: Struja u kolu je direktno proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.
CURRENT je kvantitativna karakteristika električne struje - ovo je fizička veličina jednaka količini električne energije koja teče kroz poprečni presjek vodiča u jedinici vremena. Mjereno u amperima.
Za električnu instalaciju u stanu jakost struje igra veliku ulogu, jer na osnovu maksimalne moguće vrijednosti za odvojenu liniju koja dolazi iz električne ploče, poprečnog presjeka vodiča i maksimalne struje prekidača koji štiti električnu mrežu kabl od oštećenja u slučaju pojave zavisi.
Stoga, ako sekcija i prekidač nisu pravilno odabrani, jednostavno će biti izbačeni, a zamjena snažnijim jednostavno neće raditi.
Na primjer, najčešće žice i kablovi u električnim instalacijama s poprečnim presjekom od 1,5 četvornih milimetara izrađeni su od bakra ili 2,5 od aluminija. Dizajnirani su za maksimalnu struju od 16 ampera ili priključak za napajanje ne veću od 3 i pol kilovata. Ako spojite moćne električne potrošače koji prelaze ove granice, tada ne možete jednostavno zamijeniti stroj s 25 A - ožičenje neće izdržati i morat ćete pomaknuti bakreni kabel s poprečnim presjekom od 2,5 četvornih metara od štita. mm, koji je projektovan za maksimalnu struju od 25 A.
Jedinice mjerenja snage električne struje.
Pored ampera, često se susrećemo i sa pojmom snage električne struje. Ova vrijednost pokazuje rad struje u jedinici vremena.
Snaga je jednaka omjeru obavljenog rada i vremena za koje je obavljen. Snaga se mjeri u vatima i označava se slovom P. Izračunava se po formuli P = A x B, odnosno da biste saznali snagu, potrebno je pomnožiti napon mreže sa strujom koju troše električni uređaji koji su na njega priključeni, kućanski aparati, rasvjeta itd. d.
Na električnim potrošačima, često na tablicama ili u pasošu, naznačena je samo potrošnja energije, znajući koju možete lako izračunati struju. Na primjer, potrošnja energije televizora je 110 vati. Da bismo saznali količinu potrošene struje, podijelimo snagu s naponom 220 volti i dobijamo 0,5 A.
Ali imajte na umu da je ovo maksimalna vrijednost, u stvarnosti može biti manja jer će TV pri niskoj svjetlini i pod drugim uvjetima trošiti manje električne energije.
Instrumenti za mjerenje električne struje.
Da bismo saznali stvarnu potrošnju energije, uzimajući u obzir rad u različitim režimima za električne uređaje, kućanske aparate, itd., potrebni su nam električni mjerni instrumenti:
- Ampermetar- svima dobro poznato sa praktične nastave fizike u školi (slika 1). Ali u svakodnevnom životu i profesionalcima ne koriste se zbog nepraktičnosti.
- multimetar- ovaj elektronski uređaj vrši mnoga različita mjerenja, uključujući jačinu struje (slika 2). Vrlo je rasprostranjena, kako među električarima tako i u svakodnevnom životu. Kako ga koristiti za mjerenje struje već sam rekao.
- Tester- isto praktično kao multimetar, ali bez upotrebe elektronike sa strelicom koja pokazuje mjernu vrijednost po podjelama na ekranu. Danas se rijetko viđaju, ali su se u sovjetskoj eri široko koristile.
- Mjerne stezaljke električar (Slika 3), koristim ih u svom radu, jer ne zahtijevaju prekid provodnika za mjerenje, nema potrebe da se stavljate pod napon i isključujete opterećenje. Mere zadovoljstvo - brzo i lako.
Kako pravilno izmjeriti struju.
Da biste izmjerili snagu za potrošače potrebno je jednu kopču ampermetra, testera ili multimetra spojiti na pozitivni terminal baterije ili žicu iz napajanja ili transformatora, a drugu kopču na žicu koja ide do potrošača i nakon uključivanja DC načina mjerenja s marginom gornje maksimalne granice - izvršite mjerenja.
Budite oprezni kada otvarate strujni krug, pojavljuje se luk čija se veličina povećava sa jačinom struje.
Kako bi se izmjerila struja za potrošače koji su direktno priključeni na utičnicu ili na električni kabel iz kućne mreže, mjerni uređaj se prebacuje na AC mjerni režim sa marginom za gornju granicu. Zatim je tester ili multimetar uključen u prekid fazne žice. U kojoj fazi čitamo.
Svi radovi se moraju izvoditi tek nakon što je napon uklonjen.
Nakon što je sve spremno, uključite i provjerite jačinu struje. Samo pazite da ne dodirnete izložene igle ili žice.
Slažete se da gore opisane metode nisu baš zgodne, pa čak i opasne!
Već duže vrijeme u svojoj profesionalnoj djelatnosti koristim električara za mjerenje struje stezaljke(na slici desno). Često dolaze u istom kućištu sa multimetrom.
