Ինչպես չափել AC հզորության գործոնը Arduino- ի միջոցով. 4 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Բարեւ բոլորին! Սա իմ երրորդ հրահանգն է: Հուսով եմ, որ այն տեղեկատվական կգտնեք:-) Սա ուսանելի կլինի, թե ինչպես կատարել Arduino- ի միջոցով էներգիայի գործոնի հիմնական չափումը: Նախքան սկսելը, պետք է հաշվի առնել մի քանի բան.

1. Սա կաշխատի ՄԻԱՅՆ ԳINEԱՅԻՆ բեռների հետ (օրինակ ՝ ինդուկտիվ շարժիչներ, տրանսֆորմատորներ, էլեկտրամագնիսներ)
2. Սա ՉԻ աշխատի ՈՉ ԳԻՆԱԿԱՆ (օրինակ ՝ CFL լամպեր, անջատիչ ռեժիմի սնուցման աղբյուրներ, լուսադիոդներ)
3. Ես էլեկտրատեխնիկ եմ և շատ իրավասու, երբ աշխատում եմ ցանցի պոտենցիալով (այսինքն ՝ 230 Վ)

Wգուշացում. Եթե դուք վերապատրաստված չեք կամ չգիտեք, թե ինչպես ճիշտ աշխատել ցանցի լարման հետ, առաջարկում եմ չշարունակել ուսանելիի այդ հատվածը, և ես ձեզ ցույց կտամ միացման սխեմաների ապացուցման անվտանգ մեթոդ:

Սա ապարատային լուծում է PF- ի գծային բեռների չափման խնդրին: Դա կարող է կատարվել նաև զուտ ծածկագրի միջոցով, ներառյալ ոչ գծային բեռները չափելու ունակությունը, որը ես նպատակ կունենամ լուսաբանել մեկ այլ ուսանելի առարկայում:

Ի շահ այս կարդացող ցանկացած սկսնակի, հզորության գործակիցը իրական ուժի և ակնհայտ հզորության հարաբերակցությունն է և կարող է հաշվարկվել `գտնելով մատակարարման լարման և հոսանքի միջև փուլային անկյան կոսինուսը (տես կցված պատկերը Google- ից): Սա նշանակալի է AC ծրագրերում, քանի որ «Արտաքին հզորությունը» (Վոլտ-ամպեր) կարելի է հեշտությամբ հաշվարկել ՝ օգտագործելով Լարման բազմապատկած Ընթացիկ: Այնուամենայնիվ, իրական ուժը կամ «Powerշմարիտ ուժ» (Վատտ) ստանալու համար ակնհայտ հզորությունը պետք է բազմապատկվի հզորության գործոնով ՝ Վատտ հզորության իսկական չափում կատարելու համար: Սա վերաբերում է միայն բեռներին, որոնք ունեն զգալի ինդուկտիվ կամ կապակտիվ բաղադրիչ (օրինակ ՝ շարժիչ): Մաքուր դիմադրողական բեռներ, ինչպիսիք են էլեկտրական տաքացուցիչները կամ շիկացած լամպերը, ունեն հզորության 1.0 գործակից (միասնություն) և, հետևաբար, True Power- ը և Արտաքին Power- ը նույնն են:

Քայլ 1: Շղթայի ձևավորում

Հզորության գործոնը կարելի է հաշվարկել օսլիլոսկոպի միջոցով `չափելով լարման և ընթացիկ ազդանշանի միջև եղած ժամանակային տարբերությունը: Դրանք կարող են չափվել ալիքի ցանկացած կետում, քանի դեռ դրանք նմուշառվել են նույն տեղում: Այս դեպքում տրամաբանական էր չափել զրոյական հատման կետերի միջև (ալիքի այն կետերը, որտեղ լարումը անցնում էր X առանցքը):

