Mittaa verkkotaajuus Arduinolla: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Intian pääministeri Shri 3. huhtikuuta. Narendra Modi oli vedonnut intiaaneihin sammuttamaan valonsa ja sytyttämään lampun (Diya) 5. huhtikuuta kello 21.00 Intian taistelua koronavirusta vastaan. Heti ilmoituksen jälkeen sosiaalisessa mediassa oli suuri kaaos sanomalla, että tämä johtaisi sähkökatkon aiheuttamaan sähkökatkokseen.

Minä, sähkötekniikan opiskelija, halusin nähdä sähköverkon kuormituksen äkillisen vähenemisen vaikutuksen. Yksi vaikuttavista parametreista on taajuus. Niinpä päätin valmistaa laitteen kotini pistorasiasta tulevan jännitteen mittaamiseksi. Huomaa, että tässä pienessä kokeessa mitatun arvon tarkkuus ei ole tärkeä, koska halusin vain tarkkailla taajuuden muutoksia.

Tässä Instructable -ohjelmassa selitän nopeasti, kuinka ruudukko voi epäonnistua, ja näytän sitten, kuinka mittain taajuuden.

Vaihe 1: Miksi murehtia?

Sähköverkko voi epäonnistua monien tekijöiden vuoksi, joista yksi on äkillinen kuormituksen pieneneminen. Yritän selittää sen mahdollisimman yksinkertaisella tavalla, jotta henkilö, jolla ei ole sähköistä taustaa, voi ymmärtää sen.

Mikä on taajuus? Se on kuinka monta kertaa AC -aalto toistuu sekunnissa. Taajuus Intiassa on 50 Hz, mikä tarkoittaa, että AC -aalto toistetaan 50 kertaa sekunnissa.

Missä tahansa voimalaitoksessa on turbiini, joka on pyörivä mekaaninen laite, joka ottaa energiaa nesteen virtauksesta (höyry, vesi, kaasu jne.) Ja muuntaa sen hyödylliseksi työksi (mekaaninen energia). Tämä turbiini on kytketty (kytketty) generaattoriin. Generaattori muuntaa tämän mekaanisen energian sähköenergiaksi, jonka saamme kotona.

Tarkastellaan tätä höyryvoimalaitosta. Tässä käytetään korkeapainehöyryä turbiinin pyörittämiseen, joka puolestaan pyörii generaattoria ja tuotetaan sähköä. En keskustele generaattorin toiminnasta, mutta muista vain, että generoidun jännitteen taajuus liittyy suoraan generaattorin pyörimisnopeuteen. Jos nopeus kasvaa, taajuus kasvaa ja päinvastoin. Oletetaan, että generaattoria ei ole kytketty mihinkään kuormaan. Generaattori saadaan vauhtiin lisäämällä höyryn syöttöä turbiiniin, kunnes taajuudeksi tulee 50 Hz. Generaattori on nyt valmis toimittamaan virtaa. Heti kun generaattori on kytketty kuormaan (tai verkkoon), virta alkaa kulkea sen käämityksen läpi ja sen nopeus pienenee ja siten taajuus. Mutta sääntelystandardien mukaan taajuuden tulisi olla tietyn kaistan sisällä. Intiassa se on +/- 3% eli 48,5 Hz- 51,5 Hz. Nyt nopeuden vähenemisestä johtuvan alennetun taajuuden kompensoimiseksi höyryn tuloa lisätään, kunnes taajuudesta tulee jälleen 50 Hz. Tämä prosessi jatkuu. Kuormitus kasvaa, nopeus laskee, taajuus laskee, höyryn syöttö kasvaa ja generaattori saadaan nopeuteen. Kaikki tämä tehdään automaattisesti käyttämällä laitetta nimeltä Governor. Se valvoo generaattorin nopeutta (tai taajuutta) ja säätää höyryn tuloa vastaavasti. Koska suurin osa osasta on mekaanista, muutosten voimaantulo kestää muutaman sekunnin (eli suuren aikavakion).

Ajatellaanpa nyt, että koko generaattorin kuorma poistetaan yhtäkkiä. Generaattori kiihtyy normaalin nopeutensa yläpuolelle, koska olimme aiemmin lisänneet höyryn syöttöä lisääntyneen kuormituksen kompensoimiseksi. Ennen kuin säädin voi tunnistaa ja muuttaa höyryn tuloa, generaattori kiihtyy niin nopeasti, että taajuus ylittää ylärajan. Koska tämä ei ole sallittua sääntelystandardien mukaan, generaattori laukeaa (tai on irrotettu) verkosta ylikuormituksen vuoksi.

Intiassa meillä on One Nation - One Grid, mikä tarkoittaa, että kaikki Intian generaattorit on kytketty yhteen verkkoon. Tämä auttaa lähettämään valtaa mihin tahansa maan osaan. Mutta on yksi haitta. Massiivinen vika missä tahansa maan osassa voi levitä nopeasti muihin osiin, mikä johtaa koko verkon laukaisemiseen. Näin ollen koko valtiolla ei ole valtaa!

Vaihe 2: Suunnitelma

Suunnitelma on mitata jännitteen taajuus tietyin väliajoin.

Keskellä kierrettyä muuntajaa käytetään 230V AC: n ja 15V AC: n vähentämiseen.

RTC -moduuli näyttää todellisen ajan.