Lako je mjeriti s njima - uključimo ga i prebacimo na način mjerenja naizmjenične struje, zatim razdvojimo brkove koji se nalaze na vrhu i provučemo faznu žicu unutra, nakon toga pazimo da dobro priliježu jedno uz drugo i uzimamo mjerenja.
Kao što vidite, brzo je, jednostavno i na ovaj način možete izmjeriti struju pod naponom, samo pazite da slučajno ne spojite susjedne žice u električnoj ploči.
Samo zapamtite da za ispravno mjerenje trebate napraviti obim samo jedne fazne žice, a ako se omotate oko cvrstog kabla, u kojem faza i nula idu zajedno, nece biti moguce merenje!
Povezani sadržaj:
Prilikom provjere strujnih električnih kola, često postaje potrebno izmjeriti jačinu struje. Za mjerenje veličine istosmjerne struje, u pravilu se koristi otpornički šant, povezan serijski s opterećenjem, čiji je napon proporcionalan struji. Međutim, ako postoji potreba za mjerenjem velikih struja, tada će biti potreban šant impresivne snage, pa je preporučljivije koristiti druge metode mjerenja.
S tim u vezi, došao sam na ideju da sastavim strujomjer baziran na Hall senzoru. Njegova shema je prikazana na slici.
Karakteristike ampermetra:
- Mjerenje AC ili DC struje bez električnog kontakta sa strujnim kolom
- True RMS (true RMS) mjerenje struje bez obzira na valni oblik, kao i maksimalnu vrijednost po periodu (približno 0,5 sekunde)
- Izlaz informacija na karakterni LCD ekran
- Dva načina mjerenja (do 10A i do 50A)
Shema funkcionira na sljedeći način. Žica sa strujom nalazi se unutar feritnog prstena, stvarajući magnetsko polje čija je veličina direktno proporcionalna jačini struje. Senzor sa Holovim efektom koji se nalazi u vazdušnom zazoru jezgra pretvara indukciju polja u napon, a ovaj napon se primenjuje na operaciona pojačala. Op-pojačala su potrebna da dovedu nivoe napona sa senzora na opseg ulaznog napona ADC-a. Primljene podatke obrađuje mikrokontroler i prikazuje na LCD displeju.
Preliminarni proračun sheme
Kao jezgro je korišten prsten R20*10*7 od materijala N87. Hall senzor - SS494B.
Uz pomoć igličaste turpije, razmak takve debljine se obrađuje u prstenu tako da senzor tu stane, odnosno oko 2 mm. U ovoj fazi već je moguće približno procijeniti osjetljivost senzora na struju i maksimalnu moguću izmjerenu struju.
Ekvivalentna permeabilnost jezgra s razmakom je približno jednaka omjeru dužine magnetske linije i veličine jaza:
Zatim, zamjenjujući ovu vrijednost u formulu za izračunavanje indukcije u jezgri i sve to pomnožeći osjetljivošću senzora, nalazimo ovisnost izlaznog napona senzora o jačini struje:
Evo K B- osjetljivost senzora na indukciju magnetnog polja, izražena u V/T (preuzeto iz tablice).
Na primjer, u mom slučaju lh= 2 mm = 0,002 m,K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T, odakle dobijamo:
Ispostavilo se da je stvarna osjetljivost na struju jednaka 0,03V/A, odnosno proračun je vrlo tačan.
Prema podacima na SS494B, maksimalna induktivnost koju izmjeri senzor je 420 Gausa, stoga je maksimalna izmjerena struja:
Fotografija senzora u procjepu:
Proračun op-amp kola
Ampermetar ima dva kanala: do 10 A (23 izlaza MK) i do 50 A (24 izlaza MK). ADC multiplekser upravlja prebacivanjem moda.
Interni referentni napon je odabran kao referentni napon ADC-a, tako da se signal mora dovesti u raspon od 0 - 2,56 V. Prilikom mjerenja struja od ±10 A, napon senzora je 2,5 ± 0,3 V, dakle, potrebno ga je pojačati i pomjeriti tako da nulta tačka bude tačno u sredini ADC opsega. Za to se koristi op-amp IC2:A, uključen kao neinvertujuće pojačalo. Napon na njegovom izlazu opisan je jednadžbom:
Ovdje R2 označava R2 i P2 povezane u seriju, a R3, redom, R3 i P3, tako da izraz ne izgleda previše glomazan. Da bismo pronašli otpor otpornika, pišemo jednačinu dva puta (za struje -10A i +10A):
Znamo napon
Postavljanjem R4 na 20 kOhm, dobijamo sistem od dvije jednačine, gdje su varijable R2 i R3. Rješenje sistema se lako može pronaći pomoću matematičkih paketa, kao što je MathCAD (fajl proračuna je u prilogu članka).
Drugi lanac, koji se sastoji od IC3:A i IC3:B, izračunava se na sličan način. U njemu signal senzora prvo prolazi kroz repetitor IC3: A, a zatim ulazi u razdjelnik na otpornicima R5, R6, P5. Nakon što je signal oslabljen, on je dodatno pristrasan od strane operativnog pojačala IC3:B.
