Hoe om die wisselstroomfaktor te meet met behulp van Arduino: 4 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

Haai almal! Dit is my derde opdrag, hoop dat u dit insiggewend vind:-) Dit sal 'n instruksie wees oor hoe u 'n basiese kragfaktormeting kan doen met 'n Arduino. Voordat ons begin, is daar 'n paar dinge om in gedagte te hou:

1. Dit werk SLEGS met LINEARRE vragte (bv. Induktiewe motors, transformators, solenoïdes)
2. Dit werk NIE met NIE-LINEAR nie (bv. CFL-gloeilampe, skakelaars, LED's)
3. Ek is 'n elektriese ingenieur en baie bekwaam wanneer ek met 'n netpotensiaal werk (dws 230V)

Waarskuwing! As u nie opgelei is nie of nie weet hoe om korrek met netspanning te werk nie, stel ek voor dat u nie met die deel van die instruksies gaan nie, en ek sal u 'n veilige metode wys om te bewys dat die stroombaan werk.

Dit is 'n hardeware -oplossing vir die probleem om PF in lineêre laste te meet. Dit kan ook slegs gedoen word deur middel van kode, insluitend die vermoë om nie-lineêre belastings te meet, wat ek in 'n ander instruksies wil behandel.

Vir die voordeel van beginners wat dit lees, is die effektiefaktor die verhouding tussen ware krag en oënskynlike krag en kan dit bereken word deur die cosinus van die fasehoek tussen die voedingsspanning en stroom te vind (sien aangehegte prent van Google). Dit is belangrik in wisselstroomtoepassings, aangesien 'skynbare krag' (volt-ampère) maklik bereken kan word met behulp van spanning vermenigvuldig met stroom. Om die werklike krag of "Ware krag" (watt) te kry, moet die skynbare krag egter vermenigvuldig word met die kragfaktor om 'n ware meting van die krag in watt te maak. Dit is slegs van toepassing op vragte met 'n beduidende induktiewe of kapaktiewe komponent (soos 'n motor). Suiwer weerstandsbelasting, soos elektriese verwarmers of gloeilampe, het 'n drywingsfaktor van 1,0 (eenheid) en daarom is True Power en Apparent Power dieselfde.

Stap 1: Kringontwerp

Kragfaktor kan bereken word met behulp van 'n ossilloskoop, deur die tydsverskil tussen die spanning en die stroomsein te meet. Dit kan op enige punt in die golf gemeet word, solank dit op dieselfde plek gemonster word. In hierdie geval was dit logies om te meet tussen nulpuntpunte (punte in die golf waar die spanning die X-as oorgesteek het).

Ek het die volgende stroombaan in Multisim ontwerp. Gestel die stroom en spanning van die las is suiwer sinusvormige golfvorme, kan die drywingsfaktor gemeet word. Elke golfvorm word ingevoer in 'n nulkruisdetektor (soms bekend as 'n sinus tot vierkantgolf-omskakelaar), wat bloot 'n 741 op-amp is in die vergelykingsmodus waar die vergelykingspanning 0V is. As die sinusgolf in die negatiewe siklus is, word 'n negatiewe GS -puls gegenereer, en as die sinusgolf positief is, word 'n positiewe GS -puls opgewek. Die twee vierkantgolwe word dan vergelyk met behulp van 'n eksklusiewe OF (XOR) logiese hek, wat slegs 'n positiewe hoë GS -puls lewer as die vierkantgolwe nie oorvleuel nie, en 0V wanneer hulle oorvleuel. Die uitset van die XOR -hek is dus tydsverskil (delta t) tussen die twee golwe vanaf die punt waar hulle die nulpunt oorsteek. Hierdie verskil -sein kan dan deur 'n mikrobeheerder getimuleer word en na die kragfaktor omgeskakel word met behulp van die volgende berekening (maak seker dat u wetenskaplike sakrekenaar in grade en nie radiale is nie):

cos (phi) = f * dt * 360

Waar:

cos (phi) - die kragfaktor

f - Die frekwensie van die gemete toevoer

dt - delta t of tydsverskil tussen die golwe

360 - 'n konstante wat gebruik word om die antwoord in grade te gee

Op die foto's sien u drie gesimuleerde ossilloskoopspore vir die stroombaan. Die twee ingangseine verteenwoordig die stroom en die spanning na die las. Ek het die tweede sein 'n faseverskil van 18 grade gegee om die teorie te demostreer. Dit gee 'n PF van ongeveer 0,95.

Stap 2: Prototipering en toetsing

Vir my prototipe bou sit ek die kring ontwerp op 'n soldeerlose broodbord. Vanuit die UA741CN -datablad en die CD4070CN -datablad loop beide IC's 'n 12-15 Vdc -toevoer, sodat ek twee batterye gebruik om 'n dubbele rail +12V, 0V, -12V Volt -kragtoevoer te maak.

