A hálózati frekvencia mérése Arduino használatával: 7 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

Április 3 -án Shri indiai miniszterelnök. Narendra Modi felhívást intézett az indiánokhoz, hogy kapcsolják le a lámpákat és gyújtsanak lámpát (Diya) április 5 -én 21:00 órakor, hogy jelezzék India koronavírus elleni harcát. Közvetlenül a bejelentés után nagy káosz alakult ki a közösségi médiában, mondván, hogy ez teljes áramszünetet eredményezne az elektromos hálózat meghibásodása miatt.

Én, villamosmérnöki hallgató lévén, látni akartam a hirtelen terheléscsökkenés hatását az elektromos hálózatra. Az egyik befolyásolt paraméter a frekvencia. Tehát úgy döntöttem, hogy készítek egy készüléket a házam elektromos aljzatából származó feszültség mérésére. Kérjük, vegye figyelembe, hogy ehhez a kis kísérlethez a mért érték pontossága nem fontos, mivel csak a gyakoriság változásait akartam megfigyelni.

Ebben az utasításban gyorsan elmagyarázom, hogyan hibázhat egy rács, majd megmutatom, hogyan mértem a frekvenciát.

1. lépés: Miért kell aggódnia?

Az elektromos hálózat sok tényező miatt meghibásodhat, amelyek közül az egyik a hirtelen terheléscsökkenés. Megpróbálom a lehető legegyszerűbben elmagyarázni, hogy az elektromos háttérrel nem rendelkező személy megértse.

Mi a Frekvencia? Ez az a szám, ahányszor egy AC hullám ismétlődik egy másodperc alatt. A frekvencia Indiában 50 Hz, ami azt jelenti, hogy egy váltakozó áramú hullám 50 másodpercen belül ismétlődik.

Bármely erőműben van egy turbinát, amely egy forgó mechanikus eszköz, amely energiát von ki a folyadékáramból (gőz, víz, gáz stb.), És hasznos munkává (mechanikai energiává) alakítja át. Ez a turbina egy generátorhoz van csatlakoztatva. Ezt követően a generátor ezt a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja, amelyet otthonunkban kapunk.

Tekintsünk erre a magyarázatra egy gőzerőművet. Itt nagynyomású gőzt használnak egy turbina forgatására, amely viszont forgatja a generátort, és áram keletkezik. Nem tárgyalom a generátor működését, de ne feledje, hogy a generált feszültség frekvenciája közvetlenül összefügg a generátor forgási sebességével. Ha a sebesség nő, a frekvencia nő, és fordítva. Tegyük fel, hogy a generátor nincs csatlakoztatva semmilyen terheléshez. A generátort felgyorsítják, ha növelik a gőzt a turbinába, amíg a frekvencia 50 Hz lesz. A generátor most készen áll az energiaellátásra. Amint a generátor csatlakozik a terheléshez (vagy rácshoz), az áram áramolni kezd a tekercselésén, és a sebessége csökken, és így a frekvencia is. De a szabályozási szabványok szerint a frekvenciának egy meghatározott sávon belül kell lennie. Indiában +/- 3%, azaz 48,5 Hz- 51,5 Hz. Most, hogy kompenzálja a sebességcsökkenés miatti csökkentett frekvenciát, a gőzbevitelt addig növelik, amíg a frekvencia ismét 50 Hz -es lesz. Ez a folyamat folytatódik. A terhelés nő, a sebesség csökken, a frekvencia csökken, a gőzbevitel növekszik, és a generátor sebessé válik. Mindez automatikusan történik a Governor nevű eszköz segítségével. Figyelemmel kíséri a generátor sebességét (vagy frekvenciáját), és ennek megfelelően állítja be a gőzbevitelt. Mivel az alkatrészek nagy része mechanikus, néhány másodperc (azaz nagy időállandó) szükséges ahhoz, hogy a változtatások életbe lépjenek.

Most vegyük figyelembe, hogy a generátor teljes terhelése hirtelen megszűnik. A generátor felgyorsul a normál fordulatszám felett, mivel korábban növeltük a gőzbevitelt, hogy kompenzáljuk a megnövekedett terhelést. Mielőtt a szabályozó érzékelné és megváltoztatná a gőzbevitelt, a generátor olyan gyorsan felgyorsul, hogy a frekvencia átlépi felső határát. Mivel ez a szabályozási szabványok szerint nem megengedett, a generátor túlfrekvencia miatt kiold (vagy lekapcsol) a hálózatról.

Indiában van egy nemzet - egy rács, ami azt jelenti, hogy Indiában az összes generátor egyetlen hálózathoz van csatlakoztatva. Ez elősegíti a hatalom átvitelét az ország bármely részére. De van egy hátránya. Egy hatalmas hiba az ország bármely részén gyorsan átterjedhet más területekre, ami az egész hálózat kioldását eredményezi. Így egy egész országnak nincs hatalma!

2. lépés: A terv

A terv a feszültség gyakoriságának meghatározott időközönként történő mérése.

Középpontú transzformátor a 230V AC és 15V AC közötti váltáshoz.

Az RTC modul biztosítja a tényleges időt.

Mindkét adat (idő és gyakoriság) ezután két külön fájlban tárolódik a Micro SD kártyán. A teszt befejezése után az adatok importálhatók egy Excel -lapba a grafikon létrehozásához.