Opis mikrokontrolera
ATmega8A mikrokontroler obrađuje signale iz op-pojačala i prikazuje rezultate na displeju. Taktuje se od internog oscilatora od 8 MHz. Osigurači su standardni osim za CKSEL. U PonyProgu su postavljeni ovako:
ADC je konfigurisan da radi na 125 kHz (odnos podele je 64). Na kraju ADC konverzije poziva se rukovalac prekida. Pamti maksimalnu vrijednost struje, a također zbraja kvadrate struja uzastopnih uzoraka. Čim broj uzoraka dostigne 5000, mikrokontroler izračunava RMS vrijednost struje i prikazuje podatke na displeju. Tada se varijable vraćaju na nulu i sve počinje iz početka. Dijagram prikazuje WH0802A displej, ali bilo koji drugi ekran se može koristiti sa HD44780 kontrolerom.
Firmware mikrokontrolera, projekat za CodeVision AVR i simulacioni fajl u Proteusu su priloženi uz članak.
Podešavanje šeme
Podešavanje uređaja se svodi na podešavanje otpornika za podešavanje. Prvo morate podesiti kontrast ekrana okretanjem P1.
Zatim, prebacivanjem tipkom S1 u režim do 10A, postavljamo P2 i P3. Odvrnemo jedan od otpornika što je više moguće udesno i rotiranjem drugog otpornika postižemo nulta očitanja uređaja. Pokušavamo izmjeriti struju čija je vrijednost tačno poznata, dok bi očitanja ampermetra trebala biti manja nego što jesu. Oba otpornika uvijamo malo ulijevo, tako da se sačuva nulta tačka, i ponovo mjerimo struju. Ovaj put, očitanja bi trebala biti nešto veća. Nastavljamo tako sve dok ne postignemo tačan prikaz trenutne vrijednosti.
Sada pređite na režim do 50A i podesite ga. Otpornik P4 postavlja nulu na displeju. Mjerimo bilo koju struju i gledamo očitanja. Ako ih ampermetar precijeni, onda okrenite P5 ulijevo; ako podcjenjuje, onda okrenite udesno. Ponovo postavljamo nulu, provjeravamo očitanja na datoj struji i tako dalje.
Fotografija uređaja
Mjerenje istosmjerne struje:
Zbog nedovoljno precizne kalibracije, vrijednosti su malo precijenjene.
Mjerenje naizmjenične struje frekvencije 50 Hz, pegla se koristi kao opterećenje:
U teoriji, RMS struja sinusoida je 0,707 od maksimuma, ali, sudeći po očitanjima, ovaj koeficijent je 0,742. Nakon provjere oblika napona u mreži, pokazalo se da samo podsjeća na sinusoidu. S obzirom na to, takva očitanja uređaja izgledaju prilično pouzdana.
Uređaj i dalje ima nedostatak. Šum je stalno prisutan na izlazu senzora. Prolazeći kroz op-amp, ulaze u mikrokontroler, zbog čega je nemoguće postići idealnu nulu (umjesto nule prikazuje se približno 30-40 mA RMS). Ovo se može ispraviti povećanjem kapacitivnosti C7, ali tada će se frekvencijski odziv pogoršati: na visokim frekvencijama očitanja će biti podcijenjena.
Korišteni izvori
Lista radio elemenata
| Oznaka | Tip | Denominacija | Količina | Bilješka | Rezultat | Moja beležnica |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | MK AVR 8-bit | ATmega8A | 1 | DIP-28 | U notes | |
| IC2, IC3 | Operativno pojačalo | MCP6002 | 2 | SOIC-8 | U notes | |
| IC4 | Linearni regulator | L78L05 | 1 | U notes | ||
| IC5 | Hall senzor | SS494B | 1 | U notes | ||
| C1-C7 | Kondenzator | 100 nF | 9 | K10-17b | U notes | |
| R1, R3, R6, R9 | Otpornik | 10 kOhm | 4 | SMD 1206 | U notes | |
| R2 | Otpornik | 12 kOhm | 1 | SMD 1206 | U notes | |
| R4 | Otpornik | 20 kOhm | 1 | SMD 1206 | U notes | |
| R5 | Otpornik | 6,8 kOhm | 1 | SMD 1206 | U notes | |
| R7, R8 | Otpornik | 100 kOhm | 2 | SMD 1206 | U notes | |
| P1 | Trimer otpornik | 10 kOhm | 1 | 3362P | U notes | |
| P2 | Trimer otpornik | 4,7 kOhm | 1 | 3362P |
Mjerenje struje(skraćeno kao trenutno mjerenje) korisna je vještina koja će vam više puta doći u životu. Potrebno je znati veličinu struje kada je potrebno odrediti potrošnju energije. Za mjerenje struje koristi se uređaj koji se zove ampermetar.
Postoje naizmjenična i jednosmjerna struja, pa se za njihovo mjerenje koriste različiti mjerni instrumenti. Struja se uvijek označava slovom I, a njena snaga se mjeri u Amperima i označava slovom A. Na primjer, I = 2 A označava da je jačina struje u krugu koji se testira iznosi 2 Ampera.
