Arduino yordamida o'zgaruvchan tok kuchini qanday o'lchash mumkin: 4 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Hammaga salom! Bu mening uchinchi ko'rsatma, umid qilamanki, siz bu ma'lumotni topasiz:-) Bu Arduino yordamida quvvat faktorini o'lchashni o'rgatadi. Ishni boshlashdan oldin bir nechta narsani yodda tutish kerak:

1. Bu faqat LINEAR yuklari bilan ishlaydi (masalan, induktiv motorlar, transformatorlar, solenoidlar)
2. Bu NON-LINEAR bilan ishlamaydi (masalan, CFL lampalari, kalit rejimidagi quvvat manbalari, LEDlar)
3. Men elektr muhandisiman va tarmoq potentsiali bilan ishlashda juda malakali (ya'ni 230V)

Ogohlantirish! Agar siz o'qimagan bo'lsangiz yoki tarmoq voltaji bilan qanday to'g'ri ishlashni bilmasangiz, men sizga ko'rsatma beriladigan qismni davom ettirmaslikni maslahat beraman va men sizga sxemaning ishlashini isbotlashning xavfsiz usulini ko'rsataman.

Bu chiziqli yuklarda PFni o'lchash muammosining apparat echimi. Buni faqat kod yordamida amalga oshirish mumkin, shu jumladan chiziqli bo'lmagan yuklarni o'lchash qobiliyati, men buni boshqa ko'rsatma berishni maqsad qilganman.

Buni o'qiyotgan har qanday yangi boshlanuvchilar uchun, kuch faktori haqiqiy quvvatning ko'rinadigan quvvatga nisbati bo'lib, uni besleme zo'riqishi va tok o'rtasidagi faza burchagi kosinusini topish yo'li bilan hisoblash mumkin (Google -dan olingan rasmga qarang). Bu o'zgaruvchan tok ilovalarida muhim ahamiyatga ega, chunki "Ko'rinadigan quvvat" (Volt-Amper) ni oqimga ko'paytirilgan kuchlanish yordamida osongina hisoblash mumkin. Haqiqiy kuch yoki "Haqiqiy Quvvat" (Vatt) ga ega bo'lish uchun, vattda kuchni haqiqiy o'lchash uchun aniq kuchni kuch faktoriga ko'paytirish kerak. Bu faqat muhim induktiv yoki kapaktiv komponentga (masalan, dvigatel) ega bo'lgan yuklarga taalluqlidir. Elektr isitgichlar yoki akkor lampalar kabi aniq rezistent yuklarning quvvat koeffitsienti 1,0 (birlik) ga ega, shuning uchun haqiqiy quvvat va tashqi kuch bir xil.

1 -qadam: O'chirish dizayni

Quvvat faktorini osiloskop yordamida, kuchlanish va oqim signallari orasidagi vaqt farqini o'lchash orqali hisoblash mumkin. Ularni to'lqinning istalgan nuqtasida o'lchash mumkin, agar ular bir joyda namuna olsalar. Bu holda nol kesish nuqtalari (kuchlanish X o'qidan o'tgan to'lqin nuqtalari) o'rtasida o'lchash mantiqan to'g'ri edi.

Men Multisim -da quyidagi sxemani ishlab chiqdim. Yukning oqimi va kuchlanishini sinusoidal to'lqin shakllari deb hisoblasak, quvvat faktorini o'lchash mumkin. Har bir to'lqin shakli nol kesish detektoriga (ba'zan sinusdan to to'lqinli konvertor deb ataladi) beriladi, bu taqqoslash voltaji 0V bo'lgan taqqoslash rejimida 741 op-amp. Sinus to'lqin manfiy tsiklda bo'lsa, manfiy DC puls hosil bo'ladi, sinus to'lqin musbat bo'lsa, musbat DC puls hosil bo'ladi. Ikkala kvadrat to'lqinlar eksklyuziv OR (XOR) mantiqiy darvozasi yordamida taqqoslanadi, bu faqat yuqori to'lqinlar kvadrat to'lqinlari bir -biriga to'g'ri kelmaganida, va ular bir -birining ustiga tushganda - 0V yuqori yuqori DC impulsini beradi. XOR eshigining chiqishi, shuning uchun ular nol nuqtasini kesib o'tgan nuqtadan ikki to'lqin orasidagi vaqt farqi (delta t). Bu farq signalini mikrokontroler tomonidan aniqlab, quvvat faktoriga quyidagi hisob yordamida aylantirish mumkin (ilmiy kalkulyatoringiz radian emas, balki darajalarda ekanligiga ishonch hosil qiling):

cos (phi) = f * dt * 360

Qaerda:

cos (phi) - quvvat omili

f - o'lchangan ta'minot chastotasi

dt - delta t yoki to'lqinlar orasidagi vaqt farqi

360 - daraja bilan javob berish uchun ishlatiladigan doimiy

Rasmlarda siz sxemaning uchta simulyatsiya qilingan osiloskop izini ko'rasiz. Ikkita kirish signali yuk va yukni ko'rsatadi. Men nazariyani namoyish qilish uchun ikkinchi signalga faza farqini 18 daraja berdim. Bu taxminan 0,95 PFni beradi.

2 -qadam: prototip yaratish va sinov

Prototipni yaratish uchun men sxemani lehimsiz non paneliga qo'ydim. UA741CN ma'lumotlar jadvalidan va CD4070CN ma'lumotlar jadvalidan ikkala IC 12-15 VDC quvvat manbai bilan ishlaydi, shuning uchun men +12V, 0V, -12V kuchlanishli ikkita temir yo'lni yaratish uchun ikkita batareyadan quvvat oldim.

