Arduino ашиглан хувьсах гүйдлийн хүчин зүйлийг хэрхэн хэмжих вэ: 4 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

Бүгдээрээ сайн уу! Энэ бол миний гурав дахь зааварчилгаа юм, танд мэдээлэл өгөх болно гэж найдаж байна:-) Энэ нь Arduino ашиглан хүч чадлын үндсэн хүчин зүйлийг хэрхэн хэмжих талаар зааварчилгаа болно. Эхлэхээсээ өмнө хэд хэдэн зүйлийг анхаарч үзэх хэрэгтэй.

1. Энэ нь зөвхөн LINEAR ачаалалтай ажиллах болно (жишээлбэл, индуктив мотор, трансформатор, ороомог)
2. Энэ нь NON-LINEAR-тэй ажиллахгүй (жишээлбэл, CFL чийдэн, шилжүүлэгч горимын цахилгаан хангамж, LED)
3. Би цахилгааны инженер мэргэжилтэй бөгөөд цахилгаан хангамжтай ажиллахдаа маш чадварлаг (өөрөөр хэлбэл 230В)

Анхааруулга! Хэрэв та сургалтанд хамрагдаагүй эсвэл сүлжээний хүчдэлтэй хэрхэн зөв ажиллахаа мэдэхгүй байгаа бол зааварчилгааны хэсгийг үргэлжлүүлэхгүй байхыг зөвлөж байна, би хэлхээний ажиллагааг баталгаажуулах аюулгүй аргыг танд үзүүлэх болно.

Энэ бол шугаман ачаалалд PF -ийг хэмжих асуудлыг шийдэх тоног төхөөрөмжийн шийдэл юм. Үүнийг мөн шугаман бус ачааллыг хэмжих чадварыг багтаасан код ашиглан хийж болно.

Үүнийг уншиж буй бүх хүмүүст ашигтай байхын тулд эрчим хүчний коэффициент нь жинхэнэ хүч ба тодорхой чадлын харьцаа бөгөөд тэжээлийн хүчдэл ба гүйдлийн хоорондох фазын өнцгийн косинусыг олох замаар тооцоолж болно (Google -ээс хавсаргасан зургийг үзнэ үү). Энэ нь хувьсах гүйдлийн хэрэглээний хувьд чухал ач холбогдолтой бөгөөд учир нь "Харагдах хүч" (Вольт-Ампер) -ийг хүчдэлийг одоогийн хүчээр үржүүлж тооцоолоход хялбар байдаг. Гэсэн хэдий ч жинхэнэ хүчийг олж авахын тулд "Ватт" хүчийг жинхэнэ утгаар нь хэмжихийн тулд хүчийг хүчин зүйлээр үржүүлэх ёстой. Энэ нь зөвхөн мэдэгдэхүйц индуктив эсвэл багтаамж ихтэй (мотор гэх мэт) ачаанд хамаарна. Цахилгаан халаагуур эсвэл улайсгасан чийдэн гэх мэт цэвэр эсэргүүцэлтэй ачаалал нь 1.0 (нэгдэл) хүчин чадалтай тул жинхэнэ хүч ба харагдах хүч ижил байна.

Алхам 1: Хэлхээний дизайн

Цахилгаан коэффициентийг осциллограф ашиглан хүчдэл ба гүйдлийн дохионы хоорондох хугацааны ялгааг хэмжих замаар тооцоолж болно. Эдгээрийг нэг газарт дээж авах тохиолдолд долгионы аль ч үед хэмжиж болно. Энэ тохиолдолд тэг огтлолцох цэгүүдийн хоорондох хүчдэл X тэнхлэгийг давсан долгионы цэгүүдийг хэмжих нь логик юм.

