Pengukuran arus ac menggunakan pengubah arus dan arduino

Transformer arus adalah sejenis transformer instrumental yang direka khas untuk mengubah arus ulang-alik dalam belitan sekundernya, dan jumlah arus yang dihasilkan berkadar terus dengan arus dalam belitan primer. Jenis pengubah arus ini dirancang untuk mengukur arus yang tidak dapat dilihat dari subsistem voltan tinggi atau di mana jumlah arus yang tinggi mengalir melalui sistem. Tugas pengubah semasa adalah menukar jumlah arus yang tinggi menjadi jumlah arus yang lebih rendah yang dapat diukur dengan mudah oleh mikrokontroler atau meter Analog. Kami sebelum ini menjelaskan pengukuran semasa menggunakan pengubah arus dalam pelbagai jenis artikel teknik penginderaan semasa.

Di sini kita akan mempelajari teknik penginderaan semasa ini secara terperinci dan memasang pengubah arus untuk mengukur arus AC dengan bantuan Arduino. Kami juga akan belajar menentukan nisbah putaran pengubah arus yang tidak diketahui.

Pengubahsuai arus elektrik

Seperti yang saya nyatakan sebelumnya, transformer arus adalah transformer yang direka untuk mengukur arus. Di atas menunjukkan dua transformer yang saya miliki sekarang ini dipanggil pengubah arus tetingkap atau biasanya dikenali sebagai transformer keseimbangan teras r.

Bagaimana Transformer Semasa Berfungsi?

Prinsip asas pengubah arus adalah sama dengan pengubah voltan, sama seperti pengubah voltan pengubah arus juga terdiri daripada belitan primer dan belitan sekunder. Apabila arus elektrik bergantian melewati belitan utama pengubah, fluks magnet bergantian dihasilkan, yang menyebabkan arus bolak dalam belitan sekunder pada ketika ini, anda boleh mengatakannya hampir sama dengan pengubah voltan jika anda memikirkan ini adalah perbezaannya.

Secara amnya, pengubah arus sentiasa dalam keadaan litar pintas dengan bantuan perintang beban, juga, arus yang mengalir pada belitan sekunder hanya bergantung pada arus primer yang mengalir melalui konduktor.

Pembinaan Transformer Semasa

Untuk memberi anda pemahaman yang lebih baik, saya telah merobohkan salah satu transformer semasa saya yang dapat anda lihat dalam gambar di atas.

Dalam gambar dapat dilihat bahawa wayar yang sangat tipis terluka di sekitar bahan inti toroidal, dan satu set wayar keluar dari pengubah. Penggulungan utama hanya wayar tunggal yang dihubungkan secara bersiri dengan beban dan membawa arus pukal yang mengalir melalui beban.

Nisbah Transformer Semasa

Dengan meletakkan wayar di dalam tingkap pengubah semasa, kita dapat membentuk satu gelung dan nisbah putaran menjadi 1: N.

Seperti transformer lain, transformer semasa mesti memenuhi persamaan nisbah amp-turn yang ditunjukkan di bawah.

TR = Np / Ns = Ip / Is

Di mana, TR = Nisbah Trans

Np = Bilangan Giliran utama

Ns = Bilangan Giliran Menengah

Ip = Semasa dalam Penggulungan utama

Is = Semasa dalam Penggulungan Sekunder

Untuk mencari arus sekunder, susun semula persamaan ke

Adakah = Ip x (Np / NS)

Seperti yang anda lihat dalam gambar di atas, belitan primer transformer terdiri daripada satu belitan dan belitan sekunder transformer terdiri daripada ribuan belitan jika kita menganggap arus 100A mengalir melalui belitan utama, arus sekunder akan 5A. Jadi, nisbah antara primer ke sekunder menjadi 100A hingga 5A atau 20: 1. Jadi, boleh dikatakan bahawa arus primer 20 kali lebih tinggi daripada arus sekunder.

Catatan! Harap maklum bahawa nisbah semasa tidak sama dengan nisbah putaran.

Sekarang semua teori asas tidak dapat dilupakan, kita dapat mengubah fokus kita untuk mengira nisbah putaran transformer semasa yang ada.

Ralat Transformer Semasa

Setiap litar mempunyai beberapa kesalahan. Transformer semasa tidak berbeza; terdapat pelbagai kesalahan dalam pengubah semasa. Sebahagiannya dijelaskan di bawah

Ralat Nisbah dalam Transformer Semasa

Arus utama pengubah semasa tidak sama dengan arus sekunder yang didarab dengan nisbah putaran. Sebilangan arus digunakan oleh teras pengubah untuk mendapatkannya ke keadaan pengujaan.

