מדידת תדירות הרשת באמצעות Arduino: 7 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:12

ב- 3 באפריל, ראש ממשלת הודו, שרי. נרנדרה מודי פנה לאינדיאנים לכבות את האורות ולהדליק מנורה (דיה) בשעה 21:00 ב -5 באפריל לציון המאבק של הודו נגד וירוס הקורונה. ממש לאחר ההודעה, התעורר כאוס גדול ברשתות החברתיות שאמרו כי הדבר יוביל להפסקה מוחלטת עקב כשל ברשת החשמל.

אני, בהיותי סטודנט להנדסת חשמל, רציתי לראות את ההשפעה של הפחתה פתאומית של עומס על רשת החשמל. אחד הפרמטרים שמשפיעים עליו הוא תדר. אז, החלטתי לייצר מכשיר למדידת תדירות המתח משקע חשמל בבית שלי. שים לב שבניסוי הקטן הזה הערך הנמדד אינו חשוב מכיוון שרציתי רק לצפות בשינויים בתדירות.

במדריך זה אסביר במהירות כיצד רשת יכולה להיכשל ולאחר מכן אראה לך כיצד מדדתי תדר.

שלב 1: למה לדאוג?

רשת חשמלית עלולה להיכשל בגלל גורמים רבים שאחד מהם הוא הפחתה פתאומית של עומס. אנסה להסביר זאת בצורה הפשוטה ביותר האפשרית כך שאדם ללא רקע חשמלי יכול להבין זאת.

מהו תדר? זהו מספר הפעמים שגל AC חוזר על עצמו בשנייה אחת. התדירות בהודו היא 50Hz מה שאומר שגל AC חוזר על עצמו 50 פעמים בשנייה אחת.

בכל תחנת כוח, יש טורבינה שהיא מכשיר מכני סיבובי המפיק אנרגיה מזרימת נוזלים (קיטור, מים, גז וכו ') והופך אותה לעבודה שימושית (אנרגיה מכנית). טורבינה זו מחוברת (מצומדת) לגנרטור. גנרטור ממיר אז את האנרגיה המכנית הזו לאנרגיה חשמלית שאנו מקבלים בביתנו.

הבה נבחן תחנת כוח קיטור להסבר זה. כאן, אדים בלחץ גבוה משמשים לסיבוב טורבינה שבתורה מסובבת את הגנרטור ונוצר חשמל. לא אדון כיצד פועל גנרטור אך רק זכור כי תדירות המתח שנוצר קשורה ישירות למהירות שבה הגנרטור מסתובב. אם המהירות עולה התדר עולה, ולהיפך. נניח כי הגנרטור אינו מחובר לעומס כלשהו. הגנרטור מואץ על ידי הגדלת כניסת הקיטור לטורבינה עד שהתדר הופך ל 50 הרץ. הגנרטור מוכן כעת לספק כוח. ברגע שהמחולל מחובר לעומס (או לרשת), הזרם מתחיל לזרום דרך סלילה שלו ומהירותו יורדת וכך התדירות. אך לפי תקני הרגולציה, התדירות צריכה להיות בתוך פס מסוים. בהודו הוא +/- 3% כלומר 48.5Hz עד 51.5Hz. כעת, כדי לפצות על התדר המופחת עקב ירידה במהירות, קלט הקיטור גדל עד שהתדר הופך להיות 50 הרץ שוב. תהליך זה נמשך. העומס עולה, המהירות יורדת, התדירות יורדת, קלט הקיטור גדל והגנרטור מובא למהירות. כל זה נעשה באופן אוטומטי באמצעות מכשיר בשם Governor. הוא עוקב אחר המהירות (או התדירות) של הגנרטור ומתאים את כניסת הקיטור בהתאם. מכיוון שרוב החלק מכני לוקח כמה שניות (כלומר קבוע זמן גבוה) עד שהשינויים ייכנסו לתוקף.

כעת, הבה נבחן שכל העומס על הגנרטור מוסר לפתע. הגנרטור מאיץ את המהירות הרגילה שלו מכיוון שהגברנו קודם לכן את כניסת הקיטור כדי לפצות על העומס המוגבר. לפני שהנגיד יכול לחוש ולשנות את קלט הקיטור, הגנרטור מאיץ כל כך מהר שהתדר חוצה את הגבול העליון שלו. מכיוון שהדבר אינו מותר על פי התקנים הרגולטוריים, הגנרטור נוסע (או מנותק) מהרשת בשל תדירות יתר.

בהודו, יש לנו אומה אחת - רשת אחת כלומר כל הגנרטורים בהודו מחוברים לרשת אחת. זה עוזר בשליחת כוח לכל אזור הארץ. אבל יש חסרון אחד. תקלה מסיבית בכל אזור אחד במדינה יכולה להתפשט במהירות לחלקים אחרים וכתוצאה מכך מעד את הרשת כולה. לפיכך, למדינה שלמה אין כוח!

שלב 2: התוכנית

התוכנית היא למדוד את תדירות המתח במרווחים מוגדרים.

שנאי המורכז במרכז משמש להורדת 230V AC ל 15V AC.

מודול RTC מספק את הזמן בפועל.

שני הנתונים (זמן ותדירות) נשמרים לאחר מכן בכרטיס ה- Micro SD בשני קבצים נפרדים. לאחר סיום הבדיקה, ניתן לייבא את הנתונים לגיליון Excel כדי ליצור את הגרף.

