ich mir Unterstützung eines Kundigen…
