როგორ გავზომოთ AC სიმძლავრის ფაქტორი არდუინოს გამოყენებით: 4 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

Გამარჯობა ყველას! ეს არის ჩემი მესამე ინსტრუქცია, ვიმედოვნებ, რომ ის თქვენთვის ინფორმაციულია:-) ეს იქნება სასწავლო, თუ როგორ უნდა მოხდეს ძირითადი სიმძლავრის ფაქტორის გაზომვა არდუინოს გამოყენებით. სანამ დავიწყებთ, უნდა გავითვალისწინოთ რამდენიმე რამ:

1. ეს იმუშავებს მხოლოდ ხაზოვანი დატვირთვით (მაგ. ინდუქციური ძრავები, ტრანსფორმატორები, სოლენოიდები)
2. ეს არ იმუშავებს არა-ხაზოვანი (მაგ. CFL ნათურები, გადართვის რეჟიმის კვების წყაროები, LED- ები)
3. მე ვარ ელექტროინჟინერი და ძალიან კომპეტენტური, როდესაც ვმუშაობ მაგისტრალურ პოტენციალზე (ანუ 230V)

გაფრთხილება! თუ არ ხართ გაწვრთნილი ან არ იცით როგორ იმუშაოთ მაგისტრალური ძაბვით, მე გირჩევთ არ გააგრძელოთ ინსტრუქციის ის ნაწილი და მე გაჩვენებთ წრიული სამუშაოების მტკიცების უსაფრთხო მეთოდს.

ეს არის ტექნიკური გადაწყვეტა PF– ის ხაზოვანი დატვირთვების გაზომვის პრობლემისთვის. ეს ასევე შეიძლება გაკეთდეს მხოლოდ კოდის საშუალებით, მათ შორის არაწრფივი დატვირთვის გაზომვის უნარის ჩათვლით, რომლის დაფარვაც მე სხვა ინსტრუქციულ მიზანში მაქვს.

დამწყებთათვის, ვინც ამას კითხულობს, სიმძლავრის ფაქტორი არის ჭეშმარიტი სიმძლავრის თანაფარდობა აშკარა სიმძლავრესთან და შეიძლება გამოითვალოს მიწოდების ძაბვასა და დენს შორის ფაზის კუთხის კოსინუსის პოვნით (იხ. თანდართული სურათი Google- დან). ეს მნიშვნელოვანია AC პროგრამებში, რადგან "მოჩვენებითი სიმძლავრე" (ვოლტ-ამპერი) მარტივად შეიძლება გამოითვალოს ძაბვის გამრავლებით დენზე. თუმცა რეალური სიმძლავრის ან "ჭეშმარიტი სიმძლავრის" (ვატი) მისაღებად აშკარა სიმძლავრე უნდა გამრავლდეს სიმძლავრის ფაქტორზე, რათა მოხდეს სიმძლავრის ნამდვილი გაზომვა ვატებში. ეს ეხება მხოლოდ დატვირთვებს, რომლებსაც აქვთ მნიშვნელოვანი ინდუქციური ან კაპაქტიური კომპონენტი (მაგალითად, ძრავა). წმინდა რეზისტენტულ დატვირთვას, როგორიცაა ელექტრო გამათბობლები ან ინკანდესენტური ნათურები, აქვს სიმძლავრის კოეფიციენტი 1.0 (ერთობა) და, შესაბამისად, ჭეშმარიტი ძალა და მოჩვენებითი ძალა იგივეა.

ნაბიჯი 1: სქემის დიზაინი

სიმძლავრის ფაქტორი შეიძლება გამოითვალოს ოსცილოსკოპის გამოყენებით, ძაბვისა და მიმდინარე სიგნალს შორის დროის სხვაობის გაზომვით. მათი გაზომვა შესაძლებელია ტალღის ნებისმიერ წერტილში, რამდენადაც ისინი აღებულია ერთ ადგილას. ამ შემთხვევაში ლოგიკური იყო გაზომვა ნულოვან გადაკვეთის წერტილებს შორის (ტალღის წერტილები, სადაც ძაბვამ გადალახა X ღერძი).