Razmotrimo detaljno kako se označavaju različiti mjerni instrumenti za mjerenje različitih vrsta struja.
- Na mjernom uređaju za mjerenje jednosmjerne struje, ispred slova A stavlja se simbol "-".
- Na mjernom uređaju za mjerenje naizmjenične struje na istom mjestu se nalazi simbol "~".
- ~ Uređaj za mjerenje naizmjenične struje.
- -Uređaj za mjerenje jednosmjerne struje.
Evo fotografije dizajniranog ampermetra Mjerenja jednosmjerne struje.
Prema zakonu, jačina struje koja teče u zatvorenom kolu, u bilo kojoj tački u njemu, jednaka je istoj vrijednosti. Kao rezultat toga, da bi se izmjerila struja, potrebno je isključiti strujni krug na bilo kojem mjestu pogodnom za povezivanje mjernog uređaja.
Treba imati na umu da veličina napona prisutnog u električnom kolu nema nikakav utjecaj na mjerenje struje. Izvor struje može biti ili kućno napajanje od 220 V ili baterija od 1,5 V, itd.
Ako ćete mjeriti struju u strujnom kolu, obratite pažnju na to da li struja teče u kolu, jednosmjerna ili naizmjenična. Uzmite odgovarajući mjerni uređaj i ako ne znate očekivanu jačinu struje u strujnom kolu, postavite prekidač za mjerenje struje na maksimalan položaj.
Razmotrimo detaljno kako izmjeriti jačinu struje električnim uređajem.
Zbog sigurnosti mjerenja trenutne potrošnje električnih uređaja napravit ćemo domaći produžni kabel sa dvije utičnice. Nakon montaže, dobijamo produžni kabel vrlo sličan standardnom dućanu u trgovini.
Ali ako rastavite i usporedimo jedni s drugima, domaći i kupljeni produžni kabel, tada ćemo jasno vidjeti razlike u unutarnjoj strukturi. Zaključci unutar utičnica domaćeg produžnog kabela povezani su serijski, au trgovini paralelno.
Na fotografiji se jasno vidi da su gornji terminali međusobno povezani žutom žicom, a mrežni napon se dovodi do donjih terminala utičnica.
Sada počinjemo da mjerimo struju, za to utikamo utikač električnog uređaja u jednu od utičnica, a sonde ampermetra u drugu utičnicu. Prije mjerenja struje, ne zaboravite informacije koje ste pročitali o tome kako pravilno i sigurno izmjeriti struju.
Sada razmislite kako ispravno protumačiti očitanja pokazivača ampermetra. At mjerenje trenutne potrošnje instrument, igla ampermetra se zaustavila na 50 podjela, prekidač je postavljen na maksimalnu granicu mjerenja od 3 ampera. Skala mog ampermetra ima 100 podjela. To znači da je lako odrediti izmjerenu jačinu struje formulom (3/100) X 50 = 1,5 Ampera.
Formula za izračunavanje snage uređaja prema potrošenoj struji.
Imajući podatke o količini struje koju troši bilo koji električni uređaj (TV, frižider, glačalo, zavarivanje itd.), lako možete odrediti koju potrošnju energije ima ovaj električni uređaj. U svijetu postoji fizički obrazac kojem se elektricitet uvijek pokorava. Otkrivači ovog obrasca, Emil Lenz i James Joule, iu njihovu čast, sada se naziva Joule-Lenzov zakon.
- I - jačina struje, mjerena u amperima (A);
- U - napon, mjeren u voltima (V);
- P je snaga, mjerena u vatima (W).
Hajde da izvršimo jedan od trenutnih proračuna.
Izmjerio sam trenutnu potrošnju frižidera i ona je jednaka 7 ampera. Napon u mreži je 220 V. Dakle, potrošnja energije hladnjaka je 220 V X 7 A = 1540 W.
- tutorial
Uvod
Zdravo! Nakon završetka ciklusa o senzorima, pojavila su se pitanja drugačijeg plana za mjerenje parametara potrošnje kućnih i ne baš električnih aparata. Ko koliko troši, kako povezati šta meriti, koje su suptilnosti itd. Vrijeme je da otkrijemo sve karte u ovoj oblasti.U ovoj seriji članaka razmotrit ćemo temu mjerenja parametara električne energije. Ovi parametri su zapravo jako veliki broj, o čemu ću pokušati postepeno govoriti u malim serijama.
Do sada su u pripremi tri serije:
- Mjerenje električne energije.
- Kvaliteta električne energije.
- Uređaji za mjerenje parametara električne energije.
Na osnovu rezultata čitavog ciklusa proizvešćemo svojevrsno pametno električno brojilo sa pristupom Internetu. Apsolutno ozloglašeni ljubitelji upravljanja električnim uređajima svog pametnog doma mogu pružiti svu moguću pomoć u implementaciji komunikacijskog dijela zasnovanog na, na primjer, MajorDomo-u. Učinimo OpenSource pametni dom boljim, da tako kažem.
