Arduino менен AC кубаттуулукту кантип өлчөө керек: 4 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Салам баарына! Бул менин үчүнчү көрсөтмөм, сиз муну маалыматтуу деп табасыз деп үмүттөнөм:-) Бул Arduino менен кубаттуулуктун негизги факторун кантип өлчөөнү үйрөтөт. Баштоодон мурун бир нече нерсени эске алуу керек:

1. Бул LINEAR жүктөмдөрү менен гана иштейт (мисалы, индуктивдүү моторлор, трансформаторлор, соленоиддер)
2. Бул NON-LINEAR менен иштебейт (мисалы, CFL лампалары, которуу режиминин энергия булактары, LEDлер)
3. Мен инженер -электрикмин жана электр потенциалы менен иштөөдө абдан сабаттуумун (б.а. 230В)

Эскертүү! Эгерде сиз тренингден өтпөсөңүз же электр чыңалуусу менен кантип туура иштөөнү билбесеңиз, анда мен сизге инструкциянын бул бөлүгүн улантууну сунуш кылбайм жана мен сизге схеманын ишин далилдөөнүн коопсуз ыкмасын көрсөтөм.

Бул сызыктуу жүктөмдөрдө КФны өлчөө маселесинин аппараттык чечими. Бул дагы код аркылуу гана жасалышы мүмкүн, анын ичинде сызыктуу эмес жүктөрдү өлчөө мүмкүнчүлүгү бар, мен аны башка көрсөтмөдө камтууну максат кылам.

Муну окуган жаңы баштагандардын пайдасы үчүн, кубаттуулук фактору чыныгы кубаттуулуктун көрүнөө кубаттуулугуна катышы болуп саналат жана камсыздоо чыңалуусу менен токтун ортосундагы фазалык бурчтун косинусун табуу менен эсептелинет (Google тиркелген сүрөттү караңыз). Бул AC колдонмолорунда чоң мааниге ээ, анткени "Көрүнгөн күч" (Вольт-Ампер) чыңалуусун Токтун көбөйтүүсүнүн жардамы менен оңой эле эсептөөгө болот. Бирок чыныгы бийликти же "Чыныгы Күчтү" (Ватт) алуу үчүн айкын кубаттуулукту Ватт менен бийликтин чыныгы өлчөөсүн жасоо үчүн күч факторуна көбөйтүү керек. Бул олуттуу индуктивдүү же капактивдүү компонентке ээ болгон жүктөргө гана тиешелүү (мотор сыяктуу). Электр жылыткычтар же лампочкалар сыяктуу таза каршылыктуу жүктөмдөрдүн кубаттуулук коэффициенти 1,0 (биримдик) бар, ошондуктан Чыныгы Күч жана Көрүнүштүн күчү бирдей.

1 -кадам: Райондук дизайн

Кубат коэффициентин осциллографтын жардамы менен, чыңалуу менен учурдагы сигналдын ортосундагы айырманы өлчөө менен эсептесе болот. Булар ошол эле жерде үлгү алынса, толкундун каалаган убагында өлчөнүшү мүмкүн. Бул учурда нөлдүк кесилиш чекиттерин (чыңалуу X огунан өткөн толкундагы чекиттерди) өлчөө логикалык болгон.

Мен Multisimде төмөнкү схеманы түздүм. Жүктүн ток жана чыңалуусу таза синусоидалык толкун формалары деп ойлосок, күч факторун өлчөөгө болот. Ар бир толкун формасы нөлдүк кесилиш детекторуна (кээде синус менен төрт бурчтуу толкунга айландыруучу деп аталат) берилет, бул салыштыруу чыңалуусу 0В болгон 741 оп-амп. Синус толкуну терс циклде болгондо терс DC импульсу пайда болот, ал эми синус толкуну оң болгондо оң DC импульсу пайда болот. Эки чарчы толкун эксклюзивдүү OR (XOR) логикалык дарбазасынын жардамы менен салыштырылат, бул квадрат толкундары бири -бирине төп келбегенде гана оң жогорку DC импульсун чыгарат, ал эми алар бири -бирине төп келгенде 0В. XOR дарбазасынын чыгышы нөлдүк чекиттен өткөн чекиттен эки толкундун ортосундагы убакыт айырмасы (дельта t). Бул айырма сигналы микроконтроллер тарабынан белгилениши жана төмөнкү фактордун жардамы менен кубаттуулук коэффициентине айландырылышы мүмкүн (илимий калькуляторуңуз радиандарда эмес, градустарда экенине ишениңиз):

cos (phi) = f * dt * 360

Кайда:

cos (phi) - күч фактору

f - өлчөнүүчү берүүнүн жыштыгы

dt - delta t же толкундардын ортосундагы убакыт айырмасы

360 - даражада жооп берүү үчүн колдонулган туруктуу

Сүрөттөрдө схеманын үч симуляцияланган осциллограф изин көрөсүз. Эки кирүү сигналдары учурдагы жүктү жана чыңалууну билдирет. Мен экинчи сигналга теорияны көрсөтүү үчүн 18 градустук фазалык айырмачылыкты бердим. Бул болжол менен 0,95 PF берет.

2 -кадам: Прототиптөө жана тестирлөө

Менин прототипим үчүн схеманын дизайнын ширетилбеген нан тактасына койдум. UA741CN маалымат барагынан жана CD4070CN маалымат барагынан ICдин экөө тең 12-15 Vdc менен камсыздалат, ошондуктан мен эки рельс +12V, 0V, -12V Volt электр менен камсыз кылуу үчүн эки батареяны колдондум.

