Mål netfrekvens ved hjælp af Arduino: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Den 3. april præsenterede Indiens premierminister, Shri. Narendra Modi havde appelleret til indianere om at slukke deres lys og tænde en lampe (Diya) kl. 21:00 den 5. april for at markere Indiens kamp mod Corona Virus. Lige efter meddelelsen var der stort kaos på de sociale medier, der sagde, at dette ville resultere i en fuldstændig blackout på grund af svigt i elnettet.

Jeg, som studerende på elektroteknik, ville se effekten af en pludselig reduktion af belastningen på elnettet. En af de parametre, der påvirkes, er Frekvens. Så jeg besluttede at lave en enhed til måling af spændingen fra en stikkontakt i mit hus. Bemærk, at præcision af den målte værdi for dette lille eksperiment ikke er vigtig, da jeg bare ville observere ændringerne i frekvensen.

I denne Instructable vil jeg hurtigt forklare, hvordan et net kan fejle, og derefter vise dig, hvordan jeg målte frekvens.

Trin 1: Hvorfor bekymre dig?

Et elektrisk net kan svigte på grund af mange faktorer, hvoraf den ene er en pludselig reduktion af belastningen. Jeg vil forsøge at forklare det på den enklest mulige måde, så en person uden elektrisk baggrund kan forstå det.

Hvad er frekvens? Det er antallet af gange en AC -bølge gentages på et sekund. Frekvensen i Indien er 50Hz, hvilket betyder, at en AC -bølge gentages 50 gange på et sekund.

I ethvert kraftværk er der en turbine, som er en roterende mekanisk enhed, der udtrækker energi fra væskestrøm (damp, vand, gas osv.) Og omdanner det til nyttigt arbejde (mekanisk energi). Denne turbine er forbundet (koblet) til en generator. En generator konverterer derefter denne mekaniske energi til elektrisk energi, som vi får hjemme.

Lad os overveje et dampkraftværk til denne forklaring. Her bruges højtryksdamp til at rotere en turbine, som igen roterer generatoren, og der genereres elektricitet. Jeg vil ikke diskutere, hvordan en generator fungerer, men bare husk, at frekvensen af den genererede spænding er direkte relateret til den hastighed, hvormed generatoren roterer. Hvis hastigheden stiger, stiger frekvensen og omvendt. Antag, at generatoren ikke er forbundet til nogen belastning. Generatoren bringes til hastighed ved at øge dampinput til turbine, indtil frekvensen bliver 50Hz. Generatoren er nu klar til at levere strøm. Så snart generatoren er tilsluttet belastningen (eller nettet), begynder strømmen at strømme gennem sin vikling, og dens hastighed falder, og derfor frekvensen. Men i henhold til reguleringsstandarder bør frekvensen ligge inden for et specifikt bånd. I Indien er det +/- 3%, dvs. 48,5 Hz til 51,5 Hz. For at kompensere for den reducerede frekvens på grund af et fald i hastigheden øges dampindgangen, indtil frekvensen igen bliver 50Hz. Denne proces fortsætter. Belastningen stiger, hastigheden falder, frekvensen falder, dampinput øges, og generatoren bringes til hastighed. Alt dette sker automatisk ved hjælp af en enhed kaldet Governor. Den overvåger generatorens hastighed (eller frekvens) og justerer dampindgangen i overensstemmelse hermed. Da det meste af delen er mekanisk, tager det få sekunder (dvs. højtidskonstant), før ændringer træder i kraft.

Lad os nu overveje, at hele belastningen på generatoren pludselig er fjernet. Generatoren sætter fart over sin normale hastighed, da vi tidligere havde øget dampindgangen for at kompensere for den øgede belastning. Inden guvernøren kan registrere og ændre dampindgangen, sætter generatoren fart så hurtigt, at frekvensen krydser dens øvre grænse. Da dette ikke er tilladt i henhold til lovgivningsmæssige standarder, tripper generatoren (eller er afbrudt) fra nettet på grund af overfrekvens.

I Indien har vi One Nation - One Grid, hvilket betyder, at alle generatorer i Indien er forbundet til et enkelt net. Dette hjælper med at sende strøm til enhver del af landet. Men der er en ulempe. En massiv fejl i en hvilken som helst del af landet kan hurtigt spredes til andre dele, hvilket resulterer i, at hele nettet udløses. Således står et helt land tilbage uden magt!

Trin 2: Planen

Planen er at måle spændingsfrekvensen med bestemte intervaller.

En midttappet transformer bruges til at trække 230V AC til 15V AC ned.

RTC -modulet giver den faktiske tid.

Begge data (tid og frekvens) gemmes derefter på Micro SD -kortet i to separate filer. Når testen er overstået, kan dataene importeres til et Excel -ark for at generere grafen.