Molemmat tiedot (aika ja taajuus) tallennetaan sitten Micro SD -kortille kahdessa erillisessä tiedostossa. Testin päätyttyä tiedot voidaan tuoda Excel -taulukkoon kaavion luomiseksi.

Taajuutta näytetään LCD -näytöllä.

Ole varuillasi! Käsittelet kuolemaan johtavaa AC -verkkojännitettä. Jatka vain, jos tiedät mitä olet tekemässä. Sähkö ei anna toista mahdollisuutta

Vaihe 3: Tarvitsemasi asiat

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD -näyttö

1x DS3231 reaaliaikainen kellomoduuli

1x Micro SD -korttimoduuli

1x keskellä napautettu muuntaja (15V-0-15V)

2x 10k vastus

1x 1k vastus

1x 39k vastus

1x 2N2222A NPN -transistori

1x 1N4007 diodi

Vaihe 4: Asioiden yhdistäminen

Rakennuksen kaavio on liitetty tähän. Aion rakentaa sen leipälevylle, mutta voit tehdä siitä pysyvämmän käyttämällä perfboardia tai tekemällä mukautetun piirilevyn.

Oikean R3 -arvon valitseminen muuntajalle:

R3 ja R4 muodostavat jännitteenjakajan ja arvot valitaan siten, että vaihtojännitteen huippu ei ylitä 5 V. Joten jos aiot käyttää toista muuntajaa, jolla on eri luokitukset, sinun on vaihdettava myös R3. Muista, että muuntajalle annetut jännitearvot ovat RMS -arvoja. Minun tapauksessani se on 15-0-15.

Tarkista se yleismittarilla. Mitattu jännite on enimmäkseen suurempi kuin 15 V. Omalla kohdalla se oli noin 17.5V. Huippuarvo on 17,5 x sqrt (2) = 24,74 V. Tämä jännite on paljon korkeampi kuin 2N2222A-transistorin maksimilähtöjännite (6V). Voimme laskea R3: n arvon käyttämällä yllä olevassa kuvassa esitettyä jännitteenjakajakaavaa.

SD -korttimoduulin liitännät:

Moduuli käyttää SPI: tä viestintään.

• MISO - D12
• MOSI - D11
• SCK - D13
• CS/SS - D10 (voit käyttää mitä tahansa nastaa sirunvalintaan)

Varmista, että SD -kortti on alustettu FAT -muotoon.

RTC -moduulin liitännät

Tämä moduuli käyttää I2C: tä viestintään.

• SDA - A4
• SCL - A5

Liitännät LCD -näytölle

• RST - D9
• FI - D8
• D4 - D7
• D5 - D6
• D6 - D5
• D7 - D4
• R/W GND: lle

Vaihe 5: Koodauksen aika

Koodi on liitetty tähän. Lataa ja avaa se Arduino IDE: n avulla. Varmista ennen lataamista, että asennat DS3231 -kirjaston. Löysin hyödyllisiä tietoja tältä sivustolta.

RTC: n määrittäminen:

1. Aseta 2032-tyyppinen nappiparisto paikalleen.
2. Avaa DS3231_Serial_Easy esimerkeistä kuvan osoittamalla tavalla.
3. Poista 3 rivin kommentit ja syötä kellonaika ja päivämäärä kuvan osoittamalla tavalla.
4. Lataa luonnos Arduinolle ja avaa sarjamonitori. Aseta siirtonopeudeksi 115200. Sinun pitäisi nähdä aika, joka päivittyy jatkuvasti 1 sekunnin välein.
5. Irrota nyt Arduino ja kytke se uudelleen muutaman sekunnin kuluttua. Katso sarjamonitoria. Sen pitäisi näkyä reaaliajassa.

Tehty! RTC on perustettu. Tämä vaihe on tehtävä vain kerran päivämäärän ja kellonajan asettamiseksi.

Vaihe 6: Tietojen käsittely

Kun testi on valmis, poista micro SD -kortti moduulista ja liitä se tietokoneeseen kortinlukijan avulla. Siellä on kaksi tekstitiedostoa nimeltä FREQ.txt ja TIME.txt.

Kopioi sisältö näistä tiedostoista ja liitä se Excel -taulukkoon kahteen erilliseen sarakkeeseen (aika ja taajuus).

Napsauta Lisää> Kaavio. Excelin pitäisi automaattisesti tarkistaa taulukon tiedot ja piirtää kaavio.

Lisää pystysuoran akselin resoluutiota niin, että vaihtelut näkyvät selvästi. Valitse Google Sheetsissä Mukauta> Pystyakseli> Min. = 49,5 ja maks. = 50,5

Vaihe 7: Tulokset

Näemme selvästi, että taajuus kasvaa hieman, kun kuormat katkaistaan noin klo 21.00 (21.00) ja taajuus laskee noin klo 21.10 (21.10), kun kuormat kytketään takaisin päälle. Ei haittaa verkolle, koska taajuus on hyvin toleranssialueella (+/- 3%) eli 48,5 Hz- 51,5 Hz.

Intian hallituksen ulkoministerin twiitti RK Singh vahvistaa, että saamani tulokset olivat melko tarkkoja.

Kiitos, että pysyt loppuun asti. Toivottavasti te kaikki rakastatte tätä projektia ja opitte jotain uutta tänään. Kerro minulle, jos teet sellaisen itsellesi. Tilaa YouTube -kanavani saadaksesi lisää tällaisia projekteja.