: جریان در مدار با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت عکس دارد.
قدرت فعلییک مشخصه کمی جریان الکتریکی است - یک کمیت فیزیکی برابر با مقدار الکتریسیته ای است که از طریق مقطع یک هادی در واحد زمان جریان می یابد. در آمپر اندازه گیری می شود.
برای سیم کشی برق در یک آپارتمان، قدرت جریان نقش بسیار زیادی ایفا می کند، زیرا بر اساس حداکثر مقدار ممکن برای یک خط جداگانه که از تابلوی برق می آید، مقطع هادی و مقدار حداکثر جریان قطع کننده مدار که کابل برق را از آسیب در صورت تصادف محافظت می کند.
بنابراین، اگر مقطع و قطع کننده مدار به درستی انتخاب نشود، به سادگی از بین می رود و جایگزینی آن با یک قوی تر به سادگی کار نمی کند.
به عنوان مثال رایج ترین سیم ها و کابل ها در سیم کشی های برق با سطح مقطع 1.5 میلی متر مربع از مس یا 2.5 میلی متر مربع آلومینیوم ساخته شده اند. آنها برای حداکثر جریان 16 آمپر یا اتصال برق حداکثر 3 و نیم کیلووات طراحی شده اند. اگر مصرف کننده های برق قدرتمند را بیش از این محدودیت ها وصل کنید، نمی توانید به سادگی مدار شکن را با یک 25 A جایگزین کنید - سیم کشی برق در مقابل آن مقاومت نمی کند و باید یک کابل مسی با سطح مقطع 2.5 متر مربع را انتقال دهید. از تابلو برق میلی متر که برای حداکثر جریان 25 آمپر طراحی شده است.
واحدهای اندازه گیری توان جریان الکتریکی
علاوه بر آمپر، ما اغلب با مفهوم قدرت جریان الکتریکی مواجه می شویم. این مقدار کار انجام شده توسط جریان در واحد زمان را نشان می دهد.
قدرت برابر است با نسبت کار انجام شده به زمانی که در طی آن انجام شده است.توان بر حسب وات اندازه گیری می شود و با حرف P نشان داده می شود. با استفاده از فرمول P = A x B محاسبه می شود، یعنی برای یافتن توان، لازم است ولتاژ شبکه الکتریکی را در جریان مصرف شده ضرب کنیم. وسایل برقی متصل به آن، لوازم خانگی، روشنایی و غیره د.
در مصرف‌کننده‌های برق، پلاک‌ها یا گذرنامه‌ها اغلب فقط میزان مصرف برق را نشان می‌دهند، که می‌دانید به راحتی می‌توانید جریان را محاسبه کنید. برای مثال توان مصرفی تلویزیون 110 وات است. برای اطلاع از میزان جریان مصرفی، برق را بر ولتاژ تقسیم کنید 220 ولت و 0.5 A می گیریم.
اما به خاطر داشته باشید که این حداکثر مقدار است؛ در واقعیت ممکن است کمتر باشد زیرا تلویزیون در روشنایی کم و در شرایط دیگر برق کمتری مصرف می کند.
ابزار اندازه گیری جریان الکتریکی
برای فهمیدن مصرف واقعی انرژی، با در نظر گرفتن عملکرد در حالت های مختلف برای لوازم الکتریکی، لوازم خانگی و غیره، به ابزارهای اندازه گیری الکتریکی نیاز داریم:
- آمپرمتر- برای همه از درس های عملی فیزیک در مدرسه شناخته شده است (شکل 1). اما به دلیل غیرعملی بودن در زندگی روزمره و توسط متخصصان استفاده نمی شود.
- مولتی متر- این دستگاه الکترونیکی اندازه گیری های مختلفی از جمله قدرت جریان را انجام می دهد (شکل 2). بسیار گسترده، هم در بین برقکاران و هم در زندگی روزمره. من قبلاً به شما گفته ام که چگونه قدرت فعلی را با استفاده از آن اندازه گیری کنید.
- آزمایشکننده- عملاً مانند مولتی متر است، اما بدون استفاده از الکترونیک با فلشی که مقدار اندازه گیری را با تقسیمات روی صفحه نشان می دهد. امروزه به ندرت دیده می شود، آنها به طور گسترده در زمان شوروی استفاده می شدند.