Simuleer 'n vrag

U kan 'n las simuleer deur 'n tweekanaalse seinopwekker of funksiegenerator te gebruik. Ek het hierdie goedkoop en vrolike Chinese boks gebruik om twee 50 Hz sinusgolwe van 18 grade uitmekaar te produseer en die seine na die stroombaan gevoer. U kan die gevolglike golfvorms op 'n ossilloskoop sien. Op die foto's hierbo kan u die twee oorvleuelende vierkantgolwe (uitset van elke op-amp) sien, en die ander drie foto's illustreer die uitset van die XOR-hek. Let op hoe die breedte van die uitsetpuls korter word met afnemende fasehoek. Bogenoemde voorbeelde toon 90, 40, 0 grade.

Stap 3: Arduino -kode

Soos hierbo genoem, is die uitset van die metingbaan die tydsverskil tussen die twee ingangseine (dws die stroom en die spanningssein). Die arduino -kode gebruik "pulseIn" om die lengte van die uitsetpuls vanaf die metingbaan in nanosekondes te meet en gebruik dit in die PF -formule hierbo genoem.

Die kode begin deur konstantes te definieer, hoofsaaklik om die kode meer georganiseerd en leesbaar te maak. Die belangrikste is dat C -kode (arduino -kode) werk in radiale, nie grade nie, dus is 'n omskakeling van radiale na grade nodig om later die hoeke en PF's te bereken. Een radiaal is ongeveer. 57.29577951 grade. Die getal 360 word ook gestoor en die vermenigvuldigingsfaktor 1x10^-6 vir die omskakeling van nano sekondes in gewone sekondes. Die frekwensie word ook aan die begin gedefinieer; as u iets anders as 50Hz gebruik, moet u seker maak dat dit aan die begin van die kode opgedateer word.

Binne "void lus ()" het ek die Arduino aangesê om die hoek te bereken op grond van die PF formule wat vroeër genoem is. By my eerste herhaling van hierdie kode sou die kode die korrekte hoek en drywingsfaktor gee, maar tussen elke korrekte resultaat word 'n foutiewe lae waarde ook in die seriële konsole teruggegee. Ek het opgemerk dat dit elke tweede lesing of elke vier meting was. Ek het 'n 'if' -verklaring in 'n' for 'lus geplaas om die maksimum waarde van elke vier opeenvolgende lesings te stoor. Dit word gedoen deur die berekening te vergelyk met 'hoek_max' wat aanvanklik nul is, en as dit groter is, stoor die nuwe waarde binne 'hoek_max'. Dit word herhaal vir die PF -meting. Deur dit in 'n "vir" lus te doen, beteken dit dat die korrekte hoek en pf altyd teruggegee word, maar as die gemete hoek verander (hoër of laer), wanneer "vir" eindig, word hoek_max "teruggestel na nul vir die volgende toets, wanneer" void loop () "herhaal. Daar is 'n baie goeie voorbeeld van hoe dit op die Arduino -webwerf werk (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). Die tweede "as" -formule verhoed eenvoudig dat enige waarde wat hoër is as 360 teruggestuur word indien foutiewe hoë metings gemeet word wanneer die toestel wat getoets word, afgeskakel word.

Stap 4: Die suurtoets

Moenie die volgende probeer nie, tensy u weet hoe u veilig met 'n wisselspanning kan werk. As u twyfel oor u veiligheid, probeer om die insetseine na te boots met 'n tweekanaals golfvormgenerator.

Op versoek van 'n volgeling het ek 'n broodborduitleg op Fritzing gemaak om 'n beter idee te gee van die kring- en bemonsterings-/waarnemingskring (ek het die.fzz -lêer en 'n-p.webp

Om te bewys dat die konsep in werklikheid werk, is die kring op 'n soldeerlose broodbord gebou. Uit die foto's kan u die stroombaan rangskik. Ek het 'n lessenaarwaaier as my induktiewe las gebruik om die konsep te toets. Tussen die 230V -netvoeding en die las is my waarnemingstoerusting. Ek het 'n afwaartse transformator wat 230V direk na 5V omskakel sodat die spanningsgolfvorm bemonster kan word. 'N Nie-indringende stroomtransformator wat om die lewendige geleier vasgeklem is, is gebruik om die stroomgolfvorm (regs van die aluminiumbeklede weerstand) te toets. Let daarop dat u nie noodwendig die amplitude van die stroom of spanning hoef te ken nie, net die golfvorm van die op-amp om die nulkruising te identifiseer. Bogenoemde foto's toon die werklike stroom- en spanningsgolfvorme van die waaier en die arduino -reekskonsole, wat 'n PF van 0,41 en 'n hoek van 65 Deg.

Hierdie werkende hoof kan opgeneem word in 'n tuisgemaakte energiemonitor om ware kragmetings te doen. As u bevoeg is, kan u probeer om verskillende induktiewe en weerstandsbelastings te monitor en hul kragfaktor te bepaal. En daar is dit! 'n baie eenvoudige metode om die kragfaktor te meet.