Izmerite omrežno frekvenco z uporabo Arduina: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

3. aprila je indijski premier Shri. Narendra Modi je 5. aprila ob 21.00 uri pozval Indijance, naj ugasnejo luč in prižgejo svetilko (Diya), da bi obeležili boj Indije proti koronavirusu. Takoj po objavi je na družbenih omrežjih nastal velik kaos, ki pravi, da bi to povzročilo popolno izpad električne energije zaradi okvare električnega omrežja.

Kot študent elektrotehnike sem želel videti učinek nenadnega zmanjšanja obremenitve električnega omrežja. Eden od parametrov, na katere vpliva, je pogostost. Zato sem se odločil narediti napravo za merjenje frekvence napetosti iz vtičnice v moji hiši. Upoštevajte, da za ta majhen poskus natančnost izmerjene vrednosti ni pomembna, saj sem želel samo opazovati spremembe frekvence.

V tem navodilu bom hitro razložil, kako lahko omrežje odpove, nato pa vam pokazal, kako sem meril frekvenco.

1. korak: Zakaj skrbeti?

Električno omrežje lahko odpove zaradi številnih dejavnikov, med katerimi je nenadno zmanjšanje obremenitve. Poskušal bom to razložiti na najpreprostejši način, tako da ga lahko razume oseba brez električnega ozadja.

Kaj je frekvenca? To je število ponovitev vala izmeničnega toka v eni sekundi. Frekvenca v Indiji je 50Hz, kar pomeni, da se AC val ponovi 50 -krat v eni sekundi.

V kateri koli elektrarni obstaja turbina, ki je rotacijska mehanska naprava, ki črpa energijo iz toka tekočine (para, voda, plin itd.) In jo pretvarja v koristno delo (mehanska energija). Ta turbina je povezana (povezana) z generatorjem. Generator nato to mehansko energijo pretvori v električno energijo, ki jo dobimo doma.

Za to razlago razmislimo o parni elektrarni. Tu se visokotlačna para uporablja za vrtenje turbine, ki nato vrti generator in nastaja elektrika. Ne bom razpravljal o tem, kako deluje generator, ampak ne pozabite, da je frekvenca generirane napetosti neposredno povezana s hitrostjo, s katero se generator vrti. Če se hitrost poveča, se frekvenca poveča in obratno. Predpostavimo, da generator ni priključen na nobeno obremenitev. Generator se pospeši s povečanjem vnosa pare v turbino, dokler frekvenca ne postane 50Hz. Generator je zdaj pripravljen za oddajanje energije. Takoj, ko je generator priključen na obremenitev (ali omrežje), tok začne teči skozi njegovo navitje in njegova hitrost se zmanjšuje in s tem tudi frekvenca. Toda v skladu s predpisi mora biti frekvenca v določenem pasu. V Indiji je +/- 3%, to je 48,5Hz do 51,5Hz. Zdaj, da bi nadomestili zmanjšano frekvenco zaradi zmanjšanja hitrosti, se vnos pare povečuje, dokler frekvenca spet ne postane 50Hz. Ta proces se nadaljuje. Obremenitev se poveča, hitrost se zmanjša, frekvenca se zmanjša, vnos pare se poveča in generator se privede do hitrosti. Vse to poteka samodejno z napravo, imenovano Governor. Nadzira hitrost (ali frekvenco) generatorja in temu ustrezno prilagodi vnos pare. Ker je večji del mehanski, traja nekaj sekund (tj. Visoka časovna konstanta), da spremembe začnejo veljati.

Zdaj pa pomislimo, da se celotna obremenitev generatorja nenadoma odstrani. Generator pospeši nad normalno hitrostjo, saj smo prej povečali vnos pare, da bi kompenzirali povečano obremenitev. Preden regulator zazna in spremeni vnos pare, se generator pospeši tako hitro, da frekvenca prestopi zgornjo mejo. Ker to v skladu z regulativnimi standardi ni dovoljeno, se generator zaradi prekomerne frekvence izklopi (ali je odklopljen) iz omrežja.

V Indiji imamo eno državo - eno omrežje, kar pomeni, da so vsi generatorji v Indiji povezani v eno samo omrežje. To pomaga pri pošiljanju energije v kateri koli del države. Vendar obstaja ena pomanjkljivost. Velika napaka v katerem koli delu države se lahko hitro razširi na druge dele, kar povzroči sprožitev celotnega omrežja. Tako celotna država ostane brez moči!

2. korak: Načrt

Načrt je meriti frekvenco napetosti v določenih intervalih.

Sredinski transformator se uporablja za znižanje 230V AC na 15V AC.

Modul RTC zagotavlja dejanski čas.

