Změřte síťovou frekvenci pomocí Arduina: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

3. dubna předseda vlády Indie Shri. Narendra Modi apeloval na indiány, aby zhasli světla a rozsvítili lampu (Diya) 5. dubna ve 21:00, aby označili indický boj proti koronaviru. Těsně po oznámení nastal na sociálních sítích velký chaos, který říkal, že by to mělo za následek úplné zatemnění kvůli výpadku elektrické sítě.

Jako student elektrotechniky jsem chtěl vidět účinek náhlého snížení zátěže na elektrickou síť. Jedním z ovlivněných parametrů je Frekvence. Rozhodl jsem se tedy vyrobit zařízení pro měření frekvence napětí ze zásuvky v mém domě. Vezměte prosím na vědomí, že pro tento malý experiment není přesnost měřené hodnoty důležitá, protože jsem chtěl jen sledovat změny ve frekvenci.

V tomto Instructable rychle vysvětlím, jak může mřížka selhat, a poté vám ukážu, jak jsem měřil frekvenci.

Krok 1: Proč si dělat starosti?

Elektrická síť může selhat kvůli mnoha faktorům, z nichž jedním je náhlé snížení zatížení. Pokusím se to vysvětlit co nejjednodušším způsobem tak, aby tomu rozuměl člověk bez elektrického pozadí.

Co je frekvence? Jedná se o počet opakování vlny AC za jednu sekundu. Frekvence v Indii je 50 Hz, což znamená, že se střídavá vlna opakuje 50krát za jednu sekundu.

V každé elektrárně existuje turbína, což je rotační mechanické zařízení, které získává energii z toku tekutiny (pára, voda, plyn atd.) A přeměňuje ji na užitečnou práci (mechanická energie). Tato turbína je připojena (spojena) s generátorem. Generátor pak převádí tuto mechanickou energii na elektrickou energii, kterou dostáváme doma.

Uvažujme pro toto vysvětlení parní elektrárnu. Zde se vysokotlaká pára používá k otáčení turbíny, která zase otáčí generátorem a vzniká elektřina. Nebudu diskutovat o tom, jak funguje generátor, ale pamatujte si, že frekvence generovaného napětí je přímo úměrná rychlosti, jakou se generátor otáčí. Pokud se rychlost zvyšuje, frekvence se zvyšuje a naopak. Předpokládejme, že generátor není připojen k žádné zátěži. Generátor se uvede do otáček zvýšením vstupu páry do turbíny, dokud se frekvence nestane 50 Hz. Generátor je nyní připraven dodávat energii. Jakmile je generátor připojen k zátěži (nebo mřížce), začne proud protékat jeho vinutím a jeho rychlost klesá a tím i frekvence. Ale podle regulačních norem by frekvence měla být v konkrétním pásmu. V Indii je to +/- 3%, tj. 48,5 Hz až 51,5 Hz. Nyní, aby se kompenzovala snížená frekvence v důsledku snížení rychlosti, je vstup páry zvýšen, dokud se frekvence znovu nestane 50 Hz. Tento proces pokračuje. Zvýší se zatížení, sníží se rychlost, sníží se frekvence, zvýší se vstup páry a generátor se uvede do otáček. To vše se provádí automaticky pomocí zařízení s názvem Governor. Monitoruje rychlost (nebo frekvenci) generátoru a podle toho upravuje vstup páry. Protože většina součásti je mechanická, změny se projeví po několika sekundách (tj. Vysoké časové konstantě).

Uvažujme nyní, že celé zatížení generátoru je náhle odstraněno. Generátor zrychluje nad svou normální rychlost, protože jsme dříve zvýšili přívod páry, abychom kompenzovali zvýšené zatížení. Než může guvernér vycítit a změnit vstup páry, generátor zrychlí tak rychle, že frekvence překročí jeho horní hranici. Protože to podle regulačních norem není povoleno, generátor se vypne (nebo je odpojen) od sítě kvůli nadměrné frekvenci.

V Indii máme jeden národ - jednu síť, což znamená, že všechny generátory v Indii jsou připojeny k jedné jediné síti. To pomáhá při odesílání moci do jakékoli části země. Ale je tu jedna nevýhoda. Obrovská chyba v jakékoli části země se může rychle rozšířit do jiných částí, což má za následek vypnutí celé sítě. Celá země tak zůstane bez moci!

Krok 2: Plán

V plánu je měřit frekvenci napětí v určených intervalech.

Transformátor se středovým závitem se používá ke snížení napětí 230 V AC na 15 V AC.

Modul RTC poskytuje skutečný čas.

Data (čas i frekvence) jsou poté uložena na kartu Micro SD ve dvou samostatných souborech. Po dokončení testu lze data importovat do listu aplikace Excel a vygenerovat graf.