תצוגת LCD תשמש להצגת התדירות.

לְהִזָהֵר! אתה תתמודד עם מתח חשמל AC קטלני. המשך רק אם אתה יודע מה אתה עושה. חשמל לא נותן הזדמנות שנייה

שלב 3: דברים שתצטרך

1x ארדואינו ננו

1x16x2 LCD תצוגה

מודול שעון בזמן אמת DS3231

מודול כרטיס מיקרו SD 1x

1x שנאי מרכזי (15V-0-15V)

הנגד 2x10k

1x 1k נגד

1x 39k נגד

1x טרנזיסטור NPN 2N2222A

דיודה 1N4007

שלב 4: חיבור דברים

הסכימה לבנייה מצורפת כאן. אני אבנה אותו על קרש לחם אבל אתה יכול להפוך אותו לקבוע יותר באמצעות לוח perfboard או להכין PCB מותאם אישית.

בחירת הערך הנכון של 'R3' עבור השנאי שלך:

R3 ו- R4 יוצרים מחלק מתח והערכים נבחרים כך שהשיא של מתח AC לא יעלה על 5V. אז אם אתה מתכנן להשתמש בשנאי אחר עם דירוגים שונים, עליך לשנות גם את R3. זכור כי דירוגי המתח הניתנים על שנאי הם ב- RMS. במקרה שלי, זה 15-0-15.

השתמש במולטימטר כדי לאמת זאת. המתח הנמדד יהיה לרוב גדול מ- 15V. במקרה שלי, זה היה בסביבות 17.5V. ערך השיא יהיה 17.5 x sqrt (2) = 24.74V. מתח זה גבוה בהרבה מהמתח המרבי-פולט (6V) של הטרנזיסטור 2N2222A. אנו יכולים לחשב את הערך של R3 באמצעות נוסחת מחלק המתח המוצגת בתמונה למעלה.

חיבורים למודול כרטיס SD:

המודול משתמש ב- SPI לתקשורת.

• MISO עד D12
• MOSI ל- D11
• SCK עד D13
• CS/SS עד D10 (ניתן להשתמש בכל סיכה לבחירת שבבים)

ודא שכרטיס ה- SD מעוצב לראשונה כ- FAT.

חיבורים למודול RTC

מודול זה משתמש ב- I2C לתקשורת.

• SDA עד A4
• SCL עד A5

חיבורים לתצוגת LCD

• RST עד D9
• EN עד D8
• D4 עד D7
• D5 עד D6
• D6 עד D5
• D7 עד D4
• R/W ל- GND

שלב 5: זמן הקידוד

הקוד צורף כאן. הורד ופתח אותו באמצעות Arduino IDE. לפני ההעלאה, הקפד להתקין את ספריית DS3231. מצאתי מידע שימושי באתר זה.

הגדרת RTC:

1. הכנס סוללת מטבע מסוג 2032.
2. פתח את ה- DS3231_Serial_Easy מהדוגמאות כפי שמוצג.
3. בטל את שלוש השורות והזן את השעה והתאריך כפי שמוצג בתמונה.
4. העלה את הסקיצה לארדואינו ופתח את הצג הסדרתי. הגדר את קצב השידור ל- 115200. אתה אמור להיות מסוגל לראות את הזמן הממשיך להתרענן כל 1 שניות.
5. כעת, נתק את הארדואינו וחבר אותו שוב לאחר מספר שניות. תסתכל על הצג הטורי. זה אמור להראות בזמן אמת.

בוצע! הוגדר RTC. שלב זה צריך להיעשות רק פעם אחת כדי לקבוע את התאריך והשעה.

שלב 6: עיבוד הנתונים

לאחר סיום הבדיקה, הסר את כרטיס ה- micro SD מהמודול וחבר אותו למחשב באמצעות קורא כרטיסים. יהיו שני קבצי טקסט בשם FREQ.txt ו- TIME.txt.

העתק את התוכן מקבצים אלה והדבק אותו בגיליון אקסל בשתי עמודות נפרדות (זמן ותדירות).

לחץ על הוספה> תרשים. Excel צריך לבדוק באופן אוטומטי את הנתונים בגיליון ולשרטט את הגרף.

הגדל את הרזולוציה של הציר האנכי כך שהתנודות נראות בבירור. ב- Google Sheets, התאמה אישית> ציר אנכי> מינימום. = 49.5 ומקס. = 50.5

שלב 7: תוצאות

אנו יכולים לראות בבירור עלייה קלה בתדירות כאשר העומסים מנותקים בסביבות 21:00 (21:00) וירידה בתדירות בסביבות 21:10 (21:10) כאשר העומסים מופעלים מחדש. אין פגיעה ברשת כיוון שהתדירות נמצאת בטווח הסובלנות (+/- 3%) כלומר 48.5Hz עד 51.5Hz.

ציוץ של שר המדינה בממשלת הודו, מר סינג מאשר כי התוצאות שקיבלתי היו די מדויקות.

תודה שנצמדת עד הסוף. מקווה שכולכם אוהבים את הפרויקט הזה ולמדתם משהו חדש היום. ספר לי אם תכין אחד לעצמך. הירשם לערוץ היוטיוב שלי לפרויקטים נוספים כאלה.