Oba podatka (čas in frekvenca) sta nato shranjena na kartici Micro SD v dveh ločenih datotekah. Po končanem preskusu lahko podatke uvozimo v Excelov list za ustvarjanje grafa.

Za prikaz frekvence bo uporabljen LCD zaslon.

Pozor! Ukvarjali se boste s smrtno napajalno napetostjo. Nadaljujte le, če veste, kaj počnete. Električna energija ne daje druge priložnosti

Korak: Stvari, ki jih boste potrebovali

1x Arduino Nano

1x LCD zaslon 16x2

1x modul ure realnega časa DS3231

1x modul kartice Micro SD

1x osrednji transformator (15V-0-15V)

2x 10k upor

1x 1k upor

1x 39k upor

1x 2N2222A NPN tranzistor

1x dioda 1N4007

4. korak: Sestavite stvari skupaj

Shema gradnje je priložena tukaj. Zgradil ga bom na krovu, vendar ga lahko naredite trajnejšega z uporabo perfboarda ali izdelate tiskano vezje po meri.

Izbira pravilne vrednosti "R3" za vaš transformator:

R3 in R4 tvorita delilnik napetosti, vrednosti pa so izbrane tako, da vrh AC napetosti ne preseže 5V. Torej, če nameravate uporabiti drug transformator z različnimi ocenami, morate spremeniti tudi R3. Ne pozabite, da so nazivne napetosti na transformatorju v RMS. V mojem primeru je 15-0-15.

Za preverjanje uporabite multimeter. Izmerjena napetost bo večinoma večja od 15V. V mojem primeru je bilo okoli 17,5 V. Najvišja vrednost bo 17,5 x sqrt (2) = 24,74 V. Ta napetost je precej višja od največje napetosti Gate-Emitter (6V) tranzistorja 2N2222A. Vrednost R3 lahko izračunamo s formulo delilnika napetosti, prikazano na zgornji sliki.

Priključki za modul kartice SD:

Modul za komunikacijo uporablja SPI.

• MISO do D12
• MOSI do D11
• SCK do D13
• CS/SS do D10 (Za izbiro čipa lahko uporabite kateri koli pin)

Prepričajte se, da je kartica SD najprej formatirana kot FAT.

Priključki za modul RTC

Ta modul uporablja I2C za komunikacijo.

• SDA do A4
• SCL do A5

Priključki za LCD zaslon

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

5. korak: Čas za kodiranje

Koda je priložena tukaj. Prenesite in odprite z uporabo Arduino IDE. Pred nalaganjem se prepričajte, da ste namestili knjižnico DS3231. Na tej spletni strani sem našel nekaj koristnih informacij.

Nastavitev RTC:

1. Vstavite gumbno baterijo tipa 2032.
2. Odprite DS3231_Serial_Easy iz primerov, kot je prikazano.
3. Odkomentirajte 3 vrstice in vnesite čas in datum, kot je prikazano na sliki.
4. Skico naložite v Arduino in odprite serijski monitor. Hitrost prenosa nastavite na 115200. Videti bi morali čas, ki se osvežuje vsake 1 sekunde.
5. Zdaj odklopite Arduino in ga po nekaj sekundah znova priključite. Poglejte serijski monitor. Prikazati bi morala v realnem času.

Končano! RTC je nastavljen. Ta korak je treba narediti le enkrat, da nastavite datum in čas.

6. korak: Obdelava podatkov

Ko je preskus končan, odstranite kartico micro SD iz modula in jo z bralnikom kartic povežite z računalnikom. Na voljo bosta dve besedilni datoteki z imenom FREQ.txt in TIME.txt.

Kopirajte vsebino iz teh datotek in jo prilepite na list Excel v dva ločena stolpca (čas in pogostost).

Kliknite Vstavi> Grafikon. Excel bi moral samodejno preveriti podatke na listu in narisati graf.

Povečajte ločljivost navpične osi, tako da so nihanja jasno vidna. V Google Preglednicah prilagodite> navpična os> najmanjša = 49,5 in maks. = 50,5

7. korak: Rezultati

Jasno lahko vidimo rahlo povečanje frekvence, ko se obremenitve prekinejo okoli 21:00 (21:00) in zmanjšanje frekvence okoli 21:10 (21:10), ko se obremenitve ponovno vklopijo. Brez škode za omrežje, saj je frekvenca v tolerančnem pasu (+/- 3%), to je 48,5Hz do 51,5Hz.

Tweet državnega ministra v indijski vladi, gospoda R K Singha, potrjuje, da so bili rezultati precej natančni.

Hvala, ker ste vztrajali do konca. Upam, da vam je vsem všeč ta projekt in ste se danes naučili kaj novega. Sporočite mi, če ga naredite sami. Naročite se na moj YouTube kanal za več takih projektov.