Izmēriet tīkla frekvenci, izmantojot Arduino: 7 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

3. aprīlī Indijas premjerministrs Šrī. Narendra Modi bija aicinājusi indiešus izslēgt gaismas un iedegt lampu (Dija) 5. aprīlī pulksten 21:00, lai atzīmētu Indijas cīņu pret koronavīrusu. Tūlīt pēc paziņojuma sociālajos tīklos valdīja liels haoss, sakot, ka elektrotīkla atteices dēļ tas izraisīs pilnīgu elektroapgādes pārtraukumu.

Es, būdams elektrotehnikas students, vēlējos redzēt pēkšņas slodzes samazināšanās ietekmi uz elektrotīklu. Viens no parametriem, kas tiek ietekmēts, ir frekvence. Tātad, es nolēmu izveidot ierīci, lai izmērītu sprieguma frekvenci no manas mājas kontaktligzdas. Lūdzu, ņemiet vērā, ka šim nelielajam eksperimentam izmērītās vērtības precizitāte nav svarīga, jo es tikai vēlējos novērot frekvences izmaiņas.

Šajā pamācībā es ātri izskaidrošu, kā režģis var neizdoties, un pēc tam parādīšu, kā es izmērīju frekvenci.

1. solis: Kāpēc uztraukties?

Elektrības tīkls var neizdoties daudzu faktoru dēļ, no kuriem viens ir pēkšņa slodzes samazināšanās. Es centīšos to izskaidrot pēc iespējas vienkāršākā veidā, lai to varētu saprast cilvēks bez elektrības.

Kas ir Frekvence? Tas ir cik reizes maiņstrāvas vilnis atkārtojas vienā sekundē. Frekvence Indijā ir 50 Hz, kas nozīmē, ka maiņstrāvas vilnis tiek atkārtots 50 reizes vienā sekundē.

Jebkurā elektrostacijā ir turbīna, kas ir rotējoša mehāniska ierīce, kas iegūst enerģiju no šķidruma plūsmas (tvaiks, ūdens, gāze utt.) Un pārvērš to lietderīgā darbā (mehāniskā enerģija). Šī turbīna ir savienota (savienota) ar ģeneratoru. Pēc tam ģenerators šo mehānisko enerģiju pārvērš elektriskajā enerģijā, ko iegūstam mājās.

Apskatīsim tvaika elektrostaciju šim skaidrojumam. Šeit augstspiediena tvaiku izmanto, lai rotētu turbīnu, kas savukārt rotē ģeneratoru, un tiek ģenerēta elektrība. Es nerunāšu par ģeneratora darbību, bet tikai atcerieties, ka ģenerētā sprieguma frekvence ir tieši saistīta ar ģeneratora rotācijas ātrumu. Ja ātrums palielinās, frekvence palielinās un otrādi. Pieņemsim, ka ģenerators nav pievienots nevienai slodzei. Ģenerators tiek paātrināts, palielinot tvaika ievadi turbīnā, līdz frekvence kļūst par 50 Hz. Ģenerators tagad ir gatavs piegādāt enerģiju. Tiklīdz ģenerators ir pievienots slodzei (vai tīklam), caur tā tinumu sāk plūst strāva un samazinās tā ātrums un līdz ar to arī frekvence. Bet saskaņā ar regulējuma standartiem frekvencei jābūt noteiktā diapazonā. Indijā tas ir +/- 3%, ti, no 48,5 Hz līdz 51,5 Hz. Tagad, lai kompensētu samazināto frekvenci ātruma samazināšanās dēļ, tvaika ievadi palielina, līdz frekvence atkal kļūst par 50 Hz. Šis process turpinās. Slodze palielinās, ātrums samazinās, frekvence samazinās, tvaika padeve palielinās un ģenerators tiek paātrināts. Tas viss tiek darīts automātiski, izmantojot ierīci, ko sauc par gubernatoru. Tas uzrauga ģeneratora ātrumu (vai frekvenci) un attiecīgi pielāgo tvaika padevi. Tā kā lielākā daļa detaļu ir mehāniska, vajadzīgas dažas sekundes (t.i., liela laika konstante), lai izmaiņas stātos spēkā.

Tagad padomāsim, ka visa ģeneratora slodze pēkšņi tiek noņemta. Ģenerators paātrinās virs parastā ātruma, jo mēs iepriekš palielinājām tvaika padevi, lai kompensētu palielināto slodzi. Pirms regulators var uztvert un mainīt tvaika ievadi, ģenerators paātrinās tik ātri, ka frekvence šķērso tās augšējo robežu. Tā kā tas nav atļauts saskaņā ar normatīvajiem standartiem, ģenerators pārslēdzas (vai tiek atvienots) no tīkla pārmērīgas frekvences dēļ.

Indijā mums ir viena tauta - viens tīkls, kas nozīmē, ka visi Indijas ģeneratori ir savienoti ar vienu tīklu. Tas palīdz nosūtīt varu uz jebkuru valsts daļu. Bet ir viens trūkums. Liela kļūme jebkurā valsts daļā var ātri izplatīties uz citām daļām, kā rezultātā tiek ieslēgts viss tīkls. Tādējādi veselai valstij nav varas!

2. solis: plāns

Plāns ir noteiktos intervālos izmērīt sprieguma frekvenci.

Centrālais transformators tiek izmantots, lai samazinātu 230V līdz 15V maiņstrāvu.

RTC modulis nodrošina faktisko laiku.

Abi dati (laiks un biežums) pēc tam tiek saglabāti Micro SD kartē divos atsevišķos failos. Kad pārbaude ir pabeigta, datus var importēt Excel lapā, lai ģenerētu diagrammu.

Lai parādītu frekvenci, tiks izmantots LCD displejs.

Uzmanieties! Jums būs jātiek galā ar letālu maiņstrāvas spriegumu. Turpiniet tikai tad, ja zināt, ko darāt. Elektrība nedod otru iespēju

3. solis: lietas, kas jums būs nepieciešamas

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD displejs

1x DS3231 reālā laika pulksteņa modulis

1x Micro SD kartes modulis

1x centrālais pieskāriena transformators (15V-0-15V)

2x 10k rezistors

1x 1k rezistors

1x 39k rezistors

1x 2N2222A NPN tranzistors

1x 1N4007 diode

4. solis: lietu salikšana kopā

Būvniecības shēma ir pievienota šeit. Es to būvēšu uz maizes dēļa, bet jūs varat padarīt to pastāvīgāku, izmantojot perforatoru vai izveidojot pielāgotu PCB.

Izvēloties pareizo transformatora vērtību “R3”:

R3 un R4 veido sprieguma dalītāju, un vērtības tiek izvēlētas tā, lai maiņstrāvas sprieguma maksimums nepārsniegtu 5 V. Tātad, ja jūs plānojat izmantot citu transformatoru ar atšķirīgu nominālvērtību, jums ir jāmaina arī R3. Atcerieties, ka sprieguma nominālvērtības, kas norādītas uz transformatora, ir RMS. Manā gadījumā tas ir 15-0-15.

Lai to pārbaudītu, izmantojiet multimetru. Izmērītais spriegums pārsvarā būs lielāks par 15 V. Manā gadījumā tas bija ap 17.5V. Maksimālā vērtība būs 17,5 x sqrt (2) = 24,74 V. Šis spriegums ir daudz lielāks par 2N2222A tranzistora maksimālo vārtu izstarotāja spriegumu (6V). Mēs varam aprēķināt R3 vērtību, izmantojot sprieguma dalītāja formulu, kas parādīta attēlā.

Savienojumi SD kartes modulim:

Modulis saziņai izmanto SPI.

• MISO līdz D12
• MOSI līdz D11
• SCK līdz D13
• CS/SS līdz D10 (mikroshēmas izvēlei varat izmantot jebkuru tapu)

Pārliecinieties, vai SD karte vispirms ir formatēta kā FAT.

Savienojumi RTC modulim

Šis modulis saziņai izmanto I2C.

• SDA līdz A4
• SCL līdz A5

Savienojumi LCD displejam

• RST līdz D9
• LV līdz D8
• D4 līdz D7
• D5 līdz D6
• D6 līdz D5
• D7 līdz D4
• R/W uz GND

5. solis: kodēšanas laiks

Kods ir pievienots šeit. Lejupielādējiet un atveriet to, izmantojot Arduino IDE. Pirms augšupielādes noteikti instalējiet DS3231 bibliotēku. Šajā vietnē es atradu noderīgu informāciju.

RTC iestatīšana:

1. Ievietojiet 2032 tipa monētu elementu akumulatoru.
2. Atveriet DS3231_Serial_Easy no piemēriem, kā parādīts attēlā.
3. Atceliet 3 rindiņu komentārus un ievadiet laiku un datumu, kā parādīts attēlā.
4. Augšupielādējiet skici Arduino un atveriet sērijas monitoru. Iestatiet pārraides ātrumu 115200. Jums vajadzētu redzēt laiku, kas tiek atsvaidzināts ik pēc 1 sekundes.
5. Tagad atvienojiet Arduino un pēc dažām sekundēm pievienojiet to vēlreiz. Paskaties uz seriālo monitoru. Tam vajadzētu parādīties reāllaikā.

Gatavs! RTC ir izveidots. Lai iestatītu datumu un laiku, šī darbība jāveic tikai vienu reizi.

6. darbība: datu apstrāde

Kad pārbaude ir pabeigta, izņemiet micro SD karti no moduļa un pievienojiet to datoram, izmantojot karšu lasītāju. Būs divi teksta faili ar nosaukumu FREQ.txt un TIME.txt.

Kopējiet saturu no šiem failiem un ielīmējiet to Excel lapā divās atsevišķās kolonnās (laiks un biežums).

Noklikšķiniet uz Ievietot> Diagramma. Programmai Excel vajadzētu automātiski pārbaudīt lapas datus un uzzīmēt diagrammu.

Palieliniet vertikālās ass izšķirtspēju, lai svārstības būtu skaidri redzamas. Google izklājlapās pielāgojiet> Vertikālā ass> Min. = 49,5 un maks. = 50,5

7. darbība: rezultāti

Mēs skaidri redzam nelielu biežuma pieaugumu, jo slodzes tiek pārtrauktas ap pulksten 21:00 (21:00), un frekvences samazināšanās ap 21:10 (21:10), kad slodzes tiek atkal ieslēgtas. Tīklam nekaitē, jo frekvence ir labi pielaides joslā (+/- 3%), t.i., no 48,5 Hz līdz 51,5 Hz.

Indijas valdības valsts ministra tvīts R. K. Singha kungs apstiprina, ka iegūtie rezultāti bija diezgan precīzi.

Paldies, ka pieturējāties līdz galam. Ceru, ka jums visiem patīk šis projekts un šodien uzzinājāt kaut ko jaunu. Ļaujiet man zināt, vai jūs to izgatavojat sev. Abonējiet manu YouTube kanālu, lai iegūtu vairāk šādu projektu.