U ovoj seriji, u dva dela, bavićemo se sledećim pitanjima:
- Povezivanje strujnih i naponskih senzora u DC uređajima, kao i jednofaznim i trofaznim AC krugovima;
- Mjerenje efektivnih vrijednosti struje i napona;
- Mjerenje faktora snage;
- Prividna, aktivna i reaktivna snaga;
- Potrošnja električne energije;
1. Povezivanje senzora
U prošlom ciklusu o senzorima napona i struje govorio sam o tipovima senzora, ali nisam govorio o tome kako ih koristiti i gdje ih postaviti. Vrijeme je da to popravimo
Povezivanje DC senzora
Jasno je da će cijeli ciklus biti posvećen AC sistemima, ali ćemo brzo preći preko jednosmjernih kola, jer nam to može biti od koristi pri razvoju DC napajanja. Uzmimo za primjer klasični PWM buck pretvarač:
Slika 1. PWM buck pretvarač
Naš zadatak je osigurati stabilizirani izlazni napon. Osim toga, na osnovu informacija sa strujnog senzora, moguće je kontrolisati način rada induktora L1, sprečavajući njegovo zasićenje, kao i implementirati strujnu zaštitu pretvarača. I iskreno, ne postoje posebne opcije za ugradnju senzora.
Na izlazu pretvarača ugrađen je senzor napona u obliku otpornog razdjelnika R1-R2, koji jedini može raditi na jednosmjernoj struji. U pravilu, specijalizirano mikrokolo pretvarača ima ulaz povratne sprege, i čini sve da ovaj ulaz (3) ima određeni naponski nivo propisan u dokumentaciji za mikrokolo. Na primjer 1.25V. Ako naš izlazni napon odgovara ovom nivou - sve je u redu - direktno primjenjujemo izlazni napon na ovaj ulaz. Ako nije, onda postavite razdjelnik. Ako trebamo obezbijediti izlazni napon od 5V, onda razdjelnik mora osigurati faktor podjele 4, tj. na primjer, R1 = 30k, R2 = 10k.
Senzor struje se obično instalira između napajanja i pretvarača i na čipu. Razlikom potencijala između tačaka 1 i 2, a uz poznati otpor otpornika Rs, moguće je odrediti trenutnu vrijednost struje našeg induktora. Ugradnja strujnog senzora između izvora i opterećenja nije dobra ideja, jer će filterski kondenzator biti odsječen otpornikom od potrošača impulsnih struja. Ugradnja otpornika u prekid u zajedničkoj žici također ne sluti dobrom - postojat će dva nivoa uzemljenja s kojima se petljati i dalje je zadovoljstvo.
Problemi s padom napona mogu se izbjeći korištenjem beskontaktnih strujnih senzora - npr. Hall senzora:
Slika 2. Beskontaktni strujni senzor
Međutim, postoji lukaviji način mjerenja struje. Uostalom, napon na tranzistoru pada na isti način i kroz njega teče ista struja kao induktivnost. Stoga se trenutna vrijednost struje može odrediti i iz pada napona na njoj. Da budem iskren, ako pogledate unutrašnju strukturu mikro krugova pretvarača, na primjer, iz Texas Instrumentsa, onda se ova metoda javlja jednako često kao i prethodne. Preciznost ove metode svakako nije najveća, ali je to sasvim dovoljno da strujni prekid radi.
Slika 3. Tranzistor kao senzor struje
Isto radimo i u drugim krugovima sličnih pretvarača, bilo da se radi o pojačanju ili invertu.
Međutim, potrebno je posebno spomenuti transformatorski prednji i povratni pretvarač.
Slika 4. Povezivanje strujnih senzora u povratnim pretvaračima
Oni također mogu koristiti ili vanjski otpor ili tranzistor u svojoj ulozi.
Na ovom smo završili sa povezivanjem senzora na DC pretvarače. Ako imate prijedloge za druge opcije, rado ću dopuniti članak njima.
1.2 Povezivanje senzora na jednofazna AC kola
U AC krugovima imamo mnogo veći izbor mogućih senzora. Razmotrimo nekoliko opcija.Najjednostavnije je koristiti otporni djelitelj napona i strujni šant.
Slika 5. Povezivanje senzora otpornika
Međutim, ima nekoliko značajnih nedostataka:
Prvo, ili ćemo obezbijediti značajnu amplitudu signala iz trenutnog šanta, dodijelivši mu veliku količinu snage, ili ćemo se zadovoljiti malom amplitudom signala i naknadno je pojačati. I drugo, otpornik stvara potencijalnu razliku između neutralne mreže i neutralne točke uređaja. Ako je uređaj izoliran, onda nije važno, ali ako uređaj ima terminal za uzemljenje, tada riskiramo da ostanemo bez signala sa trenutnog senzora, jer ćemo ga kratko spojiti. Možda je vrijedno isprobati senzore koji rade na drugim principima.