Жүктү окшоштуруу

Сиз кош каналдуу сигнал генераторун же функция генераторун колдонуу менен жүктү окшоштура аласыз. Мен бул арзан жана шайыр кытай кутусун колдонуп, 50 Гц синус толкундарын 18 градуска бөлүп чыгардым жана сигналдарды схемага киргиздим. Сиз осциллографта пайда болгон толкун формаларын көрө аласыз. Жогорудагы сүрөттөрдө сиз бири-бирине дал келген эки чарчы толкунду көрө аласыз (ар бир оп-амптан чыккан чыгым), калган үч сүрөт XOR дарбазасынын өндүрүшүн чагылдырат. Чыгаруу импульсунун туурасы фазанын бурчунун азайышы менен кантип кыскарганына көңүл буруңуз. Жогорудагы мисалдар 90, 40, 0 даражаларды көрсөтөт.

3 -кадам: Arduino коду

Жогоруда айтылгандай, өлчөө схемасынан чыгуу - бул эки сигналдын ортосундагы убакыт айырмасы (б.а. ток жана чыңалуу сигналы). Arduino коду "pulseIn" колдонуп, өлчөө схемасынан чыгуучу импульстун узундугун нано секундада өлчөйт жана аны жогоруда айтылган PF формуласында колдонот.

Код константаларды аныктоодон башталат, негизинен кодду уюшкандыкта жана окууга ыңгайлуу кылуу үчүн. Эң негизгиси, C коду (arduino коду) градус эмес, радиандарда иштейт, андыктан бурчтарды жана КФны кийинчерээк эсептөө үчүн радиандардан градуска которуу керек. Бир радиан болжол менен. 57.29577951 градус. 360 саны дагы сакталат жана нано секунддарды жөнөкөй секундага айландыруу үчүн 1x10^-6 көбөйтүү коэффициенти сакталат. Жыштык да башында аныкталат, эгер сиз 50 Гцтен башка нерсени колдонуп жатсаңыз, бул коддун башында жаңыртылганын текшериңиз.

"Void loop ()" ичинде мен Arduinoго бурчту PF формуласынын негизинде эсептөөнү айттым. Бул коддун биринчи кайталанышында, код туура бурчту жана кубаттуулукту кайтарат, бирок ар бир туура жыйынтыктын ортосунда кээ бир ката төмөн маанилер сериялык консолго кайтарылат. Мен муну башка окуулар же ар бир төрт өлчөө экенин байкадым. Ар бир төрт окуунун максималдуу маанисин сактоо үчүн "for" циклинин ичине "if" билдирүүсүн койдум. Ал муну "нөл_макс" менен салыштырып, нөлгө барабар кылат, ал эми чоңураак болсо, жаңы маанини "angle_max" ичинде сактайт. Бул PF өлчөө үчүн кайталанат. Муну "for" циклинде жасоо менен бул туура бурч жана pf дайыма кайтарылып берилерин билдирет, бирок эгер өлчөнгөн бурч өзгөрсө (жогору же төмөн), "for" end "angle_max" кийинки сыноо үчүн нөлгө кайтарылат, качан " void loop () "кайталанат. Бул Arduino веб -сайтында кантип иштээринин эң сонун мисалы бар (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). Экинчи "эгер" формуласы, сыналып жаткан түзмөк өчүрүлгөндө, туура эмес өлчөнгөн учурда, 360тан жогору болгон кандайдыр бир маанини кайтарып берүүнү алдын алат.

4 -кадам: Кислоталуу тест

AC электр чыңалуусу менен коопсуз иштөөнү билмейинче, төмөнкүлөргө аракет кылбаңыз. Эгерде сиз өзүңүздүн коопсуздугуңузга күмөн санасаңыз, эки каналдуу толкун формасындагы генератор менен кирүүчү сигналдарды окшоштуруп көрүңүз.

Издөөчүнүн өтүнүчү боюнча, мен Fritzing боюнча схеманын схемасын түздүм жана схеманы жана тандоону/сезүү схемасын жакшыраак түшүнүү үчүн (мен.fzz файлын жана-p.webp

Концепциянын иш жүзүндө иштээрин далилдөө үчүн, схема нанга караганда азыраак столдо курулган. Сүрөттөрдөн схеманын түзүлүшүн көрө аласыз. Мен түшүнүктү текшерүү үчүн индуктивдүү жүк катары стол желдеткичин колдондум. 230В электр тармагы менен жүктүн ортосунда менин сезүүчү жабдууларым бар. Менде чыңалуу толкунунун үлгүсүн алуу үчүн 230В түз 5Vга айландыруучу ылдый түшүүчү трансформатор бар. Учурдагы толкун формасын (алюминий менен капталган резистордун оң жагында) үлгү алуу үчүн тирүү өткөргүчкө кысылган инвазивдүү эмес ток трансформатору колдонулган. Белгилей кетчү нерсе, токтун же чыңалуунун амплитудасын билүүнүн кажети жок, нөлдүк өтүүнү аныктоо үчүн оп-амптын толкун формасы. Жогорудагы сүрөттөр желдеткичтен келген учурдагы жана чыңалуу толкундарынын формаларын жана arduino сериялык консолун көрсөтөт, ал 0.41 PF жана 65 Deg бурчу жөнүндө билдирет.

Бул жумушчу принципти чыныгы кубаттуулукту өлчөө үчүн үйдө жасалган энергетикалык мониторго киргизсе болот. Эгерде сиздин компетенттүү болсоңуз, анда ар кандай индуктивдүү жана резистивдүү жүктөрдү көзөмөлдөп, алардын күч факторун аныктоого аракет кылсаңыз болот. Жана ал жерде! күч факторун өлчөө үчүн абдан жөнөкөй ыкма.