Би Multisim дээр дараах хэлхээг зохион бүтээсэн. Ачааллын гүйдэл ба хүчдэлийг цэвэр синусоид долгионы хэлбэр гэж үзвэл цахилгаан коэффициентийг хэмжих боломжтой. Долгионы хэлбэр бүрийг тэг огтлолцох детекторт (заримдаа синусаас дөрвөлжин долгионы хувиргагч гэж нэрлэдэг) харьцуулдаг бөгөөд энэ нь харьцуулах хүчдэл 0V байдаг харьцуулагч горимд 741 op-amp юм. Синус долгион сөрөг мөчлөгт байх үед сөрөг тогтмол гүйдлийн импульс, синус долгион эерэг байвал эерэг DC импульс үүснэ. Дараа нь хоёр дөрвөлжин долгионыг онцгой OR (XOR) логик хаалгаар харьцуулж үздэг бөгөөд энэ нь дөрвөлжин долгион давхцахгүй байх үед эерэг өндөр DC импульс, давхцах үед 0V -ийг гаргадаг. XOR хаалганы гаралт нь тэг цэгийг давсан цэгээс хоёр долгионы хоорондох хугацааны ялгаа (дельта t) юм. Энэхүү зөрүү дохиог микроконтроллероор цагжуулж, дараах тооцоог ашиглан тэжээлийн хүчин зүйл болгон хувиргаж болно (таны шинжлэх ухааны тооцоолуур радианаар биш градусаар хийгдсэн эсэхийг шалгаарай):

cos (phi) = f * dt * 360

Хаана:

cos (phi) - хүчний хүчин зүйл

f - Хэмжсэн нийлүүлэлтийн давтамж

dt - дельта t буюу долгионы хоорондох хугацааны ялгаа

360 - градусаар хариулахад ашигладаг тогтмол

Зураг дээр хэлхээний гурван симуляцийн осциллографын ул мөрийг харах болно. Хоёр оролтын дохио нь гүйдэл ба ачааллын хүчдэлийг илэрхийлдэг. Би онолыг харуулахын тулд хоёр дахь дохио өгөхдөө 18 градусын фазын зөрүүг өгсөн. Энэ нь ойролцоогоор 0.95 PF өгдөг.

Алхам 2: Прототип хийх, турших

Миний загварыг бүтээхийн тулд би хэлхээний загварыг гагнуургүй талхны тавцан дээр тавив. UA741CN мэдээллийн хуудас ба CD4070CN мэдээллийн хүснэгтээс IC -ийн аль аль нь 12-15 Вдц тэжээлээр ажилладаг тул би хоёр батерей ашиглан +12V, 0V, -12V вольтын хос төмөр замыг бий болгосон.

Ачааллыг дуурайж байна

Та хоёр сувгийн дохио үүсгэгч эсвэл функц үүсгэгч ашиглан ачааллыг дуурайж болно. Би энэхүү хямд бөгөөд хөгжилтэй хятадын хайрцгийг ашиглан бие биенээсээ 18 градусын зайтай хоёр 50 Гц синус долгион гаргаж, дохиог хэлхээнд оруулав. Осциллограф дээр үүссэн долгионы хэлбэрийг харж болно. Дээрх зургуудаас та хоёр давхцсан дөрвөлжин долгионыг харж болно (op-amp тус бүрийн гаралт), бусад гурван зураг нь XOR хаалганы гаралтыг харуулав. Фазын өнцөг буурах үед гаралтын импульсийн өргөн хэрхэн богиносч байгааг анхаарч үзээрэй. Дээрх жишээнүүд 90, 40, 0 градусыг харуулж байна.

Алхам 3: Arduino код

Дээр дурдсанчлан хэмжилтийн хэлхээнээс гарах гаралт нь хоёр оролтын дохионы (өөрөөр хэлбэл гүйдэл ба хүчдэлийн дохио) хоорондох хугацааны зөрүү юм. Arduino код нь "pulseIn" -ийг ашиглан хэмжилтийн хэлхээнээс гарах импульсийн уртыг нано секундын дотор хэмжиж дээр дурдсан PF томъёонд ашигладаг.

Код нь кодоо илүү цэгцтэй, унших боломжтой болгохын тулд тогтмолуудыг тодорхойлохоос эхэлдэг. Хамгийн гол нь C код (arduino код) нь градусаар бус радианаар ажилладаг тул өнцөг ба ХС -ийг дараа нь тооцоолохын тулд радианаас градус болгон хөрвүүлэх шаардлагатай болдог. Нэг радиан ойролцоогоор. 57.29577951 градус. Нано секундийг энгийн секундэд хөрвүүлэхийн тулд 360 гэсэн тоог мөн үржүүлэх коэффициент 1x10^-6 хадгалагддаг. Давтамжийг эхэнд нь тодорхойлдог, хэрэв та 50 Гц -ээс өөр зүйл ашиглаж байгаа бол кодын эхэнд шинэчлэгдсэн эсэхийг шалгаарай.

