Võrgusageduse mõõtmine Arduino abil: 7 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

India peaminister Shri, 3. aprillil. Narendra Modi oli pöördunud indiaanlaste poole, et nad lülitaksid oma tuled välja ja süütaks lambi (Diya) 5. aprilli kell 21.00, tähistamaks India võitlust koroonaviiruse vastu. Vahetult pärast teadet tekkis sotsiaalmeedias suur kaos, öeldes, et see toob kaasa elektrivõrgu rikke tõttu täieliku elektrikatkestuse.

Mina, elektrotehnikaüliõpilane, tahtsin näha elektrivõrgu koormuse järsu vähenemise mõju. Üks parameetreid, mida see mõjutab, on sagedus. Niisiis, otsustasin teha seadme, mis mõõdab minu maja pistikupesast pinge sagedust. Pange tähele, et selle väikese katse puhul pole mõõdetud väärtuse täpsus oluline, kuna tahtsin lihtsalt jälgida sageduse muutusi.

Selles juhendis selgitan kiiresti, kuidas võrk võib ebaõnnestuda, ja näitan teile, kuidas ma sagedust mõõtsin.

Samm: miks muretseda?

Elektrivõrk võib ebaõnnestuda paljude tegurite tõttu, millest üks on koormuse järsk vähenemine. Püüan seda selgitada võimalikult lihtsal viisil, nii et elektritaustaga inimene saaks sellest aru.

Mis on sagedus? See on mitu korda vahelduvvoolu laine kordub ühe sekundi jooksul. Sagedus Indias on 50 Hz, mis tähendab, et vahelduvvoolu lainet korratakse 50 korda ühe sekundi jooksul.

Igas elektrijaamas on turbiin, mis on pöörlev mehaaniline seade, mis ammutab vedeliku voolust (aur, vesi, gaas jne) energiat ja muudab selle kasulikuks tööks (mehaaniline energia). See turbiin on ühendatud (ühendatud) generaatoriga. Seejärel muundab generaator selle mehaanilise energia elektrienergiaks, mille saame oma kodus.

Vaatleme selle selgituse jaoks aurujaama. Siin kasutatakse kõrgsurveauru turbiini pööramiseks, mis omakorda pöörleb generaatorit ja tekib elekter. Ma ei aruta, kuidas generaator töötab, vaid pidage meeles, et genereeritud pinge sagedus on otseselt seotud generaatori pöörlemiskiirusega. Kui kiirus suureneb, suureneb sagedus ja vastupidi. Oletame, et generaator ei ole ühegi koormusega ühendatud. Generaator saab kiiruse, suurendades aurusisendit turbiinile, kuni sagedus muutub 50 Hz. Generaator on nüüd valmis energiat andma. Niipea, kui generaator on koormusega (või võrguga) ühendatud, hakkab vool läbi selle mähise voolama ja selle kiirus väheneb ning seega ka sagedus. Kuid vastavalt regulatsioonistandarditele peaks sagedus olema kindlas vahemikus. Indias on see +/- 3% ehk 48,5 Hz kuni 51,5 Hz. Nüüd, et kompenseerida kiiruse vähenemisest tingitud vähendatud sagedust, suurendatakse auru sisendit, kuni sagedus muutub uuesti 50 Hz. See protsess jätkub. Koormus suureneb, kiirus väheneb, sagedus väheneb, auru sisend suureneb ja generaator viiakse kiirusele. Kõik see toimub automaatselt, kasutades seadet nimega Governor. See jälgib generaatori kiirust (või sagedust) ja reguleerib auru sisendit vastavalt. Kuna suurem osa osast on mehaaniline, võtab muudatuste jõustumiseks aega mõni sekund (st suur ajakonstant).

Mõelgem nüüd, et kogu generaatori koormus eemaldatakse äkki. Generaator kiireneb üle oma tavalise kiiruse, kuna olime varem suurendanud auru sisendit, et kompenseerida suurenenud koormust. Enne kui regulaator suudab auru sisendit tunda ja muuta, kiirendab generaator nii kiiresti, et sagedus ületab selle ülempiiri. Kuna see ei ole regulatiivsete standardite kohaselt lubatud, lülitub generaator üle sageduse tõttu võrgust välja (või on lahti ühendatud).

Indias on meil üks riik - üks võrk, mis tähendab, et kõik India generaatorid on ühendatud ühe võrguga. See aitab võimu saata mis tahes riigi ossa. Kuid on üks puudus. Massiivne rike riigi ühes osas võib kiiresti levida teistesse osadesse, mille tulemuseks on kogu võrgu väljalülitamine. Seega jääb terve riik ilma võimuta!

2. samm: plaan

Plaan on mõõta pinge sagedust kindlaksmääratud ajavahemike järel.

230V vahelduvvoolu vähendamiseks 15V vahelduvvooluks kasutatakse tsentraaltrafot.

RTC moodul annab tegeliku aja.

Mõlemad andmed (aeg ja sagedus) salvestatakse seejärel Micro SD -kaardile kahes eraldi failis. Pärast testi lõppu saab andmed graafiku loomiseks importida Exceli lehele.

Sageduse näitamiseks kasutatakse LCD -ekraani.

Ettevaatust! Teil on tegemist surmava vahelduvvoolupingega. Jätkake ainult siis, kui teate, mida teete. Elekter ei anna teist võimalust

Samm: asjad, mida vajate

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD -ekraan

1x DS3231 reaalajas kella moodul

1x Micro SD -kaardi moodul

1x keskel kraanitud trafo (15V-0-15V)

2x 10k takisti

1x 1k takisti

1x 39k takisti

1x 2N2222A NPN transistor

1x 1N4007 diood

4. samm: asjade kokkupanek

Ehituse skemaatika on lisatud siia. Ma ehitan selle leivaplaadile, kuid saate selle muuta püsivamaks, kasutades perfboardi või kohandatud PCB -d.

Trafo õige väärtuse R3 valimine:

R3 ja R4 moodustavad pingejaguri ja väärtused valitakse nii, et vahelduvpinge tipp ei ületaks 5 V. Seega, kui kavatsete kasutada teist erineva nimiväärtusega trafot, peate muutma ka R3. Pidage meeles, et trafol antud pinge on RMS -is. Minu puhul on see 15-0-15.

Kasutage selle kontrollimiseks multimeetrit. Mõõdetud pinge on enamasti suurem kui 15 V. Minu puhul oli see umbes 17.5V. Tippväärtus on 17,5 x sqrt (2) = 24,74 V. See pinge on palju suurem kui 2N2222A transistori maksimaalne värava kiirguse pinge (6V). R3 väärtuse saame arvutada, kasutades ülaltoodud pildil näidatud pingejagaja valemit.

SD -kaardi mooduli ühendused:

Moodul kasutab suhtlemiseks SPI -d.

• MISO kuni D12
• MOSI kuni D11
• SCK kuni D13
• CS/SS kuni D10 (kiibi valimiseks saate kasutada mis tahes tihvti)

Veenduge, et SD -kaart vormindatakse esmalt FAT -vormingus.

RTC mooduli ühendused

See moodul kasutab suhtlemiseks I2C -d.

• SDA kuni A4
• SCL kuni A5

Ühendused LCD -ekraani jaoks

• RST kuni D9
• ET kuni D8
• D4 kuni D7
• D5 kuni D6
• D6 kuni D5
• D7 kuni D4
• R/W GND -le

Samm: kodeerimise aeg

Kood on siia lisatud. Laadige alla ja avage see Arduino IDE abil. Enne üleslaadimist installige kindlasti DS3231 Library. Leidsin sellelt veebisaidilt kasulikku teavet.

RTC seadistamine:

1. Sisestage 2032 tüüpi mündipatarei.
2. Avage DS3231_Serial_Easy näidetest, nagu näidatud.
3. Tühjendage 3 rida ja sisestage kellaaeg ja kuupäev, nagu pildil näidatud.
4. Laadige visand Arduinole üles ja avage jadamonitor. Seadke andmeedastuskiiruseks 115200. Peaksite nägema aega, mis värskendatakse iga 1 sekundi järel.
5. Nüüd eemaldage Arduino toitejuhe vooluvõrgust ja ühendage see mõne sekundi pärast uuesti. Vaata jadamonitori. See peaks näitama reaalajas.

Valmis! RTC on loodud. Kuupäeva ja kellaaja määramiseks tuleb seda toimingut teha ainult üks kord.

6. samm: andmete töötlemine

Kui test on lõppenud, eemaldage mikro -SD -kaart moodulist ja ühendage see kaardilugejaga arvutiga. Seal on kaks tekstifaili nimega FREQ.txt ja TIME.txt.

Kopeerige nende failide sisu ja kleepige see Exceli lehele kahte eraldi veergu (aeg ja sagedus).

Klõpsake nuppu Lisa> Diagramm. Excel peaks automaatselt kontrollima lehel olevaid andmeid ja joonistama graafiku.

Suurendage vertikaaltelje eraldusvõimet, et kõikumised oleksid selgelt nähtavad. Google'i arvutustabelites valige Kohanda> Vertikaaltelg> Min. = 49,5 ja maks. = 50,5

Samm 7: Tulemused

Näeme selgelt sageduse kerget tõusu, kuna koormused katkestatakse umbes kell 21.00 (21.00) ja sageduse vähenemist umbes kell 21.10 (21:10), kui koormused uuesti sisse lülitatakse. Võrku ei kahjusta, kuna sagedus on lubatud piirides (+/- 3%), st 48,5 Hz kuni 51,5 Hz.

India valitsuse riigiministri säuts Hr R K Singh kinnitab, et minu saadud tulemused olid üsna täpsed.

Aitäh, et lõpuni jäite. Loodan, et teile kõigile meeldib see projekt ja õppisite täna midagi uut. Andke mulle teada, kui teete selle endale. Selliste projektide jaoks tellige minu YouTube'i kanal.