- گیره متربرقکار (شکل 3)، اینها مواردی هستند که من در کار خود استفاده می کنم، زیرا برای اندازه گیری نیازی به شکستن هادی ندارند، نیازی به زیر ولتاژ رفتن و قطع بار نیست. اندازه گیری با آنها لذت بخش است - به سرعت و به راحتی.
نحوه صحیح اندازه گیری جریان
برای اندازه گیری توان مصرف کننده، لازم است یک گیره از آمپرمتر، تستر یا مولتی متر به قطب مثبت باتری یا سیمی از منبع تغذیه یا ترانسفورماتور و گیره دوم را به سیمی که به سیم می رود وصل کنید. مصرف کننده و پس از روشن کردن حالت اندازه گیری DC با حاشیه حداکثر حداکثر - اندازه گیری ها را انجام دهید.
مراقب باشید هنگام باز کردن یک مدار کار، یک قوس ظاهر می شود که بزرگی آن با قدرت جریان افزایش می یابد.
برای اندازه‌گیری جریان مصرف‌کنندگانی که مستقیماً به یک پریز یا کابل برق از منبع تغذیه خانه متصل می‌شوند، دستگاه اندازه‌گیری به حالت اندازه‌گیری جریان متناوب با حاشیه در حد بالایی تغییر می‌کند. بعد، تستر یا مولتی متر به قطع سیم فاز متصل می شود. فازی که در آن می خوانیم چیست.
تمام کارها باید فقط پس از برداشتن کشش انجام شود.
پس از آماده شدن همه چیز، آن را روشن کنید و قدرت فعلی را بررسی کنید. فقط مطمئن شوید که تماس ها یا سیم های در معرض دید را لمس نکنید.
موافق باشید که روش هایی که در بالا توضیح داده شد بسیار ناخوشایند و حتی خطرناک هستند!
در کار حرفه ای خود به عنوان یک برق، مدت زیادی است که از آن برای اندازه گیری جریان استفاده می کنم. گیره های فعلی(تصویر سمت راست). آنها اغلب در یک مورد با یک مولتی متر می آیند.
اندازه گیری با آنها آسان است - ما آن را روشن می کنیم و آن را به حالت اندازه گیری AC تغییر می دهیم، سپس سبیل های واقع در بالا را جدا می کنیم و سیم فاز را داخل آن می گذرانیم، پس از آن مطمئن می شویم که آنها محکم به یکدیگر متصل می شوند و اندازه گیری می کنیم. .
همانطور که می بینید، سریع، ساده است و می توانید جریان تحت ولتاژ را با استفاده از این روش اندازه گیری کنید، فقط مراقب باشید که سیم های مجاور را به طور تصادفی در تابلو برق اتصال کوتاه نکنید.
فقط به یاد داشته باشید که برای اندازه گیری صحیح، شما باید یک دور سیم فاز ایجاد کنید.و اگر دور یک کابل جامد بپیچید که فاز و صفر با هم هستند، امکان اندازه گیری وجود نخواهد داشت!
مواد مرتبط:
هنگام آزمایش مدارهای الکتریکی قدرت، اغلب نیاز به اندازه گیری جریان وجود دارد. برای اندازه گیری مقدار جریان مستقیم، به عنوان یک قاعده، از یک شنت مقاومت استفاده می شود که به صورت سری با بار متصل می شود، ولتاژی که بر روی آن متناسب با جریان است. با این حال، اگر نیاز به اندازه‌گیری جریان‌های بزرگ وجود داشته باشد، یک شنت با قدرت چشمگیر مورد نیاز خواهد بود، بنابراین توصیه می‌شود از روش‌های اندازه‌گیری دیگر استفاده کنید.
در این راستا، من این ایده را داشتم که یک جریان سنج بر اساس سنسور هال مونتاژ کنم. نمودار آن در شکل نشان داده شده است.
ویژگی های آمپرمتر:
- جریان AC یا DC را بدون تماس الکتریکی با مدار اندازه گیری کنید
- جریان RMS واقعی را بدون توجه به شکل موج و همچنین حداکثر مقدار را در یک دوره (تقریباً 0.5 ثانیه) اندازه گیری می کند.