A frekvencia megjelenítésére LCD kijelző szolgál.

Óvakodik! Halálos hálózati feszültséggel kell megküzdenie. Csak akkor folytassa, ha tudja, mit csinál. Az elektromos áram nem ad második esélyt

3. lépés: Amire szüksége lesz

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD kijelző

1x DS3231 valós idejű óra modul

1x Micro SD kártya modul

1x középen megcsapolt transzformátor (15V-0-15V)

2x 10k ellenállás

1x 1k ellenállás

1x 39k ellenállás

1x 2N2222A NPN tranzisztor

1x 1N4007 dióda

4. lépés: A dolgok összeillesztése

Az összeállítás vázlata itt található. Kenyérlapra fogom építeni, de tartósabbá teheti egy perfboard használatával vagy egyedi NYÁK készítésével.

A megfelelő „R3” érték kiválasztása a transzformátorhoz:

R3 és R4 feszültségosztót képeznek, és az értékeket úgy választják meg, hogy az AC feszültség csúcsa ne haladja meg az 5 V -ot. Tehát, ha egy másik transzformátort tervez használni, különböző névleges értékekkel, akkor meg kell változtatnia az R3 -at is. Ne feledje, hogy a transzformátoron megadott feszültségértékek RMS -ben vannak megadva. Az én esetemben a 15-0-15.

Ellenőrizze multiméterrel. A mért feszültség többnyire nagyobb lesz, mint 15V. Az én esetemben 17,5V körül volt. A csúcsérték 17,5 x sqrt (2) = 24,74 V lesz. Ez a feszültség sokkal magasabb, mint a 2N2222A tranzisztor maximális kapu-kibocsátó feszültsége (6V). Az R3 értékét a fenti képen látható feszültségosztó képlet segítségével számíthatjuk ki.

Csatlakozások az SD kártya modulhoz:

A modul SPI -t használ a kommunikációhoz.

• MISO - D12
• MOSI - D11
• SCK - D13
• CS/SS - D10 (a chip kiválasztásához bármilyen tűt használhat)

Győződjön meg arról, hogy az SD -kártya először FAT formátumú.

Csatlakozások RTC modulhoz

Ez a modul az I2C kommunikációt használja.

• SDA -tól A4 -ig
• SCL - A5

Csatlakozások az LCD kijelzőhöz

• RST - D9
• HU - D8
• D4 -től D7 -ig
• D5 - D6
• D6 -tól D5 -ig
• D7 - D4
• R/W a GND felé

5. lépés: A kódolás ideje

A kódot ide csatoltuk. Töltse le és nyissa meg az Arduino IDE használatával. Feltöltés előtt feltétlenül telepítse a DS3231 Library programot. Ezen a weboldalon találtam néhány hasznos információt.

Az RTC beállítása:

1. Helyezzen be egy 2032 típusú gombelemet.
2. Nyissa meg a DS3231_Serial_Easy -t a példákból az ábrán látható módon.
3. Szüntesse meg a 3 sor megjegyzését, és írja be az időt és a dátumot a képen látható módon.
4. Töltse fel a vázlatot az Arduino -ba, és nyissa meg a soros monitort. Állítsa az átviteli sebességet 115200 -ra. Látnia kell az 1 másodpercenként frissülő időt.
5. Most húzza ki az Arduino csatlakozóját, és néhány másodperc múlva csatlakoztassa újra. Nézd meg a soros monitort. Valós idejűnek kell lennie.

Kész! Az RTC fel van állítva. Ezt a lépést csak egyszer kell elvégezni a dátum és az idő beállításához.

6. lépés: Az adatok feldolgozása

A teszt befejezése után vegye ki a micro SD kártyát a modulból, és csatlakoztassa a számítógéphez kártyaolvasóval. Két szövegfájl lesz FREQ.txt és TIME.txt néven.

Másolja ki a tartalmat ezekből a fájlokból, és illessze be egy excel -lapba két külön oszlopba (Idő és Gyakoriság).

Kattintson a Beszúrás> Diagram elemre. Az Excelnek automatikusan ellenőriznie kell a munkalapon lévő adatokat, és ki kell rajzolnia a grafikont.

Növelje a függőleges tengely felbontását, hogy az ingadozások jól láthatóak legyenek. A Google Táblázatokban válassza a Testreszabás> Függőleges tengely> Min. = 49,5 és max. = 50,5

7. lépés: Eredmények

Világosan láthatjuk a frekvencia enyhe növekedését, mivel a terhelések 21:00 körül (21:00) megszakadnak, és a frekvencia 21:10 körül (21:10) csökken, amikor a terheléseket visszakapcsolják. Nem árt a hálózatnak, mivel a frekvencia a tűréshatáron belül van (+/- 3%), azaz 48,5 Hz és 51,5 Hz között.

Az indiai kormány államminiszterének tweetje, R K Singh úr megerősíti, hogy a kapott eredmények meglehetősen pontosak voltak.

Köszönöm, hogy kitartottál a végére. Remélem, mindenki szereti ezt a projektet, és ma valami újat tanult. Szólj, ha készítesz magadnak egyet. Iratkozzon fel YouTube -csatornámra további ilyen projektekért.