Mjerite mrežnu frekvenciju pomoću Arduina: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

3. travnja premijer Indije Shri. Narendra Modi apelirao je na Indijance da isključe svjetla i zapale lampu (Diya) u 21:00 5. travnja u znak obilježavanja borbe Indije protiv korona virusa. Neposredno nakon objave, na društvenim mrežama nastao je veliki kaos koji je rekao da će to rezultirati potpunim nestankom zbog kvara na električnoj mreži.

Ja, kao student elektrotehnike, želio sam vidjeti učinak naglog smanjenja opterećenja na električnoj mreži. Jedan od parametara na koje utječe je frekvencija. Stoga sam odlučio napraviti uređaj za mjerenje frekvencije napona iz utičnice u mojoj kući. Imajte na umu da za ovaj mali pokus preciznost izmjerene vrijednosti nije važna jer sam samo želio promatrati promjene u frekvenciji.

U ovom Instructable -u brzo ću objasniti kako mreža može otkazati, a zatim ću vam pokazati kako sam mjerio frekvenciju.

Korak 1: Zašto brinuti?

Električna mreža može otkazati zbog mnogih čimbenika od kojih je jedan naglo smanjenje opterećenja. Pokušat ću to objasniti na najjednostavniji mogući način tako da ga osoba bez električne struke može razumjeti.

Što je frekvencija? To je broj ponavljanja izmjeničnog vala u jednoj sekundi. Frekvencija u Indiji je 50Hz, što znači da se AC val ponavlja 50 puta u jednoj sekundi.

U bilo kojoj elektrani postoji turbina koja je rotacijski mehanički uređaj koji izvlači energiju iz protoka tekućine (para, voda, plin itd.) I pretvara je u koristan rad (mehanička energija). Ova je turbina spojena (spojena) na generator. Generator zatim pretvara ovu mehaničku energiju u električnu koju dobivamo kod kuće.

Za ovo objašnjenje razmotrimo termoelektranu. Ovdje se para visokog tlaka koristi za rotiranje turbine koja zauzvrat rotira generator i stvara se električna energija. Neću raspravljati o načinu rada generatora, ali samo zapamtite da je frekvencija generiranog napona izravno povezana s brzinom kojom se generator okreće. Ako se brzina povećava, frekvencija se povećava i obrnuto. Pretpostavimo da generator nije priključen ni na jedno opterećenje. Generator se dovodi do brzine povećanjem ulazne pare u turbinu sve dok frekvencija ne postane 50Hz. Generator je sada spreman za isporuku energije. Čim je generator spojen na opterećenje (ili mrežu), struja počinje teći kroz njegov namot i njegova se brzina smanjuje, a time i frekvencija. No prema regulativnim standardima, frekvencija bi trebala biti unutar određenog raspona. U Indiji je to +/- 3% tj. 48,5Hz do 51,5Hz. Sada, kako bi se kompenzirala smanjena frekvencija zbog smanjenja brzine, ulaz pare se povećava sve dok frekvencija ponovno ne postane 50Hz. Ovaj proces se nastavlja. Opterećenje se povećava, brzina se smanjuje, frekvencija se smanjuje, unos pare se povećava i generator se dovodi do brzine. Sve se to radi automatski pomoću uređaja koji se zove Governor. On prati brzinu (ili frekvenciju) generatora i prema tome prilagođava ulaz pare. Budući da je veći dio mehanički, potrebno je nekoliko sekundi (tj. Velika vremenska konstanta) da promjene stupe na snagu.

Uzmimo sada u obzir da se cjelokupno opterećenje generatora odjednom uklanja. Generator ubrzava iznad svoje normalne brzine jer smo ranije povećali unos pare kako bismo kompenzirali povećano opterećenje. Prije nego što regulator može osjetiti i promijeniti ulaz pare, generator se ubrzava toliko brzo da frekvencija prelazi gornju granicu. Budući da to nije dopušteno prema regulatornim standardima, generator se isključuje (ili je isključen) iz mreže zbog prekomjerne frekvencije.

U Indiji imamo One Nation - One Grid, što znači da su svi generatori u Indiji povezani u jednu mrežu. To pomaže u slanju struje u bilo koji dio zemlje. No postoji jedan nedostatak. Veliki kvar u bilo kojem dijelu zemlje može se brzo proširiti na druge dijelove što rezultira okidanjem cijele mreže. Dakle, čitava zemlja ostaje bez moći!

Korak 2: Plan

Plan je mjerenje frekvencije napona u određenim intervalima.

Središnji transformator koristi se za smanjenje 230V AC na 15V AC.

RTC modul daje stvarno vrijeme.

Oba podatka (vrijeme i frekvencija) tada se spremaju na Micro SD karticu u dvije zasebne datoteke. Nakon završetka testa, podaci se mogu uvesti u Excel tablicu za generiranje grafikona.

Za prikaz frekvencije koristit će se LCD zaslon.

Čuvajte se! Vi ćete se nositi sa fatalnim naponom izmjenične struje. Nastavite samo ako znate što radite. Struja ne daje drugu priliku

Korak 3: Stvari koje će vam trebati

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD zaslon

1x DS3231 Modul sata u stvarnom vremenu

1x modul mikro SD kartice

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

2x 10k otpornik

1x 1k otpornik

1x 39k otpornik

1x 2N2222A NPN tranzistor

1x 1N4007 dioda

Korak 4: Sastavite stvari zajedno

Shema izgradnje je priložena ovdje. Napravit ću ga na ploči za osnove, ali možete ga učiniti trajnijim pomoću perforda ili izraditi prilagođenu PCB.

Odabir ispravne vrijednosti 'R3' za vaš transformator:

R3 i R4 tvore razdjelnik napona, a vrijednosti se biraju tako da vrh izmjeničnog napona ne prelazi 5V. Dakle, ako planirate koristiti drugi transformator s različitim nazivima, morate promijeniti i R3. Ne zaboravite da su nazivni naponi dani na transformatoru u RMS -u. U mom slučaju to je 15-0-15.

Za provjeru koristite multimetar. Izmjereni napon bit će uglavnom veći od 15V. U mom slučaju bilo je oko 17,5V. Vršna vrijednost bit će 17,5 x sqrt (2) = 24,74V. Ovaj napon je daleko veći od maksimalnog napona odašiljača (6V) tranzistora 2N2222A. Vrijednost R3 možemo izračunati pomoću formule razdjelnika napona prikazane na gornjoj slici.

Priključci za modul SD kartice:

Modul koristi SPI za komunikaciju.

• MISO do D12
• MOSI do D11
• SCK do D13
• CS/SS do D10 (za odabir čipa možete koristiti bilo koji pin)

Uvjerite se da je SD kartica prvo formatirana kao FAT.

Priključci za modul RTC

Ovaj modul koristi I2C za komunikaciju.

• SDA do A4
• SCL do A5

Priključci za LCD zaslon

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

Korak 5: Vrijeme za kodiranje

Kôd je priložen ovdje. Preuzmite i otvorite ga pomoću Arduino IDE -a. Prije prijenosa obavezno instalirajte biblioteku DS3231. Našao sam neke korisne informacije na ovoj web stranici.

Postavljanje RTC -a:

1. Umetnite dugmastu bateriju tipa 2032.
2. Otvorite DS3231_Serial_Easy iz primjera kako je prikazano.
3. Dekomentirajte tri retka i unesite vrijeme i datum kao što je prikazano na slici.
4. Prenesite skicu na Arduino i otvorite serijski monitor. Postavite brzinu prijenosa na 115200. Mogli biste vidjeti vrijeme koje se osvježava svakih 1 sekundu.
5. Sada isključite Arduino i ponovno ga uključite nakon nekoliko sekundi. Pogledajte serijski monitor. Trebao bi se prikazivati u stvarnom vremenu.

Gotovo! RTC je postavljen. Ovaj korak morate učiniti samo jednom kako biste postavili datum i vrijeme.

Korak 6: Obrada podataka

Kad test završi, izvadite mikro SD karticu iz modula i povežite je s računalom pomoću čitača kartica. Bit će dvije tekstualne datoteke nazvane FREQ.txt i TIME.txt.

Kopirajte sadržaj iz ovih datoteka i zalijepite ga u Excel tablicu u dva odvojena stupca (Time i Freq).

Pritisnite Umetni> Grafikon. Excel bi trebao automatski provjeriti podatke na listu i iscrtati grafikon.

Povećajte razlučivost okomite osi tako da su fluktuacije jasno vidljive. U Google tablicama prilagodite> okomita os> Min. = 49,5 i maks. = 50,5

Korak 7: Rezultati

Jasno možemo vidjeti blagi porast učestalosti jer se opterećenja prekidaju oko 21:00 (21:00) i smanjenje učestalosti oko 21:10 (21:10) kako se opterećenja ponovno uključuju. Nema štete po mrežu jer je frekvencija u granicama tolerancije (+/- 3%), odnosno 48,5Hz do 51,5Hz.

Tweet državnog ministra u indijskoj vladi, gospodina R K Singha potvrđuje da su rezultati koje sam dobio bili prilično točni.

Hvala vam što ste se držali kraja. Nadam se da vam se svi sviđa ovaj projekt i da ste danas naučili nešto novo. Javite mi ako napravite jedan za sebe. Pretplatite se na moj YouTube kanal za više takvih projekata.