მე შემუშავებული მაქვს შემდეგი სქემა Multisim– ში. თუ დავუშვებთ, რომ დენი და ძაბვა არის სუფთა სინუსოიდური ტალღის ფორმა, სიმძლავრის ფაქტორი შეიძლება შეფასდეს. თითოეული ტალღის ფორმა იკვებება ნულოვანი გადაკვეთის დეტექტორში (ზოგჯერ ცნობილია როგორც სინუსი კვადრატული ტალღის გადამყვანი), რომელიც უბრალოდ არის 741 op-amp შედარების რეჟიმში, სადაც შედარების ძაბვაა 0V. როდესაც სინუსური ტალღა არის უარყოფით ციკლში წარმოიქმნება უარყოფითი DC პულსი, ხოლო როდესაც სინუსური ტალღა დადებითია წარმოიქმნება დადებითი DC პულსი. ორი კვადრატული ტალღა შედარებულია ექსკლუზიური OR (XOR) ლოგიკური კარიბჭის გამოყენებით, რომელიც გამოუშვებს პოზიტიურ მაღალ DC პულსს მხოლოდ მაშინ, როდესაც კვადრატული ტალღები არ გადაფარავს და 0V, როდესაც ისინი გადაფარავს. XOR კარიბჭის გამოსასვლელი არის დროის სხვაობა (დელტა t) ორ ტალღას შორის იმ წერტილიდან, სადაც ისინი გადადიან ნულოვან წერტილს. ეს განსხვავების სიგნალი შეიძლება დაითვალოს მიკროკონტროლერმა და გადააკეთოს სიმძლავრის ფაქტორად შემდეგი გაანგარიშების გამოყენებით (დარწმუნდით, რომ თქვენი სამეცნიერო კალკულატორი არის გრადუსში და არა რადიანებში):

cos (phi) = f * dt * 360

სად:

cos (phi) - სიმძლავრის ფაქტორი

ვ - გაზომილი მიწოდების სიხშირე

dt - დელტა t ან დროის სხვაობა ტალღებს შორის

360 - მუდმივი, რომელიც გამოიყენება პასუხის გასაცემად გრადუსებში

სურათებში ნახავთ სამი იმიტირებული ოსცილოსკოპის კვალს წრისთვის. ორი შეყვანის სიგნალი წარმოადგენს მიმდინარეობას და ძაბვას დატვირთვაზე. მე მეორე სიგნალს მივეცი ფაზის სხვაობა 18 გრადუსი, თეორიის დემონსტრაციისთვის. ეს იძლევა PF დაახლოებით 0.95.

ნაბიჯი 2: პროტოტიპირება და ტესტირება

ჩემი პროტოტიპის შესაქმნელად, მე ჩავრთე სქემის დიზაინი შედუღების გარეშე. UA741CN მონაცემთა ცხრილიდან და CD4070CN მონაცემთა ცხრილიდან ორივე IC გადის 12-15 Vdc მიწოდებით, ასე რომ მე ორი ბატარეის გამოყენებით ვიმუშავე ორმაგი სარკინიგზო +12V, 0V, -12V ვოლტის კვების ბლოკზე.

სიმძიმის დატვირთვა

თქვენ შეგიძლიათ სიმულაციის დატვირთვა ორმაგი არხის სიგნალის გენერატორის ან ფუნქციის გენერატორის გამოყენებით. ეს იაფი და ხალისიანი ჩინური ყუთი გამოვიყენე ორი 50 ჰერცი სინუსური ტალღის 18 გრადუსით დაშორებით და სიგნალები ჩავრთე წრეში. თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ ტალღის ფორმები ოსცილოსკოპზე. ზემოთ მოცემულ სურათებში თქვენ ხედავთ ორ გადაფარებულ კვადრატულ ტალღას (გამომავალი თითოეული op-amp– დან), ხოლო დანარჩენი სამი სურათი ასახავს XOR კარიბჭის გამოსავალს. დააკვირდით, როგორ იზრდება გამომავალი პულსის სიგანე ფაზის კლების შემცირებით. ზემოთ მოყვანილი მაგალითები აჩვენებს 90, 40, 0 ხარისხს.

ნაბიჯი 3: Arduino კოდი

როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, გაზომვის წრედან გამოსასვლელი არის დროის სხვაობა ორ შეყვანის სიგნალს შორის (ანუ მიმდინარე და ძაბვის სიგნალს). არდუინოს კოდი იყენებს "pulseIn" გაზომვის წრედან გამომავალი პულსის სიგრძის გასაზომად ნანო წამებში და იყენებს მას ზემოთ ნახსენები PF ფორმულაში.

კოდი იწყება მუდმივების განსაზღვრით, ძირითადად, რათა კოდი იყოს უფრო ორგანიზებული და წაკითხული. რაც მთავარია, C კოდი (არდუინოს კოდი) მუშაობს რადიანებში და არა ხარისხებში, ამიტომ რადიანიდან გრადუსზე გადაყვანა საჭიროა კუთხეების და PF- ების გამოსათვლელად. ერთი რადიანი დაახლ. 57.29577951 გრადუსი. ნომერი 360 ასევე ინახება და გამრავლების კოეფიციენტი 1x10^-6 ნანო წამის უბრალო წამებად გადაქცევისთვის. სიხშირე ასევე განისაზღვრება დასაწყისში, თუ თქვენ იყენებთ სხვა რამეს 50 ჰც -ის გარდა, დარწმუნდით, რომ ეს განახლებულია კოდის დასაწყისში.