Na primjer, koristit ćemo strujne i naponske transformatore, ili Holov senzor struje i naponski transformator. Mnogo je više mogućnosti za rad sa opremom, jer neutralna žica nema gubitaka, a što je najvažnije, u oba slučaja postoji galvanska izolacija mjerne opreme, što često može dobro doći. Međutim, mora se uzeti u obzir da senzori strujnih i naponskih transformatora imaju ograničen frekvencijski odziv, a ako želimo izmjeriti harmonijski sastav izobličenja, onda to nije činjenica koja će nam uspjeti.
Slika 6. Povezivanje transformatora i beskontaktnih senzora struje i napona
1.3 Povezivanje senzora na višefazna kola AC mreže
U polifaznim mrežama, naša sposobnost povezivanja strujnih senzora je nešto manja. To je zbog činjenice da se strujni šant uopće ne može koristiti, jer će razlika potencijala između faznih šantova fluktuirati unutar stotina volti, a ne znam ni jedan kontroler opće namjene čiji analogni ulazi mogu izdržati takvu sprdnju.Jedan od načina korištenja strujnih šantova je naravno - za svaki kanal morate napraviti galvanski izolirani analogni ulaz. Ali mnogo je lakše i pouzdanije koristiti druge senzore.
U svom analizatoru kvaliteta koristim otporne djelitelje napona i daljinske strujne senzore na osnovu Holovog efekta.
Slika 7. Senzori struje u trofaznoj mreži
Kao što možete vidjeti sa slike, koristimo četverožičnu vezu. Naravno, umjesto strujnih senzora na Hall efektu možete uzeti strujne transformatore ili Rogowskijevske petlje.
Umjesto otpornih razdjelnika mogu se koristiti naponski transformatori, kako za četverožilni tako i za trožični sistem.
U potonjem slučaju, primarni namoti naponskih transformatora su povezani u trokut, a sekundarni namoti u zvijezdu, čija je zajednička točka zajednička točka mjernog kruga.
Slika 8. Upotreba naponskih transformatora u trofaznoj mreži
2 Efektivna vrijednost struje i napona
Vrijeme je da riješimo problem mjerenja naših signala. Praktični značaj za nas je prvenstveno efektivna vrijednost struje i napona.
Da vas podsjetim na materijale iz ciklusa senzora. Uz pomoć ADC-a našeg mikrokontrolera, u pravilnim intervalima, snimaćemo trenutnu vrijednost napona. Tako ćemo za period mjerenja imati niz podataka o nivou trenutne vrijednosti napona (sve je slično za struju).
Slika 9. Serija trenutnih vrijednosti napona
Naš zadatak je da izračunamo efektivnu vrijednost. Prvo, upotrijebimo integralnu formulu:
(1)U digitalnom sistemu morate se ograničiti na određeni kvantum vremena, pa idemo na zbir:
(2)Gdje je period uzorkovanja našeg signala, a broj uzoraka po periodu mjerenja. Negdje ovdje u videu počinjem trljati igru o jednakosti površina. Trebao sam da spavam taj dan. =)
U mikrokontrolerima MSP430FE4252, koji se koriste u jednofaznim Merkur mjeračima, napravljeno je 4096 očitavanja za period mjerenja od 1, 2 ili 4 sekunde. U nastavku ćemo se oslanjati na T=1s i N=4096. Štaviše, 4096 poena u sekundi će nam omogućiti da koristimo brze Fourierove algoritme transformacije za određivanje spektra harmonika do 40. harmonika, kako to zahtijeva GOST. Ali više o tome u sledećoj epizodi.
Hajde da skiciramo algoritam za naš program. Moramo osigurati stabilan start ADC-a svake 1/8192 sekunde, pošto imamo dva kanala i te podatke ćemo mjeriti naizmjenično. Da biste to učinili, postavite tajmer i signal prekida će automatski ponovo pokrenuti ADC. Svi ADC-ovi to rade.
Napisaćemo budući program na arduinu, jer ga mnogi imaju pri ruci. Naš interes je isključivo akademski.
Imajući sistemsku kvarcnu frekvenciju od 16 MHz i 8-bitni tajmer (tako da život ne izgleda kao med), moramo osigurati frekvenciju rada svakog prekida tajmera sa frekvencijom od 8192 Hz.
Tužni smo zbog činjenice da 16MHz nije podijeljeno onoliko koliko nam je potrebno i konačna frekvencija tajmera je 8198Hz. Zatvaramo oči pred greškom od 0,04% i još uvijek čitamo 4096 uzoraka po kanalu.
Žalosni smo što je prekid prekoračenja u arduinu zauzet izračunavanjem vremena (odgovoran za mililete i kašnjenje, tako da će ovo prestati normalno raditi), pa koristimo prekid poređenja.
I odjednom shvatimo da signal dolazi do nas bipolarni i da se msp430fe4252 savršeno nosi s tim. Zadovoljni smo unipolarnim ADC-om, pa sastavljamo jednostavan pretvarač bipolarnog signala u unipolarni na operacionom pojačalu:
Slika 10. Konvertor bipolarnog u unipolarni signal
Štoviše, naš zadatak je osigurati oscilaciju naše sinusoide u odnosu na polovicu referentnog napona - tada ćemo ili oduzeti polovicu raspona ili aktivirati opciju u postavkama ADC-a i dobiti vrijednosti predznaka.