Et LCD -display bruges til at vise frekvensen.

Pas på! Du vil beskæftige dig med dødelig vekselstrømsspænding. Fortsæt kun, hvis du ved, hvad du laver. Elektricitet giver ikke en anden chance

Trin 3: Ting, du får brug for

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD -skærm

1x DS3231 modul i realtid

1x Micro SD -kortmodul

1x centertappet transformer (15V-0-15V)

2x 10k modstand

1x 1k modstand

1x 39k modstand

1x 2N2222A NPN Transistor

1x 1N4007 Diode

Trin 4: Sætte ting sammen

Skematisk for bygningen er vedhæftet her. Jeg vil bygge det på et brødbræt, men du kan gøre det mere permanent ved at bruge et perfboard eller lave et brugerdefineret printkort.

Valg af den korrekte værdi af 'R3' til din transformer:

R3 og R4 danner en spændingsdeler, og værdierne vælges således, at højden af AC -spændingen ikke overstiger 5V. Så hvis du planlægger at bruge en anden transformer med forskellige ratings, skal du også ændre R3. Husk, at spændingsværdierne angivet på en transformer er i RMS. I mit tilfælde er det 15-0-15.

Brug et multimeter til at kontrollere det. Den målte spænding vil for det meste være større end 15V. I mit tilfælde var det omkring 17,5V. Spidsværdien vil være 17,5 x sqrt (2) = 24,74V. Denne spænding er langt højere end den maksimale Gate-Emitter spænding (6V) for 2N2222A Transistor. Vi kan beregne værdien af R3 ved hjælp af spændingsdelerformlen vist på billedet ovenfor.

Tilslutninger til SD -kortmodul:

Modulet bruger SPI til kommunikation.

• MISO til D12
• MOSI til D11
• SCK til D13
• CS/SS til D10 (Du kan bruge en hvilken som helst pin til Chip Select)

Sørg for, at SD -kortet først formateres som FAT.

Tilslutninger til RTC -modul

Dette modul bruger I2C til kommunikation.

• SDA til A4
• SCL til A5

Tilslutninger til LCD -display

• RST til D9
• DA til D8
• D4 til D7
• D5 til D6
• D6 til D5
• D7 til D4
• R/W til GND

Trin 5: Tid til kodning

Koden er vedhæftet her. Download og åbn den ved hjælp af Arduino IDE. Inden upload, skal du sørge for at installere DS3231 Library. Jeg fandt nogle nyttige oplysninger på dette websted.

Opsætning af RTC:

1. Indsæt et møntcellebatteri af 2032-typen.
2. Åbn DS3231_Serial_Easy fra eksemplerne som vist.
3. Fjern de 3 linjer, og indtast tid og dato som vist på billedet.
4. Upload skitsen til Arduino, og åbn den serielle skærm. Indstil baudhastigheden til 115200. Du bør være i stand til at se den tid, der bliver ved med at forfriskes hvert 1. sekund.
5. Tag nu Arduino -stikket ud, og tilslut det igen efter et par sekunder. Se på den serielle skærm. Det skal vise realtid.

Færdig! RTC er blevet oprettet. Dette trin skal kun udføres én gang for at indstille dato og klokkeslæt.

Trin 6: Behandling af data

Når testen er færdig, skal du fjerne micro SD -kortet fra modulet og slutte det til din computer ved hjælp af en kortlæser. Der vil være to tekstfiler navngivet som FREQ.txt og TIME.txt.

Kopier indholdet fra disse filer og indsæt det i et Excel -ark i to separate kolonner (Tid og Freq).

Klik på Indsæt> Diagram. Excel bør automatisk kontrollere dataene på arket og plotte grafen.

Forøg opløsningen af den lodrette akse, så udsvingene er tydeligt synlige. Tilpas> Lodret akse> Min. I Google Sheets = 49,5 og maks. = 50,5

Trin 7: Resultater

Vi kan tydeligt se en lille stigning i frekvensen, da belastninger afbrydes omkring 21:00 (21:00) og et fald i frekvens omkring 21:10 (21:10), når belastninger tændes igen. Ingen skade på nettet, da frekvensen ligger godt inden for tolerancebåndet (+/- 3%) dvs. 48,5 Hz til 51,5 Hz.

Et tweet fra udenrigsminister i den indiske regering, hr. Singh, bekræfter, at de resultater, jeg fik, var ret præcise.

Tak fordi du holdt fast i slutningen. Håber I alle elsker dette projekt og lærte noget nyt i dag. Lad mig vide, hvis du laver en til dig selv. Abonner på min YouTube -kanal for flere sådanne projekter.