K zobrazení frekvence bude použit LCD displej.

Pozor! Budete se potýkat se smrtelným střídavým síťovým napětím. Pokračujte, pouze pokud víte, co děláte. Elektřina nedává druhou šanci

Krok 3: Věci, které budete potřebovat

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD displej

1x DS3231 Hodinový modul v reálném čase

1x modul karty Micro SD

1x transformátor se středovým závitem (15V-0-15V)

2x 10k odpor

1x 1k rezistor

1x 39k rezistor

1x 2N2222A NPN tranzistor

1x 1N4007 dioda

Krok 4: Dát věci dohromady

Zde je připojeno schéma sestavení. Budu to stavět na prkénko, ale můžete to udělat trvalejší pomocí perfboardu nebo si vyrobit vlastní PCB.

Výběr správné hodnoty „R3“pro váš transformátor:

R3 a R4 tvoří dělič napětí a hodnoty jsou zvoleny tak, aby špička střídavého napětí nepřesáhla 5V. Pokud tedy plánujete použít jiný transformátor s různým hodnocením, musíte také změnit R3. Mějte na paměti, že jmenovité hodnoty napětí uvedené na transformátoru jsou v RMS. V mém případě je to 15-0-15.

Ověřte to pomocí multimetru. Naměřené napětí bude většinou větší než 15V. V mém případě to bylo kolem 17,5V. Špičková hodnota bude 17,5 x sqrt (2) = 24,74 V. Toto napětí je mnohem vyšší než maximální napětí vysílače brány (6 V) tranzistoru 2N2222A. Hodnotu R3 můžeme vypočítat pomocí vzorce děliče napětí uvedeného na obrázku výše.

Připojení pro modul SD karty:

Modul využívá ke komunikaci SPI.

• MISO až D12
• MOSI až D11
• SCK až D13
• CS/SS až D10 (pro výběr čipu můžete použít jakýkoli pin)

Ujistěte se, že je karta SD nejprve naformátována na FAT.

Připojení pro modul RTC

Tento modul používá ke komunikaci I2C.

• SDA na A4
• SCL až A5

Připojení pro LCD displej

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

Krok 5: Čas na kódování

Zde byl připojen kód. Stáhněte a otevřete jej pomocí Arduino IDE. Před odesláním si nainstalujte knihovnu DS3231. Na tomto webu jsem našel několik užitečných informací.

Nastavení RTC:

1. Vložte knoflíkovou baterii typu 2032.
2. Otevřete DS3231_Serial_Easy z příkladů, jak je znázorněno.
3. Odkomentujte 3 řádky a zadejte čas a datum, jak je znázorněno na obrázku.
4. Nahrajte skicu do Arduina a otevřete sériový monitor. Nastavte přenosovou rychlost na 115 200. Měli byste vidět čas, který se stále obnovuje každou 1 sekundu.
5. Nyní odpojte Arduino a po několika sekundách jej znovu zapojte. Podívejte se na sériový monitor. Mělo by se zobrazovat v reálném čase.

Hotovo! Byl nastaven RTC. Tento krok je třeba provést pouze jednou, abyste nastavili datum a čas.

Krok 6: Zpracování dat

Po dokončení testu vyjměte kartu micro SD z modulu a pomocí čtečky karet ji připojte k počítači. Budou existovat dva textové soubory pojmenované jako FREQ.txt a TIME.txt.

Zkopírujte obsah z těchto souborů a vložte jej do listu aplikace Excel ve dvou samostatných sloupcích (čas a frekvence).

Klikněte na Vložit> Graf. Excel by měl automaticky zkontrolovat data na listu a vykreslit graf.

Zvyšte rozlišení svislé osy, aby byly výkyvy dobře viditelné. V Tabulkách Google přizpůsobte> Svislá osa> Min. = 49,5 a max. = 50,5

Krok 7: Výsledky

Můžeme jasně vidět mírný nárůst frekvence, protože zátěže jsou přerušeny kolem 21:00 (21:00) a snížení frekvence kolem 21:10 (21:10), když jsou zátěže opět zapnuty. Žádné poškození sítě, protože frekvence je v tolerančním pásmu (+/- 3%), tj. 48,5 Hz až 51,5 Hz.

Tweet ministra zahraničí indické vlády R. K. Singha potvrzuje, že výsledky, kterých jsem dosáhl, byly docela přesné.

Děkujeme, že jste se drželi až do konce. Doufáme, že se vám tento projekt líbí a že jste se dnes dozvěděli něco nového. Dejte mi vědět, pokud si jeden vyrobíte pro sebe. Přihlaste se k odběru mého kanálu YouTube a získejte více takových projektů.