Arduino ima 10-bitni ADC, tako da ćemo od neoznačenog rezultata između 0-1023 oduzeti polovinu i dobiti -512-511.
Provjeravamo model sastavljen u LTSpiceIV i uvjeravamo se da sve radi kako treba. U video materijalu se dodatno eksperimentalno uvjeravamo.
Slika 11. Rezultat simulacije. Zelena je originalni signal, plava je izlaz
Skica za Arduino za jedan kanal
void setup() (autoadcsetup(); DDRD |=(1<
Program je napisan u Arduino IDE za ATmega1280 mikrokontroler. Na mojoj ploči za otklanjanje grešaka, prvih 8 kanala je rutirano za interne potrebe ploče, tako da se koristi ADC8 kanal. Moguće je koristiti ovu skicu za ploču sa ATmega168, ali morate odabrati ispravan kanal.
Unutar prekida iskrivljujemo par servisnih pinova kako bismo vizualno vidjeli radnu frekvenciju digitalizacije.
Nekoliko riječi o tome odakle dolazi koeficijent 102. Prilikom prvog pokretanja iz generatora je dostavljen signal različitih amplituda, sa osciloskopa je očitana indikacija efektivne vrijednosti napona, a izračunata vrijednost je preuzeta sa konzole u apsolutne ADC jedinice.
| Umax, V | Urms, V | Prebrojano |
| 3 | 2,08 | 212 |
| 2,5 | 1,73 | 176 |
| 2 | 1,38 | 141 |
| 1,5 | 1,03 | 106 |
| 1 | 0,684 | 71 |
| 0,5 | 0,358 | 36 |
| 0,25 | 0,179 | 19 |
Ako podijelimo vrijednosti treće kolone sa vrijednostima druge, dobićemo prosjek od 102. Ovo će biti naš koeficijent "kalibracije". Međutim, može se vidjeti da kako napon opada, točnost naglo opada. To je zbog niske osjetljivosti našeg ADC-a. Zapravo, 10 cifara za tačne proračune je katastrofalno malo, a ako je sasvim moguće izmjeriti napon u utičnici na ovaj način, onda će stavljanje 10-bitnog ADC-a za mjerenje struje koju troši opterećenje biti zločin protiv mjeriteljstva. .
U ovom trenutku ćemo prekinuti. U narednom dijelu ćemo razmotriti ostala tri pitanja iz ove serije i glatko ćemo preći na kreiranje samog uređaja.
Predstavljeni firmver, kao i ostali firmveri za ovu seriju (pošto brže snimam video nego pripremam članke) možete pronaći u repozitorijumu na GitHubu.
Opterećenje u električnom kolu karakterizira jačina struje koja se mjeri u amperima. Jačina struje se ponekad mora izmjeriti kako bi se provjerilo dopušteno opterećenje na kabelu. Za polaganje električne linije koriste se kablovi različitih presjeka. Ako kabel radi s opterećenjem većim od dopuštene vrijednosti, tada se zagrijava, a izolacija se postupno uništava. Kao rezultat, to dovodi do zamjene kabela.
- Nakon polaganja novog kabela potrebno je izmjeriti struju koja prolazi kroz njega sa svim električnim uređajima koji rade.
- Ako je dodatno opterećenje priključeno na staro ožičenje, tada biste trebali provjeriti i količinu struje, koja ne bi trebala prelaziti dopuštene granice.
- Sa opterećenjem jednakim gornjoj dozvoljenoj granici, provjerava se usklađenost struje koja teče. Njegova vrijednost ne smije prelaziti nominalnu vrijednost radne struje mašina. U suprotnom, prekidač će isključiti mrežu zbog preopterećenja.
- Mjerenje struje je također neophodno za određivanje načina rada električnih uređaja. Mjerenje trenutnog opterećenja elektromotora vrši se ne samo radi provjere njihovih performansi, već i radi otkrivanja viška opterećenja iznad dozvoljenog, do kojeg može doći zbog velike mehaničke sile tokom rada uređaja.
- Ako izmjerite struju u strujnom krugu radnog kruga, tada će pokazati ispravnost.
- Učinak u stanu se također provjerava mjerenjem struje.
Trenutna snaga
Pored jačine struje, postoji i koncept struje struje. Ovaj parametar definira trenutni rad u jedinici vremena. Snaga struje jednaka je omjeru obavljenog rada i vremena za koje je ovaj rad obavljen. Označeno slovom "P" i mjereno u vatima.
Snaga se izračunava množenjem mrežnog napona sa strujom koju troše priključeni električni uređaji: P \u003d U x I. Obično električni uređaji označavaju potrošnju energije, pomoću koje možete odrediti struju. Ako vaš TV ima snagu od 140 W, tada za određivanje struje ovu vrijednost podijelimo sa 220 V, kao rezultat dobivamo 0,64 ampera. Ovo je maksimalna trenutna vrijednost, u praksi struja može biti manja kada se smanji svjetlina ekrana ili promijeni druga podešavanja.