Yukni simulyatsiya qilish

Ikki kanalli signal generatori yoki funktsiyali generator yordamida yukni simulyatsiya qilish mumkin. Men bu arzon va xushchaqchaq xitoy qutisidan 18 graduslik ikkita 50 Gtslik sinus to'lqinlarni ishlab chiqarish uchun ishlatdim va signallarni sxemaga uzatdim. Natijada paydo bo'lgan to'lqin shakllarini osiloskopda ko'rishingiz mumkin. Yuqoridagi rasmlarda siz bir-birining ustiga o'ralgan to'rtburchaklar to'lqinlarni ko'rishingiz mumkin (har bir op-ampdan chiqish), qolgan uchta rasm esa XOR darvozasi chiqishini tasvirlaydi. Chiqish pulsining kengligi faza burchagi kamayishi bilan qanday qisqarishiga e'tibor bering. Yuqoridagi misollar 90, 40, 0 darajalarni ko'rsatadi.

3 -qadam: Arduino kodi

Yuqorida aytib o'tilganidek, o'lchash sxemasidan chiqish - bu ikkita kirish signallari orasidagi vaqt farqi (ya'ni oqim va kuchlanish signali). Arduino kodi "pulseIn" dan foydalanib, o'lchov sxemasidan chiqish pulsining uzunligini nano soniyalarda o'lchaydi va uni yuqorida aytib o'tilgan PF formulasida ishlatadi.

Kod, asosan, kodni yanada tartibli va o'qiy oladigan qilib, konstantalarni aniqlashdan boshlanadi. Eng muhimi, C kodi (arduino kodi) gradusda emas, balki radianda ishlaydi, shuning uchun burchak va PF ni keyinchalik hisoblash uchun radianlardan graduslarga o'tkazish kerak. Bir radian taxminan. 57.29577951 daraja. Nano soniyalarni oddiy soniyalarga aylantirish uchun 360 raqami va 1x10^-6 ko'paytma omili saqlanadi. Chastotani boshida ham aniqlanadi, agar siz 50 Gtsdan boshqa narsani ishlatayotgan bo'lsangiz, bu kodning boshida yangilanganligiga ishonch hosil qiling.

"Void loop ()" ichida men Arduino -ga burchakni yuqorida aytib o'tilgan PF formulasi asosida hisoblashni aytdim. Ushbu kodni birinchi marta takrorlashda, kod to'g'ri burchak va quvvat faktorini qaytaradi, lekin har bir to'g'ri natija o'rtasida ketma -ket konsolda noto'g'ri past qiymat qaytariladi. Men bu har bir o'qish yoki har to'rt o'lchov ekanligini payqadim. Men ketma -ket to'rt o'qishning maksimal qiymatini saqlash uchun "for" tsikliga "if" iborasini joylashtirdim. Bu hisobni dastlab nolga teng bo'lgan "angle_max" bilan solishtirish orqali amalga oshiriladi va agar u kattaroq bo'lsa, yangi burchakni "angle_max" ichida saqlaydi. Bu PF o'lchovi uchun takrorlanadi. Buni "for" pastadirida bajarish to'g'ri burchak va pf har doim qaytarilishini bildiradi, lekin agar o'lchangan burchak o'zgarsa (yuqoriroq yoki pastroq), "for" end "angle_max" keyingi sinov uchun nolga qaytariladi, qachon " void loop () "takrorlanadi. Bu Arduino veb -saytida qanday ishlashining yaxshi namunasi bor (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). Ikkinchi "if" formulasi, agar sinovdan o'tayotgan qurilma o'chirilganida, noto'g'ri yuqori o'lchash bo'lsa, 360 dan yuqori qiymatni qaytarishga to'sqinlik qiladi.

4 -qadam: Kislota testi

O'zgaruvchan tok kuchlanishi bilan xavfsiz ishlashni bilmasangiz, quyidagilarga urinmang. Agar sizning xavfsizligingizga shubha qilsangiz, kirish signallarini ikki kanalli to'lqinli generator yordamida simulyatsiya qilib ko'ring.

Izdoshning iltimosiga binoan, men Fritzing -da sxemani va namuna olish/sezish sxemasini yaxshiroq tushunish uchun non paneli tuzdim (men.fzz faylini va-p.webp

Kontseptsiya haqiqatan ham ishlayotganini isbotlash uchun sxemani non paneli kamroq lehim bilan qurilgan. Rasmlardan siz sxemani ko'rishingiz mumkin. Kontseptsiyani sinab ko'rish uchun men induktiv yuk sifatida stol foniyidan foydalandim. 230V elektr tarmog'i va yuk o'rtasida mening sezish uskunam bor. Menda kuchlanish to'lqinini namuna olish uchun 230Vni to'g'ridan -to'g'ri 5V ga o'zgartiradigan pastga tushadigan transformator bor. Oqim to'lqinini (alyuminiy qoplamali rezistorning o'ng tomonida) namuna olish uchun jonli o'tkazgich atrofiga mahkamlangan invaziv bo'lmagan oqim transformatori ishlatilgan. E'tibor bering, siz oqim yoki kuchlanishning amplitudasini bilishingiz shart emas, faqat nol o'tishni aniqlash uchun op-amp uchun to'lqin shakli. Yuqoridagi rasmlarda fanning haqiqiy oqim va kuchlanish to'lqin shakllari va 0,41 PF va 65 graduslik burchakka ega bo'lgan arduino seriyali konsoli ko'rsatilgan.

Haqiqiy quvvat o'lchovlarini amalga oshirish uchun bu ishchi direktorni uy qurilishi energiya monitoriga qo'shish mumkin. Agar sizning vakolatingiz bo'lsa, siz har xil induktiv va rezistiv yuklarni kuzatib, ularning quvvat faktorini aniqlashga harakat qilishingiz mumkin. Va u erda! quvvat faktorini o'lchashning juda oddiy usuli.