Išmatuokite tinklo dažnį naudodami „Arduino“: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Balandžio 3 d., Indijos ministras pirmininkas Shri. Balandžio 5 d. 21 val. Narendra Modi kreipėsi į indus, kad jie išjungtų šviesas ir uždegtų lemputę (Diya), pažymėdami Indijos kovą su koronavirusu. Iškart po šio pranešimo socialinėje žiniasklaidoje kilo didelis chaosas, sakantis, kad dėl to nutrūks elektros tinklas.

Aš, būdamas elektrotechnikos studentas, norėjau pamatyti staigaus apkrovos sumažėjimo poveikį elektros tinklui. Vienas iš paveiktų parametrų yra dažnis. Taigi, aš nusprendžiau pagaminti prietaisą, skirtą matuoti įtampos dažnį iš mano namų elektros lizdo. Atminkite, kad šiam mažam eksperimentui išmatuotos vertės tikslumas nėra svarbus, nes aš tik norėjau stebėti dažnio pokyčius.

Šioje instrukcijoje greitai paaiškinsiu, kaip gali sugesti tinklelis, ir parodysiu, kaip matavau dažnį.

1 žingsnis: Kodėl nerimauti?

Elektros tinklas gali sugesti dėl daugelio veiksnių, iš kurių vienas yra staigus apkrovos sumažėjimas. Pabandysiu tai paaiškinti kuo paprasčiau, kad žmogus, neturintis elektros srities, galėtų tai suprasti.

Kas yra Dažnis? Tai yra, kiek kartų kintamosios srovės banga kartojasi per vieną sekundę. Indijos dažnis yra 50 Hz, o tai reiškia, kad kintamosios srovės banga kartojama 50 kartų per vieną sekundę.

Bet kurioje elektrinėje yra turbina, kuri yra sukamasis mechaninis įtaisas, išgaunantis energiją iš skysčio srauto (garo, vandens, dujų ir kt.) Ir paverčiantis jį naudingu darbu (mechanine energija). Ši turbina yra prijungta (prijungta) prie generatoriaus. Tada generatorius šią mechaninę energiją paverčia elektros energija, kurią gauname savo namuose.

Norėdami tai paaiškinti, apsvarstykime garo jėgainę. Čia aukšto slėgio garai naudojami turbinai sukti, o tai savo ruožtu sukioja generatorių ir gaminama elektros energija. Aš nekalbėsiu apie tai, kaip veikia generatorius, bet tiesiog atminkite, kad sukurtos įtampos dažnis yra tiesiogiai susijęs su greičiu, kuriuo generatorius sukasi. Jei greitis didėja, dažnis didėja ir atvirkščiai. Tarkime, kad generatorius nėra prijungtas prie jokios apkrovos. Generatoriaus greitis padidinamas padidinus garo įvedimą į turbiną, kol dažnis taps 50 Hz. Dabar generatorius yra paruoštas tiekti energiją. Kai tik generatorius prijungiamas prie apkrovos (ar tinklo), srovė pradeda tekėti per jo apviją, o jo greitis mažėja, taigi ir dažnis. Tačiau pagal reguliavimo standartus dažnis turėtų būti tam tikroje juostoje. Indijoje jis yra +/- 3%, ty nuo 48,5 Hz iki 51,5 Hz. Dabar, siekiant kompensuoti sumažėjusį dažnį dėl sumažėjusio greičio, garo įėjimas padidinamas, kol dažnis vėl tampa 50 Hz. Šis procesas tęsiasi. Padidėja apkrova, sumažėja greitis, sumažėja dažnis, padidėja garo įėjimas ir generatorius pasiekia greitį. Visa tai daroma automatiškai naudojant įrenginį, pavadintą „Governor“. Jis stebi generatoriaus greitį (arba dažnį) ir atitinkamai reguliuoja garo įvadą. Kadangi didžioji dalis yra mechaninė, pakeitimai įsigalioja per kelias sekundes (t. Y. Didelę laiko konstantą).

Dabar pagalvokime, kad staiga pašalinama visa generatoriaus apkrova. Generatoriaus greitis viršija įprastą greitį, nes anksčiau padidinome garo įvadą, kad kompensuotume padidėjusią apkrovą. Kol reguliatorius negali pajusti ir pakeisti garo įėjimo, generatorius įsibėgėja taip greitai, kad dažnis peržengia viršutinę ribą. Kadangi tai neleidžiama pagal norminius standartus, generatorius išsijungia (arba yra atjungtas) nuo tinklo dėl per didelio dažnio.

Indijoje turime vieną tautą - vieną tinklelį, o tai reiškia, kad visi Indijos generatoriai yra prijungti prie vieno tinklo. Tai padeda perduoti valdžią bet kuriai šalies daliai. Tačiau yra vienas trūkumas. Didelis gedimas bet kurioje šalies dalyje gali greitai išplisti į kitas dalis, dėl ko gali sugesti visas tinklas. Taigi visa šalis neturi galios!

2 žingsnis: planas

Planas yra išmatuoti įtampos dažnį tam tikrais intervalais.

Centrinis transformatorius naudojamas 230V kintamosios srovės mažinimui iki 15V kintamosios srovės.

RTC modulis pateikia faktinį laiką.

Abu duomenys (laikas ir dažnis) saugomi „Micro SD“kortelėje dviem atskirais failais. Pasibaigus bandymui, duomenis galima importuoti į „Excel“lapą, kad būtų sukurta diagrama.

