Arduino istifadə edərək AC Güc Faktorunu Necə Ölçmək olar: 4 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Hər kəsə salam! Bu mənim üçüncü təlimatçımdır, ümid edirəm məlumatlandırıcı tapacaqsınız:-) Bu, bir Arduino istifadə edərək əsas güc faktoru ölçməsinin necə ediləcəyi ilə bağlı təlimat olacaq. Başlamazdan əvvəl bir neçə şeyi nəzərə almalıyıq:

1. Bu, yalnız LINEAR yüklərlə işləyəcək (məsələn, induktiv mühərriklər, transformatorlar, solenoidlər)
2. Bu NON-LINEAR ilə işləməyəcək (məsələn, CFL ampulləri, keçid rejimi enerji təchizatı, LED-lər)
3. Elektrik mühəndisiyəm və elektrik potensialı ilə işləyərkən çox bacarıqlıyam (yəni 230V)

Xəbərdarlıq! Təlim almamısınızsa və ya şəbəkə gərginliyi ilə necə düzgün işləyəcəyinizi bilmirsinizsə, təlimat verilən hissəyə davam etməməyi məsləhət görürəm və sizə dövrə işini sübut etmək üçün təhlükəsiz bir üsul göstərəcəyəm.

Bu, xətti yüklərdə PF -nin ölçülməsi probleminin aparat həllidir. Bu, başqa bir təlimatda əhatə etməyi hədəflədiyim xətti olmayan yükləri ölçmə qabiliyyəti də daxil olmaqla sırf kod vasitəsilə edilə bilər.

Bunu oxuyan hər kəsin faydası üçün güc faktoru həqiqi gücün görünən gücə nisbətidir və tədarük gərginliyi ilə cərəyan arasındakı faz bucağının kosinüsünü tapmaqla hesablana bilər (Google -dan əlavə edilmiş şəklə baxın). Bu, AC tətbiqlərində əhəmiyyətlidir, çünki "Görünən Güc" (Volt-Amper) Cərəyanın Çarpılması ilə asanlıqla hesablana bilər. Ancaq həqiqi gücü və ya "Həqiqi Güc" (Vat) əldə etmək üçün, görünən güc, Vatt gücünün əsl ölçülməsi üçün güc faktoru ilə vurulmalıdır. Bu, yalnız əhəmiyyətli bir induktiv və ya kapaktiv komponentə (məsələn, motor) malik yüklərə aiddir. Elektrikli qızdırıcılar və ya közərmə lampaları kimi sırf müqavimətli yüklər 1.0 (birlik) güc faktoruna malikdir və buna görə də Əsl Güc və Görünən Güc eynidir.

Addım 1: Dövrə Dizaynı

Güc faktoru bir osiloskop istifadə edərək, gərginlik və cərəyan siqnalı arasındakı vaxt fərqini ölçməklə hesablana bilər. Bunlar eyni yerdə nümunə götürüldükləri müddətcə dalğanın istənilən nöqtəsində ölçülə bilər. Bu vəziyyətdə sıfır keçid nöqtələri (gərginliyin X oxunu keçdiyi dalğadakı nöqtələr) arasında ölçmək məntiqli idi.

Aşağıdakı dövrəni Multisim -də hazırladım. Yükə olan cərəyan və gərginliyin saf sinusoidal dalğa formaları olduğunu düşünsək, güc faktoru ölçülə bilər. Hər bir dalğa forması, müqayisə gərginliyinin 0V olduğu bir müqayisəli rejimdə 741 op-amp olan sıfır kəsişmə detektoruna (bəzən sinusdan kvadrat dalğa çeviriciyə çevrilir) daxil olur. Sinus dalğası mənfi dövrədə olduqda mənfi bir DC nəbzi, sinus dalğası müsbət olduqda müsbət bir DC nəbzi yaranır. İki kvadrat dalğa daha sonra yalnız kvadrat dalğaları üst -üstə düşmədikdə müsbət 0 DC üst -üstə düşdükdə və 0V üst -üstə düşdükdə müsbət yüksək DC nəbzi çıxaracaq eksklüziv OR (XOR) məntiq qapısı ilə müqayisə olunur. XOR qapısının çıxışı buna görə sıfır nöqtəsini keçdikləri nöqtədən iki dalğa arasındakı vaxt fərqidir (delta t). Bu fərq siqnalı daha sonra bir mikrokontrolör tərəfindən təyin oluna bilər və aşağıdakı hesablamadan istifadə edərək güc faktoruna çevrilə bilər (elmi kalkulyatorunuzun radian deyil, dərəcə olduğuna əmin olun):

cos (phi) = f * dt * 360

Harada:

cos (phi) - güc faktoru

f - ölçülmüş tədarükün tezliyi

dt - delta t və ya dalğalar arasındakı vaxt fərqi

360 - dərəcələrlə cavab vermək üçün istifadə olunan sabit

Şəkillərdə dövrə üçün üç simulyasiya edilmiş osiloskop izini görəcəksiniz. İki giriş siqnalı yükə olan cərəyanı və gərginliyi təmsil edir. İkinci siqnala nəzəriyyəni nümayiş etdirmək üçün 18 dərəcə bir faz fərqi verdim. Bu, təxminən 0,95 PF verir.

Addım 2: Prototipləşdirmə və Test

Prototip qurmaq üçün dövrə dizaynını lehimsiz çörək taxtasına qoydum. UA741CN məlumat cədvəlindən və CD4070CN məlumat cədvəlindən həm IC -lər 12-15 Vdc təchizatı ilə işləyir, buna görə də +12V, 0V, -12V Voltlu ikili bir ray yaratmaq üçün iki batareyadan istifadə etdim.