Ralat Sudut Fasa dalam Transformer Semasa

Untuk CT yang ideal, vektor arus primer dan sekunder adalah sifar. Tetapi dalam Transformer Arus yang sebenarnya, akan selalu ada perbezaan kerana yang utama harus membekalkan arus pengujaan ke inti dan akan ada perbezaan fasa kecil.

Bagaimana Mengurangkan Ralat dalam Transformer Semasa?

Selalu diperlukan untuk mengurangkan kesalahan dalam sistem untuk mencapai prestasi yang lebih baik. Oleh itu, dengan langkah di bawah, seseorang dapat mencapainya

1. Menggunakan teras dengan kebolehtelapan tinggi dengan bahan magnetik histeresis rendah.
2. Nilai perintang beban mestilah hampir dengan nilai yang dikira.
3. Impedans dalaman sekunder dapat diturunkan.

Kembali Mengira Nisbah Giliran Transformer Semasa

Persediaan ujian telah ditunjukkan dalam gambar di atas yang telah saya gunakan untuk mengetahui nisbah putaran.

Seperti yang saya nyatakan sebelumnya, Transformer Semasa (CT) yang saya miliki tidak mempunyai spesifikasi atau nombor bahagian hanya kerana saya menyelamatkannya dari meter elektrik rumah tangga yang rosak. Oleh itu, pada ketika ini, kita perlu mengetahui nisbah putaran untuk menetapkan nilai Beban Resistor dengan betul, jika tidak, segala macam masalah akan diperkenalkan dalam sistem, yang akan saya bicarakan lebih lanjut kemudian dalam artikel tersebut.

Dengan bantuan undang-undang ohm, nisbah putaran dapat diketahui dengan mudah tetapi sebelum itu, saya perlu mengukur perintang 10W, 1K besar yang bertindak sebagai beban dalam litar, dan saya juga perlu mendapatkan perintang beban sewenang-wenangnya untuk mengetahui nisbah giliran.

Perintang Beban

Perintang Beban

Ringkasan semua nilai komponen semasa ujian

Voltan Input Vin = 31.78 V

Rintangan Beban RL = 1.0313 KΩ

Rintangan Beban RB = 678.4 Ω

Voltan Keluaran Output = 8.249 mV atau 0.008249 V

Arus yang mengalir melalui perintang beban adalah

I = Vin / RL I = 31.78 / 1.0313 = 0.03080A atau 30.80 mA

Jadi sekarang kita tahu arus input, iaitu 0,03080A atau 30,80 mA

Mari ketahui arus keluaran

I = Vout / RB I = 0.008249 / 678.4 = 0.00001215949A atau 12.1594 uA

Sekarang, untuk mengira nisbah putaran, kita perlu membahagikan arus utama dengan arus sekunder.

Nisbah Pusing n = Arus Utama / Arus sekunder n = 0.03080 / 0.0000121594 = 2,533.1972

Jadi Transformer Semasa terdiri daripada 2500 putaran (nilai putaran)

Catatan! Harap maklum bahawa kesalahan disebabkan oleh voltan input dan toleransi multimeter saya yang selalu berubah.

Mengira Saiz Resistor Beban yang Sesuai

CT yang digunakan di sini adalah jenis output semasa. Jadi untuk mengukur arus, ia perlu ditukar menjadi jenis voltan. Artikel ini, di laman web openenergymonitor, memberikan idea hebat tentang bagaimana kita dapat melakukannya sehingga saya akan mengikuti artikel tersebut

Beban Perintang (ohms) = (AREF * CT TURNS) / (2√2 * maksimum arus utama)

Di mana, AREF = Voltan rujukan analog modul ADS1115 yang ditetapkan pada 4.096V.

CT TURNS = Jumlah giliran sekunder, yang telah kita hitung sebelumnya

Max Primer Current = arus primer maksimum, yang akan dialirkan melalui CT.

Catatan! Setiap CT mempunyai penarafan maksimum semasa melebihi penarafan itu akan menyebabkan ketepuan teras dan akhirnya kesilapan linear yang akan menyebabkan kesalahan pengukuran

Catatan! Peringkat semasa maksimum meter tenaga isi rumah ialah 30A, jadi saya menginginkan nilai tersebut.

Beban Perintang (ohms) = (4.096 * 2500) / (2√2 * 30) = 120.6 Ω

120.6Ω bukan nilai biasa, sebab itulah saya akan menggunakan tiga perintang secara bersiri untuk mendapatkan nilai perintang 120Ω. Setelah menyambungkan perintang ke CT, saya melakukan beberapa ujian untuk mengira voltan keluaran maksimum dari CT.

Selepas ujian, diperhatikan bahawa jika arus 1mA dimasukkan melalui primer pengubah arus, outputnya adalah 0,0488mV RMS. Dengan itu, kita dapat mengira jika arus 30A dialirkan melalui CT voltan keluarannya akan 30000 * 0,0488 = 1,465V.