"Void loop ()" дотор би өмнө нь дурдсан PF томъёог үндэслэн өнцгийг тооцоолохыг Arduino -д хэлсэн. Энэ кодыг анх удаа давтахдаа код нь зөв өнцөг ба хүч чадлын коэффициентийг буцааж өгөх боловч зөв үр дүн бүрийн хооронд цуваа консол дээр алдаатай бага утгыг буцаана. Энэ бол бусад уншлага эсвэл дөрвөн хэмжилт бүр юм гэдгийг би анзаарсан. Би дараалсан дөрвөн уншилтын хамгийн их утгыг хадгалахын тулд "for" давталтын дотор "if" гэсэн мэдэгдэл байрлуулсан. Энэ нь тооцооллыг анх тэг гэж тооцдог "angle_max" -тай харьцуулж, хэрэв том бол "angle_max" дотор шинэ утгыг хадгалдаг. PF хэмжилтийн хувьд үүнийг давтана. Үүнийг "for" гогцоонд хийснээр зөв өнцөг ба pf үргэлж буцаагдах болно гэсэн үг, гэхдээ хэрэв хэмжсэн өнцөг өөрчлөгдвөл (дээд эсвэл доод), "for" төгсгөлийн хувьд angle_max "нь дараагийн туршилтын хувьд тэг болох болно. void loop () "давтагдана. Энэ нь Arduino вэбсайт дээр хэрхэн ажилладаг талаар маш сайн жишээ байдаг (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). Хоёр дахь "if" томъёо нь туршиж буй төхөөрөмжийг унтраасан үед буруу өндөр хэмжих тохиолдолд 360 -аас дээш утгыг буцаахаас сэргийлдэг.

Алхам 4: Хүчиллэг туршилт

Хувьсах гүйдлийн хүчдэлтэй хэрхэн аюулгүй ажиллахаа мэдэхгүй байгаа бол дараахь зүйлийг бүү оролдоорой. Хэрэв та өөрийн аюулгүй байдалд эргэлзэж байвал хоёр сувгийн долгионы үүсгүүрээр оролтын дохиог дууриаж үзээрэй.

Би дагагчийн хүсэлтээр хэлхээ болон дээж авах/мэдрэх хэлхээний талаар илүү сайн ойлголт өгөх үүднээс Fritzing дээр талхны самбар байрлууллаа (би.fzz файл болон-p.webp

Энэхүү үзэл баримтлал нь бодит байдал дээр ажиллаж байгааг батлахын тулд хэлхээг талхны тавцан багатай гагнуур дээр барьсан. Зураг дээрээс хэлхээний зохион байгуулалтыг харж болно. Би үзэл баримтлалыг туршихын тулд ширээний сэнсийг индуктив ачаалал болгон ашигласан. 230В цахилгаан хангамж ба ачааллын хооронд миний мэдрэгч төхөөрөмж байдаг. Надад хүчдэлийн долгионы хэлбэрийг дээжлэх боломжийг олгохын тулд 230В -ыг 5V руу шууд хувиргадаг доош чиглэсэн трансформатор байна. Одоогийн долгионы хэлбэрийг (хөнгөн цагаан бүрсэн резисторын баруун талд) дээж авахын тулд гүйдэл дамжуулагчийг хавчуулсан инвазив бус гүйдлийн трансформаторыг ашигласан. Та гүйдэл эсвэл хүчдэлийн далайцыг заавал мэдэх шаардлагагүй, тэг огтлолцлыг тодорхойлохын тулд op-amp-ийн долгионы хэлбэрийг л мэдэх хэрэгтэй. Дээрх зургууд нь сэнсний бодит гүйдэл ба хүчдэлийн долгионы хэлбэр, arduino цуваа консолыг харуулдаг бөгөөд энэ нь 0.41 PF ба 65 градусын өнцөг юм.

Энэхүү ажлын удирдагчийг эрчим хүчний жинхэнэ хэмжилтийг хийхийн тулд гэрийн хийсэн эрчим хүчний мониторд оруулж болно. Хэрэв та чадварлаг бол янз бүрийн индуктив ба эсэргүүцлийн ачааллыг хянаж, тэдгээрийн хүчин чадлыг тодорхойлохыг оролдож болно. Тэгээд тэнд байна! эрчим хүчний коэффициентийг хэмжих маш энгийн арга.