შიგნით "void loop ()" მე არდუინოს ვუთხარი, რომ გამოთვალოს კუთხე ზემოთ ნახსენები PF ფორმულის საფუძველზე. ამ კოდის ჩემი პირველი გამეორებისას, კოდი დააბრუნებს სწორ კუთხეს და სიმძლავრის ფაქტორს, თუმცა თითოეულ სწორ შედეგს შორის ზოგიერთი მცდარი დაბალი მნიშვნელობა ასევე დაუბრუნდება სერიულ კონსოლს. მე შევნიშნე, რომ ეს იყო ყოველ მეორე კითხვას ან ყოველ ოთხ გაზომვას. "For" მარყუჟში ჩავდე "if" განცხადება, რომ შევინახო ზედიზედ ოთხი კითხვის მაქსიმალური მნიშვნელობა. ის ამას აკეთებს "angle_max" - ის გაანგარიშების შედარებისას, რომელიც თავდაპირველად ნულის ტოლია და თუ ის უფრო დიდია ინახავს ახალ მნიშვნელობას "angle_max" - ში. ეს მეორდება PF გაზომვისთვის. ამის გაკეთება "for" მარყუჟში, ეს ნიშნავს რომ სწორი კუთხე და pf ყოველთვის ბრუნდება, მაგრამ თუ გაზომილი კუთხე იცვლება (უფრო მაღალი ან დაბალი), როდესაც "for" მთავრდება "angle_max" ნულოვანია მომდევნო გამოცდისთვის, როდესაც " void loop () "იმეორებს. არსებობს ძალიან კარგი მაგალითი იმისა, თუ როგორ მუშაობს ეს Arduino ვებსაიტზე (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). მეორე "თუ" ფორმულა უბრალოდ აფერხებს 360 -ზე მაღალი მნიშვნელობის დაბრუნებას შეცდომით მაღალი გაზომვის შემთხვევაში, როდესაც ტესტირებისას მოწყობილობა გამორთულია.

ნაბიჯი 4: მჟავის ტესტი

ნუ შეეცდებით შემდეგს, თუ არ იცით როგორ მუშაობს უსაფრთხოდ AC ქსელის ძაბვით. თუ თქვენ ეჭვი გეპარებათ თქვენს უსაფრთხოებაში, სცადეთ შეყვანილი სიგნალების სიმულაცია ორმაგი არხის ტალღის გენერატორის გამოყენებით.

მიმდევართა თხოვნით, მე გავაკეთე პურის დაფის განლაგება Fritzing– ზე, რათა უკეთ წარმოვიდგინო წრე და შერჩევის/ზონდირების წრე (მე დავამატე.fzz ფაილი და-p.webp

კონცეფციის რეალობაში მუშაობის დასამტკიცებლად, წრე აშენდა ნაკლებად შედუღებულ დაფაზე. სურათებიდან ხედავთ წრედის მოწყობას. მე გამოვიყენე სამაგიდო ვენტილატორი, როგორც ჩემი ინდუქციური დატვირთვა კონცეფციის შესამოწმებლად. 230 ვ მაგისტრალურ ქსელსა და დატვირთვას შორის არის ჩემი ზონდირების მოწყობილობა. მე მაქვს საფეხურიანი ტრანსფორმატორი, რომელიც გარდაქმნის 230V პირდაპირ 5V- ს, რათა მოხდეს ძაბვის ტალღის ფორმის შერჩევა. ცოცხალი გამტარის გარშემო შემოჭერილი არაინვაზიური დენის ტრანსფორმატორი გამოიყენებოდა მიმდინარე ტალღის ფორმის შესამოწმებლად (ალუმინის მოპირკეთებული რეზისტორის მარჯვნივ). გაითვალისწინეთ, რომ თქვენ სულაც არ გჭირდებათ დენის ან ძაბვის ამპლიტუდის ცოდნა, უბრალოდ ტალღის ფორმა op-amp– ისთვის ნულოვანი გადაკვეთის დასადგენად. ზემოთ მოყვანილი სურათები აჩვენებს ფაქტიურ მიმდინარე და ძაბვის ტალღების ფორმას ვენტილატორიდან და arduino სერიული კონსოლი, რომელიც იუწყება PF 0.41 და კუთხე 65 გრადუსი.

ეს სამუშაო პრინციპი შეიძლება ჩართული იყოს სახლის ენერგიის მონიტორში, რათა მოხდეს სიმძლავრის ნამდვილი გაზომვები. თუ კომპეტენტური ხართ, შეგიძლიათ სცადოთ სხვადასხვა ინდუქციური და რეზისტენტული დატვირთვების მონიტორინგი და განსაზღვროთ მათი სიმძლავრის ფაქტორი. და იქ არის! ძალაუფლების ფაქტორის გაზომვის ძალიან მარტივი მეთოდი.