Meet die netfrekwensie met Arduino: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:24

Op 3 April het die premier van Indië, Shri. Narendra Modi het 'n beroep op Indiërs gedoen om op 5 April om 21:00 hul ligte af te steek en 'n lamp (Diya) aan te steek om die stryd teen Indië teen die Corona -virus te merk. Net na die aankondiging was daar groot chaos op sosiale media wat sê dat dit 'n volledige onderbreking tot gevolg sou hê as gevolg van die elektrisiteitsnet.

Ek, as 'n student in elektriese ingenieurswese, wou die effek van 'n skielike vermindering van las op die elektriese net sien. Een van die parameters wat geraak word, is frekwensie. Daarom het ek besluit om 'n toestel te maak om die frekwensie van die spanning van 'n stopcontact in my huis te meet. Let daarop dat presisie van die gemete waarde vir hierdie klein eksperiment nie belangrik is nie, aangesien ek net die veranderinge in die frekwensie wou waarneem.

In hierdie instruksies sal ek vinnig verduidelik hoe 'n rooster kan misluk, en dan wys ek hoe ek die frekwensie gemeet het.

Stap 1: Waarom bekommerd wees?

'N Elektriese rooster kan misluk as gevolg van baie faktore, waarvan een 'n skielike lasverlaging is. Ek sal probeer om dit op die eenvoudigste manier te verduidelik sodat 'n persoon sonder 'n elektriese agtergrond dit kan verstaan.

Wat is frekwensie? Dit is die aantal kere wat 'n AC -golf in een sekonde herhaal. Die frekwensie in Indië is 50Hz, wat beteken dat 'n wisselstroomgolf 50 keer in een sekonde herhaal word.

In enige kragsentrale is daar 'n turbine wat 'n roterende meganiese toestel is wat energie onttrek uit vloeistofvloei (stoom, water, gas, ens) en dit omskakel in bruikbare werk (meganiese energie). Hierdie turbine is gekoppel (gekoppel) aan 'n kragopwekker. 'N Generator sit hierdie meganiese energie om in elektriese energie wat ons by ons huis kry.

Kom ons kyk na 'n stoomkragsentrale vir hierdie verduideliking. Hier word hoëdrukstoom gebruik om 'n turbine te draai wat op sy beurt die kragopwekker draai en elektrisiteit opgewek word. Ek sal nie bespreek hoe 'n kragopwekker werk nie, maar onthou net dat die frekwensie van die opgewekte spanning direk verband hou met die snelheid waarmee die kragopwekker draai. As spoed toeneem, neem frekwensie toe, en omgekeerd. Aanvaar dat die kragopwekker nie aan enige las gekoppel is nie. Die kragopwekker word aangespoor deur die stoominvoer na turbine te verhoog totdat die frekwensie 50Hz word. Die kragopwekker is nou gereed om krag te lewer. Sodra die kragopwekker aan die las (of rooster) gekoppel is, begin die stroom deur sy wikkeling vloei en die snelheid neem af, en die frekwensie neem dus toe. Maar volgens reguleringstandaarde, moet die frekwensie binne 'n spesifieke band wees. In Indië is dit +/- 3%, dit wil sê 48.5Hz tot 51.5Hz. Om die verlaagde frekwensie as gevolg van 'n afname in spoed te vergoed, word die stoominvoer verhoog totdat die frekwensie weer 50Hz word. Hierdie proses gaan voort. Die las neem toe, die snelheid neem af, die frekwensie neem af, die stoominvoer word verhoog en die kragopwekker word aangespoor. Dit alles word outomaties gedoen met behulp van 'n toestel genaamd Governor. Dit monitor die snelheid (of frekwensie) van die kragopwekker en pas die stoominvoer daarvolgens aan. Aangesien die grootste deel van die deel meganies is, neem dit 'n paar sekondes (d.w.s. hoë tydkonstante) voordat veranderinge in werking tree.

Laat ons nou kyk dat die hele las op die kragopwekker skielik verwyder word. Die kragopwekker versnel bo sy normale spoed, aangesien ons vroeër die stoominvoer verhoog het om die verhoogde las te vergoed. Voordat die goewerneur die stoomtoevoer kan waarneem en verander, versnel die kragopwekker so vinnig dat die frekwensie sy boonste grens oorskry. Aangesien dit volgens die regulatoriese standaarde nie toegelaat word nie, val die kragopwekker (of word ontkoppel) van die netwerk as gevolg van oorfrekwensie.

In Indië het ons One Nation - One Grid, wat beteken dat al die kragopwekkers in Indië aan een enkele netwerk gekoppel is. Dit help om krag na enige deel van die land te stuur. Maar daar is een nadeel. 'N Massiewe fout in enige deel van die land kan vinnig na ander dele versprei, wat die hele netwerk laat struikel. 'N Hele land het dus geen mag nie!

Stap 2: Die plan

Die plan is om die frekwensie van spanning met gespesifiseerde tussenposes te meet.

'N Transformator met 'n sentrale aansluiting word gebruik om 230V AC na 15V AC te verlaag.

Die RTC -module bied die werklike tyd.