Dažniui rodyti bus naudojamas LCD ekranas.

Saugotis! Jūs susidursite su mirtina kintamosios srovės tinklo įtampa. Tęskite tik tada, jei žinote, ką darote. Elektra nesuteikia antro šanso

3 žingsnis: reikalingi dalykai

1x „Arduino Nano“

1x 16x2 LCD ekranas

1x DS3231 realaus laiko laikrodžio modulis

1x „Micro SD“kortelės modulis

1x centrinis transformatorius (15V-0-15V)

2x 10k rezistorius

1x 1k rezistorius

1x 39k rezistorius

1x 2N2222A NPN tranzistorius

1x 1N4007 diodas

4 žingsnis: Sujunkite dalykus

Konstrukcijos schema pridedama čia. Aš jį statysiu ant duonos lentos, bet jūs galite padaryti ją patvaresnę naudodami perforatorių arba pasirinktinę PCB.

Tinkamos transformatoriaus „R3“vertės pasirinkimas:

R3 ir R4 sudaro įtampos daliklį, o reikšmės parenkamos taip, kad kintamosios srovės įtampos smailė neviršytų 5 V. Taigi, jei planuojate naudoti kitą transformatorių su skirtingais vardais, turite pakeisti ir R3. Atminkite, kad transformatoriuje nurodytos įtampos vertės yra RMS. Mano atveju tai yra 15-0-15.

Norėdami tai patikrinti, naudokite multimetrą. Išmatuota įtampa dažniausiai bus didesnė nei 15 V. Mano atveju tai buvo apie 17.5V. Didžiausia vertė bus 17,5 x kv. (2) = 24,74 V. Ši įtampa yra daug didesnė už 2N2222A tranzistoriaus maksimalią vartų ir skleidėjų įtampą (6V). Mes galime apskaičiuoti R3 vertę naudodami įtampos daliklio formulę, parodytą aukščiau esančiame paveikslėlyje.

SD kortelės modulio jungtys:

Modulis naudoja SPI bendravimui.

• MISO iki D12
• MOSI - D11
• SCK - D13
• CS/SS į D10 („Chip Select“galite naudoti bet kurį kaištį)

Įsitikinkite, kad SD kortelė pirmiausia suformatuota kaip FAT.

RTC modulio jungtys

Šis modulis bendravimui naudoja I2C.

• SDA į A4
• SCL iki A5

LCD ekrano jungtys

• Nuo RST iki D9
• LT iki D8
• D4 - D7
• D5 - D6
• D6 - D5
• D7 - D4
• R/W į GND

5 žingsnis: laikas koduoti

Kodas buvo pridėtas čia. Atsisiųskite ir atidarykite naudodami „Arduino IDE“. Prieš įkeldami būtinai įdiekite DS3231 biblioteką. Šioje svetainėje radau naudingos informacijos.

RTC nustatymas:

1. Įdėkite 2032 tipo monetų elementų bateriją.
2. Atidarykite DS3231_Serial_Easy iš pavyzdžių, kaip parodyta.
3. Atšaukite 3 eilutes ir įveskite datą bei laiką, kaip parodyta paveikslėlyje.
4. Įkelkite eskizą į „Arduino“ir atidarykite serijinį monitorių. Nustatykite spartą 115200. Turėtumėte matyti laiką, kuris nuolat atnaujinamas kas 1 sekundė.
5. Dabar atjunkite „Arduino“ir po kelių sekundžių vėl prijunkite. Pažvelkite į serijinį monitorių. Tai turėtų būti rodoma realiuoju laiku.

Padaryta! RTC buvo sukurtas. Šį veiksmą reikia atlikti tik vieną kartą, norint nustatyti datą ir laiką.

6 veiksmas: duomenų apdorojimas

Baigę testą, išimkite „micro SD“kortelę iš modulio ir prijunkite ją prie kompiuterio naudodami kortelių skaitytuvą. Bus du teksto failai, pavadinti FREQ.txt ir TIME.txt.

Nukopijuokite turinį iš šių failų ir įklijuokite jį į „Excel“lapą dviejuose atskiruose stulpeliuose (laikas ir dažnis).

Spustelėkite Įterpti> Diagrama. „Excel“turėtų automatiškai patikrinti lapo duomenis ir sudaryti diagramą.

Padidinkite vertikalios ašies skiriamąją gebą, kad svyravimai būtų aiškiai matomi. „Google“skaičiuoklėse tinkinkite> Vertikali ašis> Min. = 49,5 ir maks. = 50,5

7 žingsnis: Rezultatai

Mes aiškiai matome nedidelį dažnio padidėjimą, kai apkrovos nutraukiamos apie 21:00 (21:00), o dažnio sumažėjimas - apie 21:10 (21:10), kai apkrovos vėl įjungiamos. Nekenkia tinklui, nes dažnis yra toleruojamoje diapazone (+/- 3%), ty nuo 48,5 Hz iki 51,5 Hz.

Indijos vyriausybės valstybės ministro tviteryje R. K Singhas patvirtina, kad mano gauti rezultatai buvo gana tikslūs.

Ačiū, kad laikėtės iki galo. Tikiuosi, kad jums visiems patinka šis projektas ir šiandien sužinojote kažką naujo. Praneškite man, jei padarysite vieną sau. Prenumeruokite mano „YouTube“kanalą, kad gautumėte daugiau tokių projektų.