Kintamosios srovės matavimas naudojant srovės transformatorių ir „Arduino“

Srovės transformatorius yra instrumentinio transformatoriaus tipas, specialiai sukurtas kintamajai srovei transformuoti jo antrinėje apvijoje, o pagamintos srovės kiekis yra tiesiogiai proporcingas pirminės apvijos srovei. Šio tipo srovės transformatorius yra skirtas nematomai matuoti srovę iš aukštos įtampos posistemio arba ten, kur per sistemą teka didelis srovės kiekis. Srovės transformatoriaus užduotis yra konvertuoti didelį srovės kiekį į mažesnį srovės kiekį, kurį lengvai galima išmatuoti mikrovaldikliu arba analoginiu matuokliu. Mes anksčiau paaiškinome srovės matavimą naudojant srovės transformatorių įvairių tipų srovės jutimo metodų straipsnyje.

Čia mes išsamiai išmoksime šią dabartinę jutimo techniką ir prijungsime srovės transformatorių, kad galėtume išmatuoti kintamą srovę „ Arduino“ pagalba. Taip pat išmoksime nustatyti nežinomo srovės transformatoriaus posūkių santykį .

Srovės transformatorius

Kaip jau minėjau anksčiau, srovės transformatorius yra transformatorius, skirtas matuoti srovę. Pirmiau pateikti du transformatoriai, kuriuos šiuo metu turiu, vadinami lango tipo srovės transformatoriais arba paprastai žinomi kaip šerdies pusiausvyros transformatorius r.

Kaip veikia dabartinis transformatorius?

Pagrindinis srovės transformatoriaus principas yra tas pats kaip įtampos transformatorius, panašiai kaip įtampos transformatorių, srovės transformatorių taip pat sudaro pirminė apvija ir antrinė apvija. Kai kintama elektros srovė praeina per transformatoriaus pirminę apviją, susidaro kintamasis magnetinis srautas, kuris šioje vietoje indukuoja kintamąją srovę antrinėje apvijoje, galite pasakyti, kad ji beveik tokia pati kaip įtampos transformatorius, jei galvojate, kad čia yra skirtumas.

Paprastai srovės transformatorius visada yra trumpojo jungimo būsenoje, naudodamas apkrovos rezistorių, be to, antrine apvija tekanti srovė priklauso tik nuo pirminės srovės, tekančios per laidininką.

Srovės transformatorių statyba

Kad geriau suprastumėte, išardžiau vieną savo srovės transformatorių, kurį galite pamatyti aukščiau esančiame paveikslėlyje.

Vaizde matyti, kad aplink toroidinę šerdies medžiagą suvyniota labai plona viela, o iš transformatoriaus išeina laidų rinkinys. Pagrindinė apvija yra tik viena viela, sujungta nuosekliai su apkrova ir nešanti per apkrovą tekančią didžiąją srovę.

Srovės transformatoriaus santykis

Įstatę laidą į srovės transformatoriaus langą, galime suformuoti vieną kilpą, o posūkių santykis tampa 1: N.

Kaip ir bet kuris kitas transformatorius, srovės transformatorius turi atitikti žemiau pateiktą stiprintuvo ir posūkio santykio lygtį.

TR = Np / Ns = Ip / Is

Kur, TR = Trans santykis

Np = pirminių posūkių skaičius

Ns = antrinių posūkių skaičius

Ip = srovė pirminėje apvijoje

Is = srovė antrinėje apvijoje

Norėdami rasti antrinę srovę, pertvarkykite lygtį į

Yra = Ip x (Np / NS)

Kaip matote aukščiau pateiktame paveikslėlyje, pirminė transformatoriaus apvija susideda iš vienos apvijos, o antrinė transformatoriaus apvija susideda iš tūkstančių apvijų, jei manome, kad per pirminę apviją teka 100A srovės, antrinė srovė bus 5A. Taigi santykis tarp pirminio ir antrinio tampa 100A į 5A arba 20: 1. Taigi galima sakyti, kad pirminė srovė yra 20 kartų didesnė nei antrinės.

Atkreipkite dėmesį! Atkreipkite dėmesį, kad dabartinis santykis nėra tas pats, kaip posūkių santykis.

Dabar visa pagrindinė teorija netenka, mes galime vėl sutelkti dėmesį į dabartinio transformatoriaus posūkių santykio apskaičiavimą.

Dabartinė transformatoriaus klaida

Kiekvienoje grandinėje yra tam tikrų klaidų. Srovės transformatoriai nesiskiria; srovės transformatoriuje yra įvairių klaidų. Kai kurie jų aprašyti toliau

Santykio klaida dabartiniame transformatoriuje

Srovės transformatoriaus pirminė srovė nėra tiksliai lygi antrinei srovei, padaugintai iš posūkių santykio. Dalį srovės sunaudoja transformatoriaus šerdis, kad ji būtų sužadinta.

Fazinio kampo klaida dabartiniame transformatoriuje

Idealiam KT pirminės ir antrinės srovės vektorius yra lygus nuliui. Bet tikrame srovės transformatoriuje visada bus skirtumas, nes pagrindinis turi tiekti sužadinimo srovę į šerdį ir bus nedidelis fazių skirtumas.

Kaip sumažinti dabartinio transformatoriaus klaidas?

Norint pasiekti geresnių rezultatų, visada reikia sumažinti sistemos klaidas. Taigi, atlikdami žemiau nurodytus veiksmus, to galite pasiekti

1. Naudojant didelio pralaidumo šerdį su maža histerezės magnetine medžiaga.
2. Apkrovos rezistoriaus vertė turi būti labai artima apskaičiuotai vertei.
3. Vidinę antrinės varžą galima sumažinti.

Atgal Skaičiuojant srovės transformatoriaus posūkių santykį

Bandymo sąranka buvo parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje, kurį naudoju norėdamas išsiaiškinti posūkių santykį.

Kaip jau minėjau anksčiau, mano turimas srovės transformatorius (KT) neturi jokios specifikacijos ar dalies numerio vien todėl, kad juos išgelbėjau iš sugedusio buitinio elektros skaitiklio. Taigi, šiuo metu mes turime žinoti posūkių santykį, kad tinkamai nustatytume „ Burden Resistor“ vertę, nes kitaip sistemoje bus įvesta visokių klausimų, apie kuriuos plačiau pakalbėsiu vėliau straipsnyje.

Naudojant omo dėsnį, posūkių santykį galima lengvai išsiaiškinti, tačiau prieš tai man reikia išmatuoti didįjį 10 W, 1 K rezistorių, kuris veikia kaip grandinės apkrova, taip pat turiu gauti savavališką našumo rezistorių išsiaiškinti posūkių santykį.

Apkrovos rezistorius

Apkrovos rezistorius

Visų komponentų verčių per bandymo laiką santrauka

Įėjimo įtampa Vin = 31,78 V

Atsparumas apkrovai RL = 1,0313 KΩ

Apkrovos varža RB = 678,4 Ω

Išėjimo įtampa Vout = 8,249 mV arba 0,008249 V

Srovė, tekanti per apkrovos rezistorių, yra

I = Vin / RL I = 31,78 / 1,0313 = 0,03080A arba 30,80 mA

Taigi dabar mes žinome įėjimo srovę, kuri yra 0,03080A arba 30,80 mA

Išsiaiškinkime išėjimo srovę

I = Vout / RB I = 0,008249 / 678,4 = 0,00001215949A arba 12,1594 uA

Dabar, norėdami apskaičiuoti posūkių santykį, turime padalyti pirminę srovę su antrine.

Posūkių santykis n = pirminė srovė / antrinė srovė n = 0,03080 / 0,0000121594 = 2533,1972

Taigi dabartinis transformatorius susideda iš 2500 apsisukimų (apvalinimo vertė)

Atkreipkite dėmesį! Atkreipkite dėmesį, kad klaidos dažniausiai kyla dėl mano nuolat kintančios įėjimo įtampos ir multimetro tolerancijos.

Tinkamo naštos varžos dydžio apskaičiavimas

Čia naudojamas KT yra dabartinis išvesties tipas. Taigi, norint išmatuoti srovę, ją reikia konvertuoti į įtampos tipą. Šis straipsnis „openenergymonitor“ svetainėje pateikia puikią idėją, kaip tai padaryti, todėl seksiu straipsnį

Apkrovos rezistorius (omai) = (AREF * CT TURNS) / (2√2 * maks. Pirminė srovė)

Kur, AREF = analoginė ADS1115 modulio etaloninė įtampa, nustatyta 4,096 V.

CT TURNS = antrinių posūkių skaičius, kurį mes jau apskaičiavome.

Maksimali pirminė srovė = didžiausia pirminė srovė, kuri bus perduodama per KT.

Atkreipkite dėmesį! Kiekvieno CT maksimalus srovės įvertinimas, viršijantis tą reitingą, sukels šerdies prisotinimą ir galiausiai tiesiškumo klaidas, dėl kurių atsiras matavimo paklaida

Atkreipkite dėmesį! Didžiausias buitinio energijos skaitiklio dabartinis įvertinimas yra 30A, todėl aš siekiu šios vertės.

Apkrovos rezistorius (omai) = (4,096 * 2500) / (2√2 * 30) = 120,6 Ω

120,6Ω nėra įprasta reikšmė, todėl ketinu naudoti tris rezistorius nuosekliai, norėdamas gauti 120Ω rezistoriaus vertę. Prijungęs rezistorius prie KT, atlikau keletą bandymų, kad apskaičiuočiau didžiausią išėjimo įtampą iš KT.

Po bandymo pastebima, kad jei 1mA srovė tiekiama per srovės transformatoriaus pirminį, išėjimas buvo 0,0488mV RMS. Tokiu būdu galime apskaičiuoti, ar per KT teka 30A srovė, o išėjimo įtampa bus 30000 * 0,0488 = 1,465V.

Dabar, su atliktais skaičiavimais, padėjau ADC pelną į 1x naudos, kuri yra +/- 4.096V, kuri suteikia mums 0.125mV plataus masto rezoliuciją. Tai atlikę galėsime apskaičiuoti mažiausią srovę, kurią galima išmatuoti naudojant šią sąranką. Tai pasirodė esanti 3mA, nes ADC skiriamoji geba buvo nustatyta kaip 0,125mV.

Būtini komponentai

Parašykite visą komponentą be lentelės

Sl. Nr	Dalys	Tipas	Kiekis
1	KT	Lango tipas	1
2	„Arduino Nano“	Bendrasis	1
3	AD736	IC	1
4	ADS1115	16 bitų ADC	1
5	LMC7660	IC	1
6	120Ω, 1%	Rezistorius	1
7	10uF	Kondensatorius	2
8	33uF	Kondensatorius	1
9	Bandomoji Lenta	Bendrasis	1
10	Šuolių laidai	Bendrasis	10

Grandinės schema

Žemiau pateiktoje schemoje parodytas srovės matavimo naudojant srovės transformatorių prijungimo vadovas

Taip grandinė atrodys ant duonos lentos.

Srovės matavimo grandinės konstrukcija

Ankstesnėje pamokoje aš jums parodžiau, kaip tiksliai išmatuoti tikrąją RMS įtampą naudojant AD736 IC ir kaip sukonfigūruoti perjungiamą kondensatoriaus įtampos keitiklio grandinę, kuri generuoja neigiamą įtampą iš įvesties teigiamos įtampos. Šioje pamokoje mes naudojame tiek IC iš šių vadovėlių.

Šiam demonstravimui grandinė sukonstruota ant be lydmetalio duonos lentos, naudojant schemą; taip pat, siekiant didesnio tikslumo, nuolatinė įtampa matuojama 16 bitų ADC pagalba. Ir aš, norėdamas sumažinti parazitų kiekį, demonstruoju grandinę ant duonos lentos, aš panaudojau kuo daugiau trumpiklių.

„Arduino“ srovės matavimo kodas

Čia „Arduino“ naudojamas rodyti matuojamas vertes serijinio monitoriaus lange. Tačiau šiek tiek pakeitus kodą, vertes galima labai lengvai parodyti 16x2 LCD ekrane. Sužinokite apie 16x2 LCD sąsają su „Arduino“ čia.

Visą dabartinio transformatoriaus kodą galite rasti šio skyriaus pabaigoje. Čia paaiškinamos svarbios programos dalys.

Pirmiausia įtraukiame visus reikalingus bibliotekų failus. „Wire“ biblioteka naudojama bendraujant tarp „Arduino“ ir „ADS1115“ modulio, o „Adafruit_ADS1015“ biblioteka padeda mums skaityti duomenis ir rašyti instrukcijas į modulį.

# įtraukti # įtraukti

Tada nustatykite MULTIPLICATION_FACTOR, kuris naudojamas dabartinei vertei apskaičiuoti iš ADC vertės.

#define MULTIPLICATION_FACTOR 0,002734 / * faktorius faktinei dabartinei vertei apskaičiuoti * / „Adafruit_ADS1115“ skelbimai; / * Naudokite tai 16 bitų versijai ADS1115 * /

16 bitų ADC išspaudžia 16 bitų ilgio sveikus skaičius, todėl naudojamas kintamasis int16_t . Naudojami dar trys kintamieji: vienas skirtas ADC RAW vertei išsaugoti, vienas - faktinei įtampai ADC kontakte parodyti ir galiausiai - šis įtampos dydis rodomas iki dabartinės vertės.

int16_t adc1_raw_value; / * kintamasis laikant neapdorotą ADC vertę * / plūduriuojanti išmatuota_voltelė; / * kintamasis matuojamai įtampai saugoti * / plūdės srovė; / * kintamasis apskaičiuotai srovei saugoti * /

Pradėkite kodo sąrankos skiltį įgalindami nuosekliąją išvestį naudodami 9600 baudą. Tada atspausdinkite nustatyto ADC stiprinimą; taip yra todėl, kad didesnė nei apibrėžta vertė įtampa tikrai gali sugadinti įrenginį.

Dabar nustatykite ADC padidėjimą naudodami ads.setGain (GAIN_ONE); metodas, kuriuo 1 bitų skiriamoji geba nustatoma į 0,125 mV

Po to vadinamas ADC pradžios metodas, kuris viską nustato aparatūros modulio ir statistikos konversijoje.

negaliojanti sąranka (negaliojanti) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Vienkartinių rodmenų gavimas iš AIN0..3"); // tam tikra derinimo informacija Serial.println ("ADC diapazonas: +/- 4,096V (1 bitas = 2mV / ADS1015, 0,125mV / ADS1115)"); // ADC įvesties sritį (arba stiprinimą) galima pakeisti naudojant šias // funkcijas, tačiau būkite atsargūs, kad niekada neviršytumėte VDD + 0,3 V maks. Arba neperžengtumėte viršutinės ir apatinės ribų, jei koreguojate įvesties diapazoną! // Neteisingai nustatę šias reikšmes, galite sunaikinti jūsų ADC! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x padidėjimas +/- 6.144V 1 bitas = 3mV 0.1875mV (numatytasis) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x padidėjimas +/- 4.096V 1 bitas = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x padidėjimas +/- 2.048V 1 bitas = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x padidėjimas +/- 1.024V 1 bitas = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT);// 8x padidėjimas +/- 0.512V 1 bitas = 0.25mV 0.015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x padidėjimas +/- 0.256V 1 bitas = 0.125mV 0.0078125mV skelbimai. Pradžia (); }

Į kilpą skyriuje, aš perskaičiau žalio ADC vertę ir laikyti jį į anksčiau minėtą kintamąjį vėlesniam naudojimui. Tada konvertuokite neapdorotą ADC vertę į įtampos vertes matavimui, apskaičiuokite dabartinę vertę ir parodykite ją serijinio monitoriaus lange.

