Jinsi ya Kupima Kiwango cha Nguvu cha AC Kutumia Arduino: Hatua 4

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Halo kila mtu! Huu ni mwalimu wangu wa tatu, natumai utaipata kuwa ya kuelimisha:-) Hii itakuwa ya kufundisha juu ya jinsi ya kutengeneza kipimo cha msingi cha nguvu ya kutumia Arduino. Kabla ya kuanza kuna mambo kadhaa ya kuzingatia:

1. Hii itafanya kazi PEKEE na mizigo ya LINEAR (k.v. motors inductive, transfoma, solenoids)
2. Hii HAITAFANYA kazi na NON-LINEAR (kwa mfano Balbu za CFL, vifaa vya umeme vya hali ya kubadili, LED's)
3. Mimi ni mhandisi wa umeme na nina uwezo mkubwa wakati wa kufanya kazi na uwezo mkubwa (yaani 230V)

Onyo! Ikiwa haujafundishwa au haujui jinsi ya kufanya kazi kwa usahihi na umeme wa umeme nakushauri usiendelee na sehemu hiyo inayoweza kufundishwa na nitakuonyesha njia salama ya kudhibitisha mzunguko unafanya kazi.

Hii ni suluhisho la vifaa kwa shida ya kupima PF kwa mizigo ya laini. Hii inaweza pia kufanywa kwa njia ya nambari ikiwa ni pamoja na uwezo wa kupima mizigo isiyo ya laini, ambayo nitalenga kufunika katika nyingine inayoweza kufundishwa.

Kwa faida ya Kompyuta yoyote kusoma hii, nguvu ya nguvu ni uwiano wa nguvu ya kweli na nguvu inayoonekana na inaweza kuhesabiwa kwa kutafuta cosine ya pembe ya awamu kati ya voltage ya usambazaji na ya sasa (angalia picha iliyoambatishwa kutoka Google). Hii ni muhimu katika matumizi ya AC kwani "Nguvu inayoonekana" (Volt-Amperes) inaweza kuhesabiwa kwa urahisi kwa kutumia Voltage iliyozidishwa na ya sasa. Walakini kupata nguvu halisi au "Nguvu ya Kweli" (Watts) nguvu dhahiri lazima iongezwe na sababu ya nguvu ili kufanya kipimo halisi cha nguvu katika Watts. Hii inatumika tu kwa mizigo ambayo ina sehemu muhimu ya kufata au inayoweza kufanya kazi (kama vile motor). Mizigo yenye nguvu kama vile hita za umeme au balbu za incandescent zina nguvu ya 1.0 (umoja) na kwa hivyo Nguvu ya Kweli na Nguvu Inayoonekana ni sawa.

Hatua ya 1: Ubunifu wa Mzunguko

Sababu ya nguvu inaweza kuhesabiwa kwa kutumia oscilloscope, kwa kupima tofauti ya wakati kati ya voltage na ishara ya sasa. Hizi zinaweza kupimwa wakati wowote katika wimbi kwa muda mrefu kama zitachukuliwa mahali pamoja. Katika kesi hii ilikuwa mantiki kupima kati ya alama za kuvuka sifuri (alama kwenye wimbi ambalo voltage ilivuka mhimili wa X).

Niliunda mzunguko ufuatao katika Multisim. Kwa kudhani sasa na voltage kwa mzigo ni fomu safi za sinusoidal, sababu ya nguvu inaweza kupimwa. Kila umbizo la mawimbi huingizwa kwenye kigunduzi cha kuvuka sifuri (wakati mwingine hujulikana kama sine kwa kibadilishaji cha mawimbi mraba) ambayo ni op-amp ya 741 tu katika hali ya kulinganisha ambapo voltage ya kulinganisha ni 0V. Wakati wimbi la sine liko kwenye mzunguko hasi pigo hasi la DC linatengenezwa, na wakati wimbi la sine lina chanya mapigo mazuri ya DC yanazalishwa. Mawimbi hayo mawili ya mraba hulinganishwa kwa kutumia lango la kipekee la AU (XOR), ambayo itatoa mwendo mzuri wa DC wakati tu mawimbi ya mraba hayaingiliani, na 0V yanapoingiliana. Pato la lango la XOR kwa hivyo ni utofauti wa wakati (delta t) kati ya mawimbi mawili kutoka mahali wanapovuka nukta sifuri. Ishara hii ya kutofautisha inaweza kuwekwa kwa wakati na mdhibiti mdogo na kugeuzwa kuwa sababu ya nguvu kwa kutumia hesabu ifuatayo (hakikisha kikokotoo chako cha kisayansi kiko katika digrii sio radians):

cos (phi) = f * dt * 360

Wapi:

cos (phi) - sababu ya nguvu

f - Mzunguko wa usambazaji uliopimwa

dt - delta t au tofauti ya wakati kati ya mawimbi

360 - mara kwa mara kutumika kutoa jibu kwa digrii

Katika picha utaona athari tatu za mfano wa oscilloscope kwa mzunguko. Ishara mbili za kuingiza zinawakilisha sasa na voltage kwa mzigo. Nimetoa ishara ya pili tofauti ya awamu ya 18 Deg, ili kupunguza nadharia. Hii inatoa PF ya takriban 0.95.

Hatua ya 2: Prototyping & Testing

Kwa muundo wangu wa mfano niliweka muundo wa mzunguko kwenye ubao wa mkate usiouzwa. Kutoka kwa jalada la data la UA741CN na data ya CD4070CN zote mbili IC imekimbia usambazaji wa 12-15 Vdc kwa hivyo nilitumia betri mbili kutengeneza reli mbili + 12V, 0V, -12V Volt.

Kuiga mzigo

Unaweza kuiga mzigo kwa kutumia jenereta ya ishara ya kituo mbili au jenereta ya kazi. Nilitumia kisanduku hiki cha bei rahisi na kizuri cha Wachina kutoa mawimbi mawili ya 50 Hz sine 18 deg apart, na kulisha ishara kwenye mzunguko. Unaweza kuona mabadiliko ya wimbi kwenye oscilloscope. Katika picha hapo juu unaweza kuona mawimbi ya mraba mawili yanayoingiliana (pato kutoka kwa kila op-amp), na picha zingine tatu zinaonyesha matokeo ya lango la XOR. Angalia jinsi upana wa kunde wa pato unakua mfupi na pembe ya awamu inayopungua. Mifano hapo juu zinaonyesha digrii 90, 40, 0.

Hatua ya 3: Msimbo wa Arduino

Kama ilivyoelezwa hapo juu, pato kutoka kwa mzunguko wa kipimo ni tofauti ya wakati kati ya ishara mbili za kuingiza (i.e. ishara ya sasa na ya voltage). Nambari ya arduino hutumia "pulseIn" kupima urefu wa pigo kutoka kwa mzunguko wa kipimo katika sekunde za nano na kuitumia katika fomula ya PF iliyotajwa hapo juu.

Nambari huanza kwa kufafanua vichaka, haswa kuifanya nambari hiyo kupangwa na kusomeka zaidi. La muhimu zaidi, nambari ya C (nambari ya arduino) inafanya kazi kwa mionzi sio digrii, kwa hivyo ubadilishaji kutoka kwa radian hadi digrii inahitajika kuhesabu angle na PF baadaye. Radi moja ni takriban. Digrii 57.29577951. Nambari 360 pia imehifadhiwa na sababu ya kuzidisha 1x10 ^ -6 kwa kubadilisha nano Seconds kuwa Seconds wazi. Mzunguko pia hufafanuliwa mwanzoni, ikiwa unatumia kitu kingine chochote isipokuwa 50Hz hakikisha hii inasasishwa mwanzoni mwa nambari.

Ndani ya "batili kitanzi ()" Nimemwambia Arduino ahesabu pembe kulingana na fomula ya PF iliyotajwa hapo awali. Kwenye upimaji wangu wa kwanza wa nambari hii, nambari hiyo ingeweza kurudisha pembe sahihi na nguvu, hata hivyo kati ya kila matokeo sahihi idadi fulani ya makosa pia inaweza kurudishwa kwenye koni ya serial. Niliona hii ilikuwa ama kusoma kila nyingine au kila vipimo vinne. Niliweka taarifa ya "ikiwa" ndani ya kitanzi "kwa" kuhifadhi dhamana ya upeo wa usomaji kila nne mfululizo. Inafanya hivyo kwa kulinganisha hesabu dhidi ya "angle_max" ambayo hapo awali ni sifuri, na ikiwa ni kubwa zaidi huhifadhi thamani mpya ndani ya "angle_max". Hii inarudiwa kwa kipimo cha PF. Kwa kufanya hivyo kwa kitanzi "kwa" inamaanisha pembe sahihi na pf zinarudishwa kila wakati, lakini ikiwa pembe iliyopimwa inabadilika (juu au chini), wakati "kwa" inaisha "angle_max" inarudi hadi sifuri kwa mtihani unaofuata, wakati " kitanzi batili () "hurudia. Kuna mfano mzuri sana wa jinsi hii inafanya kazi kwenye wavuti ya Arduino (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration). Fomula ya pili "ikiwa" inazuia tu dhamana yoyote iliyo juu kuliko 360 kurudishwa ikiwa kuna kipimo cha juu kimepimwa wakati kifaa kilicho chini ya jaribio kimezimwa.

Hatua ya 4: Mtihani wa Acid

Usijaribu yafuatayo isipokuwa ujue jinsi ya kufanya kazi salama na voltage ya umeme wa AC. Ikiwa una shaka juu ya usalama wako, jaribu kuiga ishara za kuingiza na jenereta ya mawimbi ya njia-mbili.

Kwa ombi la mfuasi, nimefanya mpangilio wa ubao wa mkate kwenye Fritzing kutoa wazo bora la mzunguko na sampuli / mzunguko wa kuhisi (nimeambatanisha faili ya.fzz na mchoro wa.png). Pikipiki hapo juu inawakilisha shabiki wa dawati nililotumia, na coil ya kuingiza inawakilisha transformer ya sasa niliyoifunga kondakta wa Moja kwa Moja. Nilitumia 741 IC kwa kutumia vifurushi viwili vya betri 12V vilivyopangwa kutoa + 12 VDC, 0 VDC (ardhi), na -12 VDC. CD4070 pia inaweza kuwezeshwa moja kwa moja kutoka kwa reli ya nguvu ya 5V ya Arduino.

Ili kudhibitisha dhana inafanya kazi kwa ukweli, mzunguko ulijengwa kwenye ubao mdogo wa mkate. Kutoka kwenye picha unaweza kuona mpangilio wa mzunguko. Nimetumia shabiki wa dawati kama mzigo wangu wa kufata ili kujaribu dhana. Kati ya usambazaji wa umeme wa 230V na mzigo ni vifaa vyangu vya kuhisi. Nina transformer ya kwenda chini ambayo inabadilisha 230V moja kwa moja hadi 5V ili kuruhusu muundo wa wimbi la voltage uchukuliwe sampuli. Transfoma ya sasa isiyo vamizi iliyofungwa karibu na kondakta wa moja kwa moja ilitumika kupima muundo wa wimbi la sasa (kulia kwa kontena la alumini iliyofunikwa). Kumbuka kuwa sio lazima ujue upeo wa sasa au voltage, tu muundo wa wimbi la op-amp kutambua uvukaji wa sifuri. Picha hapo juu zinaonyesha maumbo halisi ya sasa na ya voltage kutoka kwa shabiki, na koni ya serial ya arduino, ambayo inaripoti PF ya 0.41 na pembe ya 65 Deg.

Mkuu huyu anayefanya kazi anaweza kujumuishwa kwenye mfuatiliaji wa nishati uliotengenezwa nyumbani ili kufanya vipimo vya nguvu vya kweli. Ikiwa ana uwezo wako unaweza kujaribu ufuatiliaji wa mizigo tofauti inayodhibitisha na inayoweza kupinga na kuamua sababu yao ya nguvu. Na hapo ni! njia rahisi sana ya kupima sababu ya nguvu.