- نمایش اطلاعات روی نمایشگر LCD کاراکتری
- دو حالت اندازه گیری (تا 10 آمپر و تا 50 آمپر)
این طرح به شرح زیر عمل می کند. سیم حامل جریان در داخل حلقه فریت قرار دارد و میدان مغناطیسی ایجاد می کند که بزرگی آن با شدت جریان مستقیماً متناسب است. یک سنسور هال واقع در شکاف هوای هسته، مقدار القایی میدان را به ولتاژ تبدیل می‌کند و این ولتاژ به تقویت‌کننده‌های عملیاتی تامین می‌شود. آمپرهای عملیاتی برای تطبیق سطوح ولتاژ از سنسور تا محدوده ولتاژ ورودی ADC مورد نیاز است. داده های دریافتی توسط میکروکنترلر پردازش شده و بر روی صفحه نمایش LCD نمایش داده می شود.
محاسبه اولیه طرح
یک حلقه R20*10*7 از مواد N87 به عنوان هسته استفاده می شود. سنسور هال - SS494B.
با استفاده از یک فایل، شکافی در حلقه به ضخامتی ایجاد می شود که سنسور می تواند در آنجا قرار گیرد، یعنی حدود 2 میلی متر. در این مرحله می توان حساسیت سنسور به جریان و حداکثر جریان اندازه گیری شده را تقریباً تخمین زد.
نفوذپذیری معادل یک هسته با شکاف تقریباً برابر با نسبت طول خط مغناطیسی به اندازه شکاف است:
سپس، با جایگزینی این مقدار به فرمول محاسبه القایی در هسته و ضرب همه آن در حساسیت سنسور، وابستگی ولتاژ خروجی سنسور به قدرت جریان را پیدا می کنیم:
اینجا K B- حساسیت سنسور به القای میدان مغناطیسی، بیان شده در V/T (برگرفته از برگه داده).
مثلا در مورد من لساعت= 2 میلی متر = 0.002 متر،K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T،از کجا می گیریم:
حساسیت واقعی به جریان برابر بود 0.03V/A، یعنی محاسبه بسیار دقیق معلوم می شود.
با توجه به برگه اطلاعات SS494B، حداکثر القایی اندازه گیری شده توسط سنسور 420 گاوس است، بنابراین حداکثر جریان اندازه گیری شده:
عکس سنسور در شکاف:
محاسبه مدارهای آپ امپ
آمپرمتر دارای دو کانال است: حداکثر 10 A (پایه 23 MK) و تا 50 A (پایه 24 MK). مولتی پلکسر ADC حالت ها را تغییر می دهد.
یون داخلی به عنوان ولتاژ مرجع ADC انتخاب می شود، بنابراین سیگنال باید به محدوده 0 - 2.56 V برسد. هنگام اندازه گیری جریان های ± 10 A، ولتاژ سنسور 2.5 ± 0.3 V است، بنابراین لازم است که آن را تقویت و جابجا کنید تا نقطه صفر دقیقاً در وسط محدوده ADC باشد. برای این منظور از op-amp IC2:A استفاده می شود که به عنوان یک تقویت کننده غیر معکوس متصل می شود. ولتاژ در خروجی آن با معادله توصیف می شود:
در اینجا، R2 به معنای R2 و P2 به ترتیب متصل شده است، و R3، به ترتیب، R3 و P3، به طوری که بیان بیش از حد دست و پا گیر به نظر نمی رسد. برای یافتن مقاومت های مقاومت، معادله را دو بار می نویسیم (برای جریان های -10A و +10A):
ما ولتاژها را می شناسیم:
با تنظیم R4 برابر با 20 کیلو اهم، سیستمی متشکل از دو معادله را بدست می آوریم که متغیرهای آن R2 و R3 هستند. راه حل سیستم را می توان به راحتی با استفاده از بسته های ریاضی مانند MathCAD پیدا کرد (فایل محاسبه ضمیمه مقاله است).
مدار دوم متشکل از IC3:A و IC3:B به روشی مشابه محاسبه می شود. در آن، سیگنال سنسور ابتدا از تکرار کننده IC3:A عبور می کند و سپس به تقسیم کننده روی مقاومت های R5، R6، P5 می رود. پس از تضعیف سیگنال، توسط op-amp IC3:B بیشتر بایاس می شود.