void loop (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); išmatuota_voltae = adc1_raw_value * (4,096 / 32768); current = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; „Serial.print“ („ADC reikšmė:“); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Išmatuota įtampa:"); Serial.println (išmatuota_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Apskaičiuota srovė:"); Serijinis spaudinys (val, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); vėlavimas (500); }

Atkreipkite dėmesį! Jei neturite ADS1115 modulio bibliotekos, biblioteką turite įtraukti į „Arduino IDE“, biblioteką rasite šioje „ GitHub“ saugykloje.

Pilnas „Arduino“ kodas pateikiamas žemiau:

# įtraukti #include #define MULTIPLICATION_FACTOR 0,002734 / * faktorius faktinei dabartinei vertei apskaičiuoti * / #define ADC_MAX_VALUE 32768 / * didžiausia vertė, kurią ADC sukuria * / #define ADC_GAIN 4.096 Adafruit_ADS1115 skelbimai; / * Naudokite tai 16 bitų versijai ADS1115 * / int16_t adc1_raw_value; / * kintamasis laikant neapdorotą ADC vertę * / plūduriuojanti išmatuota_voltelė; / * kintamasis matuojamoms voltoms * / plūdės srovei kaupti; / * kintamasis apskaičiuotai srovei išsaugoti * / void setup (void) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Vienkartinių rodmenų gavimas iš AIN0..3"); // tam tikra derinimo informacija Serial.println ("ADC diapazonas: +/- 4,096V (1 bitas = 2mV / ADS1015, 0,125mV / ADS1115)"); // ADC įvesties sritį (arba stiprinimą) galima pakeisti naudojant šias // funkcijas, tačiau būkite atsargūs, niekada neviršykite VDD + 0,3 V maks.,arba į // viršyti viršutinę ir apatinę ribas, jei koreguojate įvesties sritį! // Neteisingai nustatę šias reikšmes, galite sunaikinti jūsų ADC! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x padidėjimas +/- 6.144V 1 bitas = 3mV 0.1875mV (numatytasis) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x padidėjimas +/- 4.096V 1 bitas = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x padidėjimas +/- 2.048V 1 bitas = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x padidėjimas +/- 1.024V 1 bitas = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT); // 8x padidėjimas +/- 0.512V 1 bitas = 0.25mV 0.015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x padidėjimas +/- 0.256V 1 bitas = 0.125mV 0.0078125mV skelbimai. Pradžia (); } void loop (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); išmatuota_voltae = adc1_raw_value * (ADC_GAIN / ADC_MAX_VALUE); current = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; „Serial.print“ („ADC reikšmė:“); Serijinis.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Išmatuota įtampa:"); Serial.print (išmatuota_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Apskaičiuota srovė:"); Serijinis spaudinys (dabartinis, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); vėlavimas (500); }

Grandinės testavimas

Priemonės, naudojamos grandinei išbandyti

1. 2 60W kaitrinė lemputė
2. „Meco 450B + TRMS“ multimetras

Norėdami patikrinti grandinę, buvo naudojama aukščiau nustatyta sąranka. Srovė teka iš KT į multimetrą, tada ji grįžta į magistralės elektros liniją.

Jei jums įdomu, ką FTDI plokštė veikia atlikdama šią sąranką, leiskite man pasakyti, kad borto USB į nuoseklųjį keitiklį neveikė, todėl turėjau naudoti FTDI keitiklį kaip USB į nuoseklųjį keitiklį.

Kiti patobulinimai

Kelios mA klaidos, kurias matėte vaizdo įraše (pateiktos žemiau), yra tik todėl, kad aš padariau grandinę duonos lentoje, todėl kilo daugybė problemų.

Tikiuosi, kad šis straipsnis jums patiko ir iš jo sužinojote kažką naujo. Jei turite kokių nors abejonių, galite paklausti žemiau pateiktų komentarų arba pasinaudoti mūsų forumais išsamiai diskusijai.