Sekarang, dengan pengiraan yang dilakukan, saya telah menetapkan keuntungan ADC ke keuntungan 1x iaitu +/- 4.096V, yang memberi kita resolusi skala penuh 0.125mV. Dengan itu, kita akan dapat mengira arus minimum yang dapat diukur dengan persediaan ini. Yang ternyata menjadi 3mA kerana resolusi ADC ditetapkan pada 0.125mV.

Komponen Diperlukan

Tulis semua komponen tanpa jadual

Sl.No	Bahagian	Jenis	Kuantiti
1	CT	Jenis Tingkap	1
2	Arduino Nano	Generik	1
3	AD736	KAD PENGENALAN	1
4	ADS1115	ADC 16-Bit	1
5	LMC7660	KAD PENGENALAN	1
6	120Ω, 1%	Perintang	1
7	10uF	Kapasitor	2
8	33uF	Kapasitor	1
9	Papan roti	Generik	1
10	Wayar Pelompat	Generik	10

Rajah Litar

Skema di bawah menunjukkan panduan penyambungan untuk pengukuran semasa menggunakan pengubah semasa

Ini adalah bagaimana litar akan kelihatan di papan roti.

Pembinaan Litar Pengukuran Semasa

Dalam tutorial sebelumnya, saya telah menunjukkan kepada anda cara mengukur voltan RMS Sejati dengan tepat dengan bantuan AD736 IC dan bagaimana mengkonfigurasi litar penukar voltan kapasitor yang diaktifkan yang menghasilkan voltan negatif dari voltan positif input, dalam tutorial ini, kami menggunakan kedua-dua IC dari tutorial ini.

Untuk demonstrasi ini, litar dibina di Papan Roti tanpa solder, dengan bantuan skema; juga, voltan DC diukur dengan bantuan ADC 16bit untuk ketepatan yang lebih baik. Dan semasa saya menunjukkan litar di papan roti untuk mengurangkan parasit, saya telah menggunakan kabel pelompat sebanyak mungkin.

Kod Arduino untuk Pengukuran Semasa

Di sini Arduino digunakan untuk menampilkan nilai yang diukur ke tetingkap monitor bersiri. Tetapi dengan sedikit pengubahsuaian dalam kod, seseorang dapat dengan mudah menampilkan nilai pada LCD 16x2. Ketahui antara muka LCD 16x2 dengan Arduino di sini.

Kod lengkap untuk pengubah semasa boleh didapati di hujung bahagian ini. Di sini bahagian penting program dijelaskan.

Kami mulakan dengan memasukkan semua fail perpustakaan yang diperlukan. Perpustakaan Wire digunakan untuk berkomunikasi antara modul Arduino dan ADS1115 dan perpustakaan Adafruit_ADS1015 membantu kami membaca data dan menulis arahan ke modul.

#sertakan #sertakan

Seterusnya, tentukan MULTIPLICATION_FACTOR yang digunakan untuk mengira nilai semasa dari nilai ADC.

#definisi MULTIPLICATION_FACTOR 0.002734 / * faktor untuk mengira nilai semasa sebenar * / Adafruit_ADS1115 iklan; / * Gunakan ini untuk versi 16-bit ADS1115 * /

ADC 16-bit melengkapkan bilangan bulat panjang 16-bit sehingga pemboleh ubah int16_t digunakan. Tiga pemboleh ubah lain digunakan, satu untuk menyimpan nilai RAW untuk ADC, satu untuk memaparkan voltan sebenar dalam pin ADC dan akhirnya satu untuk memaparkan nilai voltan ini ke nilai semasa.

int16_t adc1_raw_value; / * pemboleh ubah untuk menyimpan nilai ADC mentah * / terapung diukur_voltae; / * pemboleh ubah untuk menyimpan voltan yang diukur * / arus apungan; / * pemboleh ubah untuk menyimpan arus yang dikira * /

Mulakan bahagian penyediaan kod dengan mengaktifkan output bersiri dengan 9600 baud. Kemudian cetak keuntungan ADC yang ditetapkan; ini kerana voltan lebih daripada nilai yang ditentukan pasti boleh merosakkan peranti.