Yükü simulyasiya etmək

İki kanallı siqnal generatoru və ya funksiya generatoru istifadə edərək yükü simulyasiya edə bilərsiniz. Bu ucuz və şən Çin qutusundan 18 dərəcə aralığında iki 50 Hz sinüs dalğası çıxarmaq üçün istifadə etdim və siqnalları dövrə daxil etdim. Yaranan dalğa formalarını bir osiloskopda görə bilərsiniz. Yuxarıdakı şəkillərdə üst-üstə düşən iki kvadrat dalğanı görə bilərsiniz (hər op-ampdən çıxan) və digər üç şəkil XOR qapısının çıxışını göstərir. Çıxış nəbzinin eninin faza açısının azalması ilə necə qısaldığına diqqət yetirin. Yuxarıdakı nümunələr 90, 40, 0 dərəcə göstərir.

Addım 3: Arduino Kodu

Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, ölçmə sxemindən çıxış iki giriş siqnalı (yəni cərəyan və gərginlik siqnalı) arasındakı vaxt fərqidir. Arduino kodu, nano saniyələrdə ölçü dövrəsindən çıxış nəbzinin uzunluğunu ölçmək üçün "pulseIn" istifadə edir və yuxarıda göstərilən PF formulunda istifadə edir.

Kod, əsasən kodu daha mütəşəkkil və oxunaqlı etmək üçün sabitləri təyin etməklə başlayır. Ən əsası, C kodu (arduino kodu) dərəcə ilə deyil, radianda işləyir, buna görə bucaqların və PF -lərin sonradan hesablanması üçün radyanlardan dərəcələrə çevrilmə lazımdır. Bir radian təxminən. 57.29577951 dərəcə. 360 sayı da saxlanılır və nano Saniyəni düz Saniyəyə çevirmək üçün çarpma əmsalı 1x10^-6. 50Hz -dən başqa bir şey istifadə edirsinizsə, kodun əvvəlində yeniləndiyinə əmin olun.

"Void loop ()" daxilində Arduinoya əvvəllər qeyd olunan PF formuluna əsaslanaraq bucağı hesablamasını söylədim. Bu kodu ilk dəfə təkrarladığımda, kod düzgün açı və güc faktorunu qaytaracaqdı, lakin hər düzgün nəticə arasında seriyalı konsolda səhv bir aşağı dəyər də qaytarılacaq. Bunun hər oxunuşda və ya hər dörd ölçüdə olduğunu gördüm. Ardıcıl olaraq hər dörd oxunuşun maksimum dəyərini saxlamaq üçün "for" döngəsinin içinə "if" ifadəsi qoydum. Bunu hesablamanı əvvəlcə sıfır olan "angle_max" ilə müqayisə edərək edir və daha böyükdürsə yeni dəyəri "angle_max" daxilində saxlayır. PF ölçülməsi üçün bu təkrarlanır. Bunu "for" döngəsində etməklə düzgün bucağın və pf -nin həmişə geri qaytarılması deməkdir, ancaq ölçülmüş bucaq dəyişərsə (daha yüksək və ya aşağı), "for" end "angle_max" növbəti test üçün sıfıra sıfırlananda " void loop () "təkrarlanır. Bunun Arduino saytında necə işlədiyinə dair çox yaxşı bir nümunə var (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). İkinci "əgər" formulu, sınaqdan keçirilmiş cihaz söndürüldükdə səhv yüksək ölçülməsi halında 360 -dan yuxarı olan hər hansı bir dəyərin qaytarılmasını maneə törədir.

Addım 4: Acid Testi

AC şəbəkə gərginliyi ilə təhlükəsiz işləməyi bilmirsinizsə, aşağıdakıları etməyə çalışmayın. Təhlükəsizliyinizdən şübhələnirsinizsə, iki kanallı dalğa generatoru ilə giriş siqnallarını simulyasiya etməyə çalışın.

Bir izləyicinin istəyi ilə, Fritzing -də sxem və nümunə götürmə/algılama dövrəsi haqqında daha yaxşı bir fikir vermək üçün bir çörək taxtası düzeni hazırladım (.fzz faylını və-p.webp

Konsepsiyanın gerçəkdə işlədiyini sübut etmək üçün, dövrə daha az çörək taxtası üzərində bir lehim üzərində qurulmuşdur. Şəkillərdən dövrə quruluşunu görə bilərsiniz. Konsepsiyanı sınamaq üçün bir endüktif yük olaraq bir masa fanını istifadə etdim. 230V şəbəkə təchizatı ilə yük arasında hissedici cihazım var. Gərginlik dalğasının nümunə götürülməsi üçün 230V -u birbaşa 5V -ə çevirən bir aşağıya düşən transformatorum var. Cərəyan dalğa formasını (alüminium örtüklü rezistorun sağında) nümunə götürmək üçün canlı keçiricinin ətrafında sıxışdırılmış qeyri-invaziv cərəyan transformatoru istifadə edilmişdir. Unutmayın ki, cərəyanın və ya gərginliyin amplitüdünü bilməyinizə ehtiyac yoxdur, yalnız sıfır keçidini təyin etmək üçün op-amp üçün dalğa forması. Yuxarıdakı şəkillər, fanın faktiki cərəyan və gərginlik dalğa formalarını və 0.41 PF və 65 dərəcə bir açı bildirən arduino serial konsolunu göstərir.

Bu işçi əsl güc ölçmələri aparmaq üçün ev istehsalı bir enerji monitoruna daxil edilə bilər. Bacarıqlı olsanız, fərqli endüktif və müqavimətli yükləri izləməyə və güc faktorunu təyin etməyə çalışa bilərsiniz. Və budur! güc faktorunu ölçmək üçün çox sadə bir üsul.