Ես նախագծեցի հետևյալ միացումը Multisim- ում: Ենթադրելով, որ հոսանքի և լարման բեռը մաքուր սինուսոիդ ալիքային ձևեր են, ուժի գործոնը կարելի է չափել: Յուրաքանչյուր ալիքի ձև սնվում է զրոյական հատման դետեկտորի մեջ (երբեմն հայտնի է որպես սինուս քառակուսի ալիքի փոխարկիչ), որը պարզապես 741 op-amp է համեմատական ռեժիմում, որտեղ համեմատական լարումը 0V է: Երբ սինուսային ալիքը գտնվում է բացասական ցիկլի մեջ, առաջանում է բացասական DC զարկերակ, իսկ երբ սինուսը `դրական, դրական DC զարկերակ է առաջանում: Երկու քառակուսի ալիքները համեմատվում են բացառիկ OR (XOR) տրամաբանական դարպասի միջոցով, որը դուրս է բերում դրական բարձր DC զարկերակ միայն այն դեպքում, երբ քառակուսի ալիքները չեն համընկնում, և 0V, երբ դրանք համընկնում են: Այսպիսով, XOR դարպասի ելքը ժամանակի տարբերությունն է (դելտա t) երկու ալիքների միջև այն կետից, երբ նրանք անցնում են զրոյական կետից: Այս տարբերության ազդանշանն այնուհետև կարող է ժամանակավոր լինել միկրոկառավարիչի կողմից և փոխարկվել էներգիայի գործոնի ՝ օգտագործելով հետևյալ հաշվարկը (համոզվեք, որ ձեր գիտական հաշվիչը գտնվում է աստիճաններով և ոչ ռադիաններում).

cos (phi) = f * dt * 360

Որտեղ:

cos (phi) - հզորության գործոնը

զ - չափված մատակարարման հաճախականությունը

dt - դելտա t կամ ալիքների միջև եղած ժամանակային տարբերություն

360 - հաստատուն, որն օգտագործվում է աստիճաններով պատասխան տալու համար

Նկարներում դուք կտեսնեք շղթայի երեք մոդելավորված օսլիլոսկոպի հետքեր: Երկու մուտքային ազդանշանները ներկայացնում են հոսանքի և լարման բեռը: Երկրորդ ազդանշանին տվեցի 18 աստիճանի փուլային տարբերություն ՝ տեսությունը ցուցադրելու համար: Սա տալիս է PF մոտ 0,95:

Քայլ 2. Նախատիպերի ստեղծում և փորձարկում

Իմ նախատիպի կառուցման համար ես սխեմայի նախագիծը դրեցի առանց զոդման տախտակի վրա: UA741CN տվյալների թերթից և CD4070CN տվյալների թերթից երկուսն էլ IC- ն հոսում են 12-15 Vdc պաշարով, այնպես որ ես երկու մարտկոցով եմ սնվում ՝ երկակի երկաթուղի +12V, 0V, -12V վոլտ սնուցման համար:

Բեռի մոդելավորում

Դուք կարող եք նմանակել բեռը ՝ օգտագործելով երկակի ալիքի ազդանշանի գեներատոր կամ գործառույթի գեներատոր: Ես օգտագործեցի այս չինական էժան և ուրախ տուփը ՝ 50 Հց երկու սինուս ալիք արտադրելու համար, որոնք գտնվում էին 18 աստիճան հեռավորության վրա և ազդանշանները փոխանցեցի միացմանը: Դուք կարող եք տեսնել ստացված ալիքի ձևերը տատանումների վրա: Վերևի նկարներում կարող եք տեսնել երկու համընկնող քառակուսի ալիքներ (յուրաքանչյուր op-amp- ից ելք), իսկ մյուս երեք նկարները պատկերում են XOR դարպասի ելքը: Ուշադրություն դարձրեք, թե ինչպես է ելքային զարկերակի լայնությունը կարճանում փուլային անկյան նվազումով: Վերոնշյալ օրինակները ցույց են տալիս 90, 40, 0 աստիճան:

Քայլ 3: Arduino կոդ

Ինչպես նշվեց վերևում, չափման շղթայից ելքը երկու մուտքային ազդանշանների (այսինքն ՝ ընթացիկ և լարման ազդանշանների) միջև եղած ժամանակային տարբերությունն է: Արդուինոյի կոդն օգտագործում է «pulseIn» ՝ չափիչ շղթայից ելքային զարկերակի երկարությունը նանո վայրկյաններում չափելու համար և այն օգտագործում է վերը նշված PF բանաձևում:

Կոդն սկսվում է հաստատուններ սահմանելով ՝ հիմնականում կոդն ավելի կազմակերպված և ընթեռնելի դարձնելու համար: Ամենակարևորը, C կոդը (arduino կոդը) աշխատում է ռադիաններով և ոչ թե աստիճաններով, ուստի ռադիաններից աստիճան փոխարկելու համար անհրաժեշտ է հետագայում անկյունների և PF- ների հաշվարկում: Մեկ ռադիանը մոտ. 57.29577951 աստիճան: 360 թիվը նույնպես պահվում է և բազմապատկման գործակիցը ՝ 1x10^-6, նանո վայրկյանները պարզ վայրկյանների վերածելու համար: Հաճախականությունը նույնպես սահմանվում է սկզբում, եթե 50Hz- ից այլ բան եք օգտագործում, համոզվեք, որ այն թարմացվում է կոդի սկզբում:

«Անվավեր հանգույցի» ներսում ես Arduino- ին ասել եմ, որ անկյունը հաշվարկի ՝ հիմնվելով վերը նշված PF բանաձևի վրա: Այս ծածկագրի իմ առաջին կրկնության դեպքում կոդը կվերադարձնի ճիշտ անկյունը և հզորության գործոնը, սակայն յուրաքանչյուր ճիշտ արդյունքի միջև սերիական վահանակում նույնպես կվերադառնա ինչ -որ սխալ ցածր արժեք: Ես նկատեցի, որ սա կամ յուրաքանչյուր այլ ընթերցում էր, կամ յուրաքանչյուր չորս չափում: Ես «եթե» արտահայտությունը տեղադրեցի «for» օղակի ներսում ՝ չորս անընդմեջ ընթերցումների առավելագույն արժեքը պահելու համար: Դա անում է ՝ համեմատելով հաշվարկը «angle_max» - ի հետ, որն ի սկզբանե զրո է, և եթե այն ավելի մեծ է, պահում է նոր արժեքը «angle_max» - ի ներսում: Սա կրկնվում է PF չափման համար: «For» օղակում դա անելը նշանակում է, որ ճիշտ անկյունն ու pf- ն միշտ վերադարձվում են, բայց եթե չափված անկյունը փոխվում է (ավելի բարձր կամ ցածր), երբ «վերջերի համար» անկյունը մեծանում է զրոյի հաջորդ թեստի համար, երբ void loop () »կրկնում է: Կա շատ լավ օրինակ, թե ինչպես է դա աշխատում Arduino կայքում (https://www.arduino.cc/hy/Tutorial/Calibration): Երկրորդ «եթե» բանաձևը պարզապես կանխում է 360 -ից բարձր ցանկացած արժեքի վերադարձը սխալ բարձր չափման դեպքում, երբ փորձարկվող սարքն անջատված է:

Քայլ 4: Թթվի փորձարկում:

Մի փորձեք հետևյալը, եթե չգիտեք, թե ինչպես ապահով աշխատել AC ցանցի լարման հետ: Եթե կասկածում եք ձեր անվտանգության հարցում, փորձեք նմանակել մուտքային ազդանշանները երկակի ալիքի ալիքի գեներատորի միջոցով:

Հետևորդի խնդրանքով ես Fritzing- ում պատրաստել եմ տախտակի դասավորություն, որպեսզի ավելի լավ պատկերացնեմ սխեմայի և նմուշառման/սենսորային սխեմայի մասին (կցել եմ.fzz ֆայլը և-p.webp

Հայեցակարգի իրական աշխատանքն ապացուցելու համար սխեման կառուցվել է ավելի քիչ կպցրած տախտակի վրա: Նկարներից կարող եք տեսնել շրջանի դասավորությունը: Ես օգտագործել եմ գրասեղանի երկրպագու որպես իմ ինդուկտիվ բեռ `հասկացությունը ստուգելու համար: 230 Վ ցանցի մատակարարման և բեռի միջև իմ զգայուն սարքավորումն է: Ես ունեմ աստիճանաբար իջնող տրանսֆորմատոր, որը 230V- ը փոխակերպում է անմիջապես 5V- ի `թույլ տալով լարման ալիքի ձևի նմուշառում: Ընթացիկ ալիքի ձևի նմուշառման համար օգտագործվեց ոչ ինվազիվ հոսանքի տրանսֆորմատոր, որը սեղմված էր կենդանի հաղորդիչի շուրջ (ալյումինե ծածկով դիմադրության աջից): Նկատի ունեցեք, որ անպայման պետք չէ իմանալ հոսանքի կամ լարման ամպլիտուդը, պարզապես op-amp- ի ալիքի ձևը `զրոյական անցումը նույնականացնելու համար: Վերոնշյալ նկարները ցույց են տալիս օդափոխիչի իրական ընթացիկ և լարման ալիքի ձևերը և arduino սերիական վահանակը, որը հայտնում է 0.41 PF և 65 Deg անկյուն:

Այս աշխատանքային սկզբունքը կարող է ներառվել տնային էներգիայի մոնիտորի մեջ `էներգիայի իրական չափումներ կատարելու համար: Եթե ձեր իրավասու եք, կարող եք փորձել վերահսկել տարբեր ինդուկտիվ և դիմադրողական բեռներ և որոշել դրանց հզորության գործոնը: Եվ ահա! էներգիայի գործոնի չափման շատ պարզ մեթոդ: