Arduino көмегімен айнымалы ток күшін қалай өлшеуге болады: 4 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Бәріне сәлем! Бұл менің үшінші нұсқаулығым, сіз оны ақпараттандырады деп үміттенемін:-) Бұл Arduino көмегімен қуат коэффициентінің негізгі өлшемін қалай жасау керектігі туралы нұсқаулық болады. Біз бастамас бұрын бірнеше нәрсені есте ұстауымыз керек:

1. Бұл тек LINEAR жүктемелерімен жұмыс істейді (мысалы, индуктивті қозғалтқыштар, трансформаторлар, соленоидтар)
2. Бұл NON-LINEAR-мен жұмыс істемейді (мысалы, CFL шамдары, қосқыш режимінің қуат көздері, жарық диодтары)
3. Мен инженер -электрикпін және электр потенциалымен жұмыс істегенде өте сауаттымын (яғни 230 В)

Ескерту! Егер сіз желілік кернеумен дұрыс жұмыс істеуді білмесеңіз немесе білмесеңіз, сізге нұсқаулықтың осы бөлігін жалғастырмауға кеңес беремін, мен сізге тізбектің жұмысын дәлелдеудің қауіпсіз әдісін көрсетемін.

Бұл сызықтық жүктемелерде ҚҚ өлшеу мәселесінің аппараттық шешімі. Мұны тек код арқылы жасауға болады, оның ішінде сызықты емес жүктемелерді өлшеу мүмкіндігі бар, мен оны басқа нұсқаулықта қарастырғым келеді.

Мұны оқитын кез келген бастаушылардың пайдасы үшін қуат коэффициенті - бұл нақты қуаттың көрінетін қуатқа қатынасы және оны кернеу мен ток арасындағы фазалық бұрыштың косинусын табу арқылы есептеуге болады (Google -дан алынған суретті қараңыз). Бұл айнымалы ток қосымшаларында маңызды, себебі «Көрінетін қуат» (Вольт-Ампер) кернеуді токқа көбейту арқылы оңай есептеуге болады. Нақты қуатты немесе «Нағыз қуатты» (Ватт) алу үшін көрінетін қуатты Ватт қуатын өлшеу үшін қуат коэффициентіне көбейту керек. Бұл елеулі индуктивті немесе капактивті компоненттері бар жүктемелерге ғана қатысты (мысалы, қозғалтқыш). Электр жылытқыштар немесе қыздыру шамдары сияқты резистивті жүктемелердің қуат коэффициенті 1,0 (бірлік) бар, сондықтан шынайы қуат пен көрінетін қуат бірдей.

1 -қадам: схеманы жобалау

Қуат коэффициентін осциллографтың көмегімен кернеу мен ток сигналы арасындағы уақыт айырмашылығын өлшеу арқылы есептеуге болады. Оларды толқынның кез келген нүктесінде өлшеуге болады, егер олар бір жерде сынама алынған болса. Бұл жағдайда нөлдік қиылысу нүктелерін (кернеу X осінен өткен толқын нүктелері) өлшеу қисынды болды.

Мен Multisim -де келесі схеманы жасадым. Жүктемедегі ток пен кернеуді таза синусоидальды толқындар деп есептесек, қуат коэффициентін өлшеуге болады. Әрбір толқын пішіні нөлдік қиылысу детекторына беріледі (кейде синус пен шаршы толқын түрлендіргіші деп аталады), бұл салыстыру кернеуі 0В болатын 741 оп-ампер. Синусоидалық толқын теріс циклде болғанда теріс ток импульсі түзіледі, ал синусоидалық толқын оң болса тұрақты ток импульсі пайда болады. Содан кейін екі шаршы толқын эксклюзивті OR (XOR) логикалық қақпасы арқылы салыстырылады, ол квадрат толқындар қабаттаспаған кезде ғана жоғары тұрақты ток импульсін шығарады, ал олар қабаттасқанда 0В. XOR қақпасының шығысы нөлдік нүктеден өтетін нүктеден екі толқын арасындағы уақыт айырмашылығы (дельта t) болып табылады. Бұл айырмашылық сигналын микроконтроллер уақытты есептеп, келесі факторды қолдана отырып қуат коэффициентіне түрлендіре алады (сіздің ғылыми калькуляторыңыз радиан емес градуспен екеніне көз жеткізіңіз):

cos (phi) = f * dt * 360

Қайда:

cos (phi) - қуат коэффициенті

f - өлшенетін жеткізу жиілігі

dt - дельта t немесе толқындар арасындағы уақыт айырмашылығы

360 - градуспен жауап беру үшін қолданылатын тұрақты

Суреттерде сіз тізбектің үш имитацияланған осциллограф ізін көресіз. Екі кіріс сигналы жүктемедегі ток пен кернеуді білдіреді. Мен теорияны демонстрациялау үшін екінші сигналға 18 градустық фазалық айырмашылық бердім. Бұл шамамен 0,95 PF береді.

2 -қадам: прототиптеу және тестілеу

Менің прототипімді құрастыру үшін мен контур дизайнын дәнекерлемейтін тақтаға қойдым. UA741CN деректер кестесінен және CD4070CN мәліметтер кестесінен IC екеуі де 12-15 Вт кернеуімен жұмыс істейді, сондықтан мен екі рельсті +12V, 0V, -12V вольтты қуат көзін жасау үшін екі батареяны қолдандым.

Жүктемені модельдеу

Қос каналды сигнал генераторы немесе функция генераторы арқылы жүктемені модельдеуге болады. Мен бұл қытайлық арзан және көңілді қорапты бір -бірінен 18 градустық 50 Гц синус толқындарын шығару үшін қолдандым және сигналдарды схемаға жібердім. Осциллографта пайда болатын толқын формаларын көруге болады. Жоғарыдағы суреттерде сіз бір-біріне сәйкес келетін екі шаршы толқынды көре аласыз (әр оп-амп-дан шығыс), ал қалған үш сурет XOR қақпасының шығуын суреттейді. Фазалық бұрыштың төмендеуімен шығыс импульсінің ені қалай қысқаратынына назар аударыңыз. Жоғарыдағы мысалдар 90, 40, 0 дәрежелерді көрсетеді.

3 -қадам: Arduino коды

Жоғарыда айтылғандай, өлшеу тізбегінен шығыс - бұл екі кіріс сигналының (яғни ток пен кернеу сигналының) уақыт айырмасы. Arduino коды өлшеу тізбегінен шығатын импульстің ұзындығын нано секундта өлшеу үшін «pulseIn» қолданады және оны жоғарыда көрсетілген PF формуласында қолданады.

Код тұрақтыларды анықтаудан басталады, негізінен кодты ұйымдасқан және оқылатын етіп жасау үшін. Ең бастысы, C коды (arduino коды) градуспен емес, радианмен жұмыс істейді, сондықтан бұрышты және ПФ -ты есептеу үшін радиандардан градусқа түрлендіру қажет. Бір радиан шамамен. 57.29577951 градус. 360 саны да сақталады және нано секундтарды қарапайым секундқа түрлендіру үшін 1x10^-6 көбейту коэффициенті сақталады. Жиілік сонымен қатар басында анықталады, егер сіз 50 Гц -тен басқа нәрсені қолдансаңыз, бұл кодтың басында жаңартылғанына көз жеткізіңіз.

«Void loop ()» ішінде мен Arduino -ға бұрышты PF формуласы бойынша есептелуін айттым. Бұл кодтың бірінші қайталануында код дұрыс бұрыш пен қуат коэффициентін қайтарады, бірақ әр дұрыс нәтиже арасында қате төмен мән сериялық консольде қайтарылады. Мен мұны кез келген оқу немесе әр төрт өлшеу екенін байқадым. Мен әрбір төрт оқылымның максималды мәнін сақтау үшін «for» циклінің ішіне «if» операторын қойдым. Ол мұны бастапқыда нөлге тең «angle_max» -пен салыстыру арқылы жасайды, ал егер ол үлкен болса, жаңа мәнді «angle_max» ішінде сақтайды. Бұл ҚҚ өлшеу үшін қайталанады. Мұны «for» циклінде жасай отырып, бұл дұрыс бұрыш пен pf әрқашан қайтарылатынын білдіреді, бірақ егер өлшенген бұрыш өзгерсе (жоғары немесе төмен), «for» end «angle_max» келесі тест үшін нөлге қайта оралады. void loop () »қайталанады. Бұл Arduino веб -сайтында қалай жұмыс істейтіні туралы жақсы мысал бар (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). Екінші «егер» формуласы сыналатын құрылғы өшірілген кезде қате жоғары өлшеу кезінде 360 -тан жоғары кез келген мәнді қайтаруға жол бермейді.

4 -қадам: қышқылдық тест

Айнымалы ток кернеуімен қауіпсіз жұмыс істеуді білмейінше, келесі әрекеттерді жасамаңыз. Егер сіздің қауіпсіздігіңізге күмәндансаңыз, кіріс сигналдарын қосарналы толқындық генератормен модельдеуге тырысыңыз.

Ізбасардың өтініші бойынша мен Fritzing -те схема мен іріктеу/сезу схемасы туралы жақсы түсінік беру үшін нан тақтасының макетін жасадым (мен.fzz файлы мен-p.webp

Тұжырымдаманың шын мәнінде жұмыс істейтінін дәлелдеу үшін схема нан пісіру тақтасынан аз дәнекерге салынған. Суреттерден схеманың орналасуын көруге болады. Мен тұжырымдаманы тексеру үшін индуктивті жүктеме ретінде жұмыс үстелінің желдеткішін қолдандым. 230 В кернеуі мен жүктеме арасында менің сезімтал жабдықтарым бар. Менде кернеу толқынының үлгісін алу үшін 230В -ты тікелей 5В -қа өзгертетін төмен түсетін трансформатор бар. Ағымдық толқын формасын (алюминий қапталған резистордың оң жағында) іріктеу үшін ток өткізгіштің айналасына бекітілген инвазивті емес ток трансформаторы қолданылды. Назар аударыңыз, сізге ток күшінің немесе кернеудің амплитудасын міндетті түрде білу қажет емес, нөлдік өтуді анықтау үшін оп-ампердің толқындық формасы жеткілікті. Жоғарыдағы суреттер желдеткіштің нақты ток пен кернеудің толқындық формаларын және arduino сериялық консолін көрсетеді, ол 0,41 ПФ және 65 градус бұрыш туралы хабарлайды.

Бұл жұмыс принципін қуатты шынайы өлшеу үшін үйдегі энергия мониторына қосуға болады. Егер сіздің құзыретті болсаңыз, әр түрлі индуктивті және резистивті жүктемелерді бақылап, олардың қуат коэффициентін анықтауға болады. Және ол бар! қуат коэффициентін өлшеудің өте қарапайым әдісі.