شرح عملکرد میکروکنترلر
میکروکنترلر ATmega8A سیگنال های آپ امپ را پردازش می کند و نتایج را روی نمایشگر نمایش می دهد. کلاک آن از یک نوسانگر داخلی در 8 مگاهرتز است. فیوزها به استثنای CKSEL استاندارد هستند. در PonyProg آنها به این صورت تنظیم می شوند:
ADC برای کار در 125 کیلوهرتز پیکربندی شده است (ضریب تقسیم 64). هنگامی که تبدیل ADC کامل شد، کنترل کننده وقفه فراخوانی می شود. حداکثر مقدار جریان را ذخیره می کند و مجذور جریان نمونه های متوالی را نیز خلاصه می کند. هنگامی که تعداد نمونه ها به 5000 رسید، میکروکنترلر مقدار RMS جریان را محاسبه می کند و داده ها را روی نمایشگر نمایش می دهد. سپس متغیرها ریست می شوند و همه چیز از ابتدا اتفاق می افتد. نمودار صفحه نمایش WH0802A را نشان می دهد، اما هر صفحه نمایش دیگری با کنترلر HD44780 قابل استفاده است.
سیستم عامل میکروکنترلر، یک پروژه برای CodeVision AVR و یک فایل شبیه سازی در Proteus به مقاله پیوست شده است.
راه اندازی طرح
راه‌اندازی دستگاه به تنظیم مقاومت‌های پیرایش می‌رسد. ابتدا باید کنتراست نمایشگر را با چرخاندن P1 تنظیم کنید.
سپس، با تغییر با دکمه S1 به حالت تا 10A، P2 و P3 را پیکربندی می کنیم. یکی از مقاومت ها را تا جایی که ممکن است به سمت راست می چرخانیم و با چرخاندن مقاومت دوم به عدد صفر روی دستگاه می رسیم. ما سعی می کنیم جریانی را اندازه گیری کنیم که مقدار آن دقیقاً مشخص است و قرائت آمپرمتر باید کمتر از مقدار واقعی باشد. هر دو مقاومت را کمی به سمت چپ می پیچیم تا نقطه صفر حفظ شود و دوباره جریان را اندازه می گیریم. این بار خوانش ها باید کمی بالاتر باشد. این کار را تا زمانی ادامه می دهیم که به نمایش دقیق مقدار فعلی دست یابیم.
حالا بیایید به حالت تا 50 آمپر برویم و آن را پیکربندی کنیم. مقاومت P4 روی نمایشگر صفر می کند. مقداری جریان را اندازه می گیریم و به قرائت ها نگاه می کنیم. اگر آمپرمتر آنها را بیش از حد تخمین زد، P5 را به چپ بچرخانید و اگر آن را دست کم گرفت، سپس به سمت راست بپیچید. دوباره آن را روی صفر قرار می دهیم، خوانش ها را در یک جریان مشخص بررسی می کنیم و غیره.
عکس دستگاه
اندازه گیری جریان DC:
به دلیل کالیبراسیون دقیق ناکافی، مقادیر کمی بیش از حد تخمین زده می شوند.
اندازه گیری جریان متناوب با فرکانس 50 هرتز، آهن به عنوان بار استفاده می شود:
در تئوری، جریان rms یک سینوسی برابر با 0.707 حداکثر است، اما با قضاوت بر اساس قرائت ها، این ضریب برابر با 0.742 است. پس از بررسی شکل ولتاژ در شبکه، معلوم شد که فقط شبیه یک موج سینوسی است. با در نظر گرفتن این موضوع، چنین خوانش های ابزار کاملاً قابل اعتماد به نظر می رسند.
دستگاه هنوز هم ایرادی دارد. صدای ثابتی در خروجی سنسور وجود دارد. با عبور از op-amp، آنها به میکروکنترلر می رسند، در نتیجه رسیدن به صفر کامل غیرممکن است (تقریباً 30-40 میلی آمپر RMS به جای صفر نمایش داده می شود). این را می توان با افزایش ظرفیت C7 اصلاح کرد، اما پس از آن ویژگی های فرکانس بدتر می شود: در فرکانس های بالا قرائت ها دست کم گرفته می شود.
منابع مورد استفاده
فهرست عناصر رادیویی
| تعیین | تایپ کنید | فرقه | تعداد | توجه داشته باشید | خرید کنید | دفترچه یادداشت من |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | MK AVR 8 بیتی | ATmega8A | 1 | DIP-28 | به دفترچه یادداشت | |
| IC2، IC3 | تقویت کننده عملیاتی | MCP6002 | 2 | SOIC-8 | به دفترچه یادداشت | |
| IC4 | تنظیم کننده خطی | L78L05 | 1 | به دفترچه یادداشت | ||
| IC5 | سنسور هال | SS494B | 1 | به دفترچه یادداشت | ||
| C1-C7 | خازن | 100 nF | 9 | K10-17b | به دفترچه یادداشت | |
| R1، R3، R6، R9 | مقاومت | 10 کیلو اهم | 4 | اس ام دی 1206 | به دفترچه یادداشت | |
| R2 | مقاومت | 12 کیلو اهم | 1 | اس ام دی 1206 | به دفترچه یادداشت | |
| R4 | مقاومت | 20 کیلو اهم | 1 | اس ام دی 1206 | به دفترچه یادداشت | |
| R5 | مقاومت | 6.8 کیلو اهم | 1 | اس ام دی 1206 | به دفترچه یادداشت | |
| R7، R8 | مقاومت | 100 کیلو اهم | 2 | اس ام دی 1206 | به دفترچه یادداشت | |
| P1 | مقاومت تریمر | 10 کیلو اهم | 1 | 3362P | به دفترچه یادداشت | |
| P2 | مقاومت تریمر | 4.7 کیلو اهم | 1 | 3362P |
اندازه گیری جریان(به اختصار اندازه گیری جریان) یک مهارت مفید است که بیش از یک بار در زندگی مفید خواهد بود. هنگام تعیین توان مصرفی باید مقدار جریان را دانست. برای اندازه گیری جریان از دستگاهی به نام آمپرمتر استفاده می شود.
جریان متناوب و جریان مستقیم وجود دارد، بنابراین از ابزارهای اندازه گیری مختلفی برای اندازه گیری آنها استفاده می شود. جریان همیشه با حرف I نشان داده می شود و قدرت آن با آمپر اندازه گیری می شود و با حرف A نشان داده می شود، برای مثال I = 2 A نشان می دهد که قدرت جریان در مدار مورد آزمایش 2 آمپر است.
بیایید با جزئیات در نظر بگیریم که چگونه ابزارهای اندازه گیری مختلف برای اندازه گیری انواع مختلف جریان مشخص شده اند.
- در دستگاه اندازه گیری برای اندازه گیری جریان مستقیم، علامت "-" قبل از حرف A قرار می گیرد.
- در یک دستگاه اندازه گیری برای اندازه گیری جریان متناوب، علامت "~" در همان مکان اعمال می شود.
- ~ وسیله ای برای اندازه گیری جریان متناوب.
- - وسیله ای برای اندازه گیری جریان مستقیم.
در اینجا یک عکس از آمپرمتر طراحی شده برای اندازه گیری جریان DC.
طبق قانون، قدرت جریانی که در یک مدار بسته در هر نقطه می‌گذرد، برابر با همان مقدار است. در نتیجه، برای اندازه گیری جریان، باید مدار را در هر مکان مناسب برای اتصال دستگاه اندازه گیری قطع کنید.
لازم به یادآوری است که مقدار ولتاژ موجود در مدار الکتریکی هیچ تاثیری بر آن ندارد اندازه گیری جریان. منبع جریان می تواند منبع تغذیه خانگی 220 ولت یا باتری 1.5 ولتی و غیره باشد.
هنگام برنامه ریزی برای اندازه گیری جریان در مدار، دقت کنید که چه نوع جریان مستقیم یا متناوب در مدار می گذرد. دستگاه اندازه گیری مناسب را بردارید و اگر قدرت جریان مورد انتظار در مدار را نمی دانید، کلید اندازه گیری جریان را روی حداکثر موقعیت قرار دهید.
اجازه دهید نحوه اندازه گیری قدرت جریان با یک وسیله الکتریکی را با جزئیات در نظر بگیریم.
برای ایمنی اندازه گیری مصرف فعلیلوازم برقی ما یک سیم کشی خانگی با دو پریز می سازیم. پس از مونتاژ، سیم پسوندی بسیار شبیه به سیم داخلی مجله استاندارد دریافت خواهیم کرد.
اما اگر آن را از هم جدا کنیم و سیم داخلی و یک سیم کشی فروشگاهی را با هم مقایسه کنیم، به وضوح تفاوت هایی را در ساختار داخلی مشاهده خواهیم کرد. پایانه های داخل سوکت های یک سیم کشی خانگی به صورت سری و در فروشگاه به صورت موازی متصل می شوند.
عکس به وضوح نشان می دهد که پایانه های بالایی با یک سیم زرد به یکدیگر متصل شده اند و ولتاژ برق به پایانه های پایینی سوکت ها تامین می شود.
اکنون شروع به اندازه‌گیری جریان می‌کنیم؛ برای انجام این کار، دوشاخه یک وسیله الکتریکی را به یکی از پریزها و پروب‌های آمپرمتر را در پریز دیگر وارد کنید. قبل از اندازه گیری جریان، اطلاعاتی را که در مورد نحوه اندازه گیری صحیح و ایمن جریان خوانده اید فراموش نکنید.
اکنون بیایید نحوه تفسیر صحیح قرائت آمپرمتر شماره گیری را بررسی کنیم. در اندازه گیری مصرف جریانابزار، سوزن آمپر متر در بخش 50 متوقف شد، سوئیچ روی حداکثر حد اندازه گیری 3 آمپر تنظیم شد. مقیاس آمپرمتر من 100 تقسیم دارد. این بدان معنی است که تعیین جریان اندازه گیری شده با استفاده از فرمول (3/100) X 50 = 1.5 آمپر آسان است.
فرمول محاسبه توان دستگاه بر اساس مصرف جریان.
با داشتن اطلاعاتی از میزان جریان مصرفی هر وسیله برقی (تلویزیون، یخچال، اتو، جوش و ...) به راحتی می توانید میزان مصرف برق این وسیله برقی را مشخص کنید. یک قانون فیزیکی در جهان وجود دارد که الکتریسیته همیشه از آن پیروی می کند. کاشفان این الگو، امیل لنز و جیمز ژول بودند و به افتخار آنها، اکنون قانون ژول-لنز نامیده می شود.
- I - قدرت جریان، اندازه گیری شده در آمپر (A)؛
- U - ولتاژ، اندازه گیری شده در ولت (V)؛
- P توانی است که بر حسب وات (W) اندازه گیری می شود.
بیایید یکی از محاسبات فعلی را انجام دهیم.
جریان مصرفی یخچال را اندازه گرفتم برابر با 7 آمپر است. ولتاژ شبکه 220 ولت است.بنابراین توان مصرفی یخچال 220 ولت X 7 A = 1540 وات است.
- آموزش
معرفی
سلام به همه! پس از تکمیل چرخه سنسورها، سوالات مختلفی در مورد اندازه گیری پارامترهای مصرف لوازم خانگی و نه چندان الکتریکی وجود داشت. چه کسی چقدر مصرف می کند، چگونه می توان چه چیزی را اندازه گیری کرد، چه ظرافت هایی وجود دارد و غیره. وقت آن است که تمام کارت های موجود در این زمینه را آشکار کنید.در این سری مقالات به مبحث اندازه گیری پارامترهای برق خواهیم پرداخت. در واقع تعداد بسیار زیادی از این پارامترها وجود دارد که سعی می کنم به تدریج در سریال های کوچک در مورد آنها صحبت کنم.
تاکنون سه سریال برنامه ریزی شده است:
- اندازه گیری برق
- کیفیت برق.
- دستگاه های اندازه گیری پارامترهای برق.
بر اساس نتایج کل چرخه، نوعی کنتور برق هوشمند با دسترسی به اینترنت تولید خواهیم کرد. طرفداران کاملاً بی‌نظیر کنترل لوازم الکتریکی خانه هوشمند خود می‌توانند تمام کمک‌های ممکن را در اجرای بخش ارتباطی بر روی یک پایه، به عنوان مثال، MajorDomo ارائه دهند. بیایید OpenSource را به یک خانه هوشمند بهتر تبدیل کنیم.
در این مجموعه دو قسمتی، سؤالات زیر را بررسی خواهیم کرد:
- اتصال سنسورهای جریان و ولتاژ در دستگاه های DC و همچنین مدارهای AC تک فاز و سه فاز.
- اندازه گیری مقادیر موثر جریان و ولتاژ؛
- اندازه گیری ضریب توان؛
- توان کل، اکتیو و راکتیو؛
- مصرف برق؛
1. اتصال سنسورها
در سری آخر در مورد