Sekarang tetapkan keuntungan ADC dengan ads.setGain (GAIN_ONE); kaedah yang menetapkan resolusi 1-bit ke 0.125mV

Selepas itu, kaedah permulaan ADC dipanggil yang mengatur segala-galanya dalam modul perkakasan dan penukaran statistik.

persediaan kosong (tidak sah) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Mendapatkan bacaan tunggal dari AIN0..3"); // beberapa maklumat debug Serial.println ("Julat ADC: +/- 4.096V (1 bit = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // Julat input ADC (atau keuntungan) dapat diubah melalui fungsi // berikut, tetapi berhati-hati jangan sampai melebihi VDD + 0.3V maksimum, atau // melebihi had atas dan bawah jika anda menyesuaikan julat input! // Menetapkan nilai ini dengan tidak betul boleh merosakkan ADC anda! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x keuntungan +/- 6.144V 1 bit = 3mV 0.1875mV (lalai) iklan.setGain (GAIN_ONE); // 1x keuntungan +/- 4.096V 1 bit = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // Keuntungan 2x +/- 2.048V 1 bit = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // Keuntungan 4x +/- 1.024V 1 bit = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT);// 8x keuntungan +/- 0.512V 1 bit = 0.25mV 0.015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x gain +/- 0.256V 1 bit = 0.125mV 0.0078125mV ads.begin (); }

Di bahagian gelung , saya membaca nilai ADC mentah dan menyimpannya ke pemboleh ubah yang disebutkan sebelumnya untuk digunakan kemudian. Kemudian ubah nilai ADC mentah ke nilai voltan untuk pengukuran dan hitung nilai semasa dan paparkan ke tetingkap monitor bersiri.

gelung void (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); diukur_voltae = adc1_raw_value * (4.096 / 32768); semasa = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("Nilai ADC:"); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Voltan Terukur:"); Serial.println (diukur_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Dikira Semasa:"); Cetakan bersiri (val, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); kelewatan (500); }

Catatan! Sekiranya anda tidak mempunyai perpustakaan untuk modul ADS1115, anda perlu memasukkan perpustakaan dalam Arduino IDE, anda boleh menemui perpustakaan di gudang GitHub ini.

Kod Arduino lengkap diberikan di bawah:

#sertakan #include #define MULTIPLICATION_FACTOR 0.002734 / * factor untuk mengira nilai semasa sebenar * / #define ADC_MAX_VALUE 32768 / * nilai maksimum yang dihasilkan ADC * / #define ADC_GAIN 4.096 Adafruit_ADS1115 iklan; / * Gunakan ini untuk versi 16-bit ADS1115 * / int16_t adc1_raw_value; / * pemboleh ubah untuk menyimpan nilai ADC mentah * / apungan diukur_voltae; / * pemboleh ubah untuk menyimpan voltan yang diukur * / arus apungan; / * pemboleh ubah untuk menyimpan pengiraan semasa yang dikira * / persediaan tidak sah (tidak sah) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Mendapatkan bacaan tunggal dari AIN0..3"); // beberapa maklumat debug Serial.println ("Julat ADC: +/- 4.096V (1 bit = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // Julat input ADC (atau keuntungan) dapat diubah melalui // fungsi berikut, tetapi berhati-hati jangan sampai melebihi VDD + 0.3V maksimum,atau // melebihi had atas dan bawah jika anda menyesuaikan julat input! // Menetapkan nilai ini dengan tidak betul boleh merosakkan ADC anda! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x keuntungan +/- 6.144V 1 bit = 3mV 0.1875mV (lalai) iklan.setGain (GAIN_ONE); // 1x keuntungan +/- 4.096V 1 bit = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // Keuntungan 2x +/- 2.048V 1 bit = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // Keuntungan 4x +/- 1.024V 1 bit = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT); // 8x keuntungan +/- 0.512V 1 bit = 0.25mV 0.015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x gain +/- 0.256V 1 bit = 0.125mV 0.0078125mV ads.begin (); } gelung void (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); diukur_voltae = adc1_raw_value * (ADC_GAIN / ADC_MAX_VALUE); semasa = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("Nilai ADC:"); Bersiri.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Voltan Terukur:"); Serial.print (diukur_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Dikira Semasa:"); Cetakan bersiri (semasa, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); kelewatan (500); }

Menguji Litar

Alat yang digunakan untuk menguji litar

1. 2 mentol lampu pijar 60W
2. Meco 450B + TRMS Multimeter

Untuk menguji litar, persediaan di atas telah digunakan. Arus mengalir dari CT ke multimeter, kemudian akan kembali ke saluran kuasa utama.

Sekiranya anda tertanya-tanya apa yang dilakukan papan FTDI dalam penyediaan ini, izinkan saya memberitahu anda bahawa penukar USB ke siri tidak berfungsi, jadi saya terpaksa menggunakan penukar FTDI sebagai penukar siri ke USB.

Penambahbaikan Lebih Lanjut

Beberapa kesalahan mA yang anda lihat dalam video (diberikan di bawah) adalah kerana saya telah membuat litar di papan roti, jadi terdapat banyak masalah tanah.

Saya harap anda menyukai artikel ini dan mengetahui sesuatu yang baru. Sekiranya anda mempunyai keraguan, anda boleh bertanya dalam komen di bawah atau boleh menggunakan forum kami untuk perbincangan terperinci.