Mjerenje struje instrumentima
Za određivanje potrošnje električne energije, uzimajući u obzir rad potrošača u različitim režimima, potrebni su električni mjerni instrumenti koji mogu mjeriti trenutne parametre.
- . Ampermetri se koriste za mjerenje količine struje u kolu. Oni su uključeni u mjerni krug u seriji. Unutrašnji otpor ampermetra je veoma mali, tako da ne utiče na radne parametre kola.Skala ampermetra se može označiti u amperima ili drugim delovima ampera: mikroamperima, miliamperima itd. Postoji nekoliko vrsta ampermetara: elektronski, mehanički itd.
- je elektronski mjerni uređaj koji može mjeriti različite parametre električnog kola (otpor, napon, lom provodnika, prikladnost baterije, itd.), uključujući jačinu struje. Postoje dvije vrste multimetara: digitalni i analogni. Multimetar ima različite postavke mjerenja.
Kako izmjeriti struju multimetrom
- Saznajte koji je mjerni interval vašeg multimetra. Svaki uređaj je dizajniran za mjerenje struje u određenom intervalu, koji mora odgovarati mjerenom električnom kolu. Najveća dozvoljena mjerna struja mora biti navedena u uputama.
- Odaberite odgovarajući način mjerenja. Mnogi multimetri mogu raditi u različitim režimima i mjeriti različite količine. Da biste izmjerili jačinu struje, morate se prebaciti na odgovarajući način rada, uzimajući u obzir vrstu struje (jednosmjerna ili naizmjenična).
- Podesite potreban interval merenja na instrumentu. Bolje je postaviti gornju granicu struje nešto višu od očekivane vrijednosti. Ovu granicu možete smanjiti u bilo kojem trenutku. Ali postoji garancija da nećete onemogućiti uređaj.
- Umetnite ispitne utikače žica u utičnice. Uređaj dolazi sa dvije žice sa sondama i konektorima. Gnijezda moraju biti označena na uređaju ili prikazana u pasošu.
- Da biste započeli mjerenje, morate spojiti multimetar na strujni krug. U tom slučaju treba se pridržavati sigurnosnih pravila i ne dodirivati dijelove koji nose struju nezaštićenim dijelovima tijela. Nemojte mjeriti u vlažnom okruženju, jer vlaga provodi struju. Na rukama treba nositi gumene rukavice. Da biste prekinuli strujni krug radi mjerenja, odrežite vodič i skinite izolaciju na oba kraja. Zatim spojite sonde multimetra na ogoljene krajeve žice i uvjerite se da imaju dobar kontakt.
- Uključite strujno kolo i zabilježite očitanja instrumenta. Ako je potrebno, korigirajte gornju granicu mjerenja.
- Isključite strujno kolo i odspojite multimetar.
- . Ako trebate izmjeriti struju bez prekidanja električnog kruga, onda su kleme su odlična opcija za ovaj zadatak. Ovaj uređaj se proizvodi u nekoliko tipova i različitih dizajna. Neki modeli također mogu mjeriti druge parametre kola. Vrlo je zgodno koristiti mjerne strujne stezaljke.
Metode mjerenja struje
Za mjerenje struje u električnom kolu potrebno je spojiti jedan terminal ampermetra ili drugog uređaja koji može mjeriti struju na pozitivni terminal izvora struje ili, a drugi terminal na žicu potrošača. Nakon toga možete izmjeriti jačinu struje.
Prilikom mjerenja treba biti oprezan, jer može doći do električnog luka kada se otvori aktivni električni krug.
Za mjerenje jačine struje električnih uređaja spojenih direktno na utičnicu ili kućni kabel, mjerni uređaj se postavlja na AC način rada s precijenjenom gornjom granicom. Zatim se mjerni uređaj spaja na prekid fazne žice.
Svi radovi na spajanju i odvajanju smiju se izvoditi samo u strujnom krugu bez napona. Nakon svih povezivanja, možete uključiti napajanje i izmjeriti struju. U tom slučaju ne dodirujte gole dijelove koji prolaze strujom, kako biste izbjegli strujni udar. Takve metode mjerenja su nezgodne i stvaraju određenu opasnost.
Mnogo je prikladnije provoditi mjerenja strujnim stezaljkama, koje mogu obavljati sve funkcije multimetra, ovisno o verziji uređaja. Sa takvim krpeljima je vrlo lako raditi. Potrebno je podesiti način mjerenja za jednosmjernu ili naizmjeničnu struju, raširiti brkove i njima pokriti faznu žicu. Zatim morate provjeriti pristajanje brkova među sobom i izmjeriti struju. Za ispravna očitanja, samo fazna žica mora biti prekrivena brkovima. Ako pokrijete dvije žice odjednom, mjerenje neće raditi.
Stezaljka se koristi samo za mjerenje parametara naizmjenične struje. Ako se koriste za mjerenje istosmjerne struje, tada će se brkovi skupiti velikom silom, a moći će ih razdvojiti samo isključivanjem napajanja.