Beide die data (tyd en frekwensie) word dan in die Micro SD -kaart in twee afsonderlike lêers gestoor. Nadat die toets verby is, kan die data in 'n Excel -vel ingevoer word om die grafiek te genereer.

'N LCD -skerm sal gebruik word om die frekwensie aan te dui.

Pasop! U sal te doen hê met noodlottige wisselspanning. Gaan net voort as u weet wat u doen. Elektrisiteit gee nie 'n tweede kans nie

Stap 3: Dinge wat u benodig

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD -skerm

1x DS3231 Real -time klokmodule

1x Micro SD -kaartmodule

1x middelste getapte transformator (15V-0-15V)

2x 10k weerstand

1x 1k weerstand

1x 39k weerstand

1x 2N2222A NPN Transistor

1x 1N4007 Diode

Stap 4: Saamvoeg dinge

Die skema vir die bou is hierby aangeheg. Ek sal dit op 'n broodbord bou, maar u kan dit meer permanent maak deur 'n perfboard te gebruik of 'n pasgemaakte PCB te maak.

Die korrekte waarde van 'R3' vir u transformator kies:

R3 en R4 vorm 'n spanningsverdeler en die waardes word so gekies dat die piek van die wisselspanning nie 5V oorskry nie. Dus, as u van plan is om 'n ander transformator met verskillende graderings te gebruik, moet u ook R3 verander. Onthou dat die spanningsgraderings wat op 'n transformator gegee word, in RMS is. In my geval is dit 15-0-15.

Gebruik 'n multimeter om dit te verifieer. Die gemete spanning sal meestal groter as 15V wees. In my geval was dit ongeveer 17.5V. Die piekwaarde is 17,5 x vierkante meter (2) = 24,74V. Hierdie spanning is baie hoër as die maksimum Gate-Emitter spanning (6V) van 2N2222A Transistor. Ons kan die waarde van R3 bereken met behulp van die formule vir die spanningverdeler wat in die prent hierbo getoon word.

Aansluitings vir SD -kaartmodule:

Die module gebruik SPI vir kommunikasie.

• MISO tot D12
• MOSI tot D11
• SCK tot D13
• CS/SS tot D10 (U kan enige pen gebruik vir Chip Select)

Maak seker dat die SD -kaart eers as FAT geformateer is.

Aansluitings vir RTC -module

Hierdie module gebruik I2C vir kommunikasie.

• SDA tot A4
• SCL tot A5

Aansluitings vir LCD -skerm

• RST tot D9
• EN tot D8
• D4 tot D7
• D5 tot D6
• D6 tot D5
• D7 tot D4
• R/W tot GND

Stap 5: Tyd vir kodering

Die kode is hier aangeheg. Laai dit af en maak dit oop met Arduino IDE. Maak seker dat u die DS3231 -biblioteek installeer voordat u dit oplaai. Ek het 'n paar nuttige inligting op hierdie webwerf gevind.

Stel RTC op:

1. Plaas 'n 2032-tipe muntstukbattery.
2. Maak die DS3231_Serial_Easy oop uit die voorbeelde soos getoon.
3. Los die 3 reëls uit en voer die tyd en datum in soos op die foto getoon.
4. Laai die skets op na Arduino en maak die seriële monitor oop. Stel die baud -tempo op 115200. U moet elke 1 sekonde die tyd kan sien wat verfris.
5. Ontkoppel die Arduino en koppel dit weer na 'n paar sekondes weer aan. Kyk na die seriële monitor. Dit moet real-time wys.

Klaar! RTC is opgestel. Hierdie stap moet slegs een keer gedoen word om die datum en tyd in te stel.

Stap 6: Verwerking van die data

Sodra die toets voltooi is, verwyder die micro SD -kaart uit die module en koppel dit aan u rekenaar met 'n kaartleser. Daar sal twee tekslêers wees met die naam FREQ.txt en TIME.txt.

Kopieer die inhoud van hierdie lêers en plak dit in 'n Excel -vel in twee afsonderlike kolomme (tyd en frekwensie).

Klik op Insert> Chart. Excel moet die data op die blad outomaties kontroleer en die grafiek teken.

Verhoog die resolusie van die vertikale as sodat die skommelinge duidelik sigbaar is. Pas in Google Blaaie aan> Vertikale as> Min. = 49,5 en maks. = 50,5

Stap 7: Resultate

Ons kan duidelik 'n effense toename in frekwensie sien, aangesien vragte om 21:00 (21:00) afgesny word en 'n afname in frekwensie om 21:10 (21:10) namate laste weer aangeskakel word. Geen skade aan die netwerk nie, aangesien die frekwensie goed binne die toleransieband is (+/- 3%), dit wil sê 48.5Hz tot 51.5Hz.

'N Tweet van die minister van buitelandse sake in die Indiese regering, RK Singh, bevestig dat die resultate wat ek gekry het redelik akkuraat was.

Dankie dat u by die einde bly. Hoop julle hou almal van hierdie projek en het vandag iets nuuts geleer. Laat weet my as u een vir u self maak. Teken in op my YouTube -kanaal vir meer sulke projekte.