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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

3. aprila, premijer Indije, Shri. Narendra Modi apelovao je na Indijance da ugase svjetla i upale lampu (Diya) u 21:00 5. aprila u znak obilježavanja borbe Indije protiv korona virusa. Odmah nakon objave, na društvenim mrežama nastao je veliki kaos koji je rekao da bi to rezultiralo potpunom nestašicom energije zbog kvara na električnoj mreži.

Ja, kao student elektrotehnike, želio sam vidjeti učinak naglog smanjenja opterećenja na električnoj mreži. Jedan od parametara na koje se utiče je frekvencija. Odlučio sam napraviti uređaj za mjerenje frekvencije napona iz utičnice u mojoj kući. Imajte na umu da za ovaj mali eksperiment 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 faktora od kojih je jedan naglo smanjenje opterećenja. Pokušat ću to objasniti na najjednostavniji mogući način tako da ga osoba bez električne struke može razumjeti.

Šta 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 turbina je 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 pritiska 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 brzina se smanjuje, a time i frekvencija. Ali prema regulativnim standardima, frekvencija bi trebala biti unutar određenog raspona. U Indiji je to +/- 3%, odnosno 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 većina dijela mehanička, potrebno je nekoliko sekundi (tj. Velika vremenska konstanta) da promjene stupe na snagu.

Uzmimo sada u obzir da se cijelo 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 jednu naciju - jednu mrežu, što znači da su svi agregati u Indiji povezani u jednu mrežu. Ovo pomaže u slanju struje u bilo koji dio zemlje. Ali 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.

Transformator sa središnjim napajanjem 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 koristi se LCD ekran.

Čuvajte se! Vi ćete se nositi sa kobnim AC mrežnim naponom. Nastavite samo ako znate šta radite. Struja ne daje drugu šansu

Korak 3: Stvari koje će vam trebati

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD ekran

1x DS3231 Modul sata u realnom 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 koristeći perfboard ili napraviti 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. Imajte na umu 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 čipova možete koristiti bilo koji pin)

Uvjerite se da je SD kartica prvo formatirana kao FAT.

Priključci za RTC modul

Ovaj modul koristi I2C za komunikaciju.

• SDA do A4
• SCL do A5

Priključci za LCD ekran

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

Korak 5: Vrijeme za kodiranje

Kôd je priložen ovde. Preuzmite i otvorite ga pomoću Arduino IDE -a. Prije postavljanja 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 kao što 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. Trebali biste moći vidjeti vrijeme koje se osvježava svakih 1 sekundu.
5. Sada isključite Arduino i ponovo ga uključite nakon nekoliko sekundi. Pogledajte serijski monitor. Trebalo bi prikazivati u stvarnom vremenu.

Gotovo! RTC je postavljen. Ovaj korak mora biti učinjen samo jednom da biste postavili datum i vrijeme.

Korak 6: Obrada podataka

Kada test završi, uklonite mikro SD karticu iz modula i povežite je sa računarom pomoću čitača kartica. Postojat će dvije tekstualne datoteke nazvane FREQ.txt i TIME.txt.

Kopirajte sadržaj iz ovih datoteka i zalijepite ga u Excel listu u dvije zasebne kolone (Time i Freq).

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

Povećajte rezoluciju 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 kako se opterećenja prekidaju oko 21:00 (21:00) i smanjenje učestalosti oko 21:10 (21:10) kako se opterećenja ponovo 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 tačni.

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 sami. Pretplatite se na moj YouTube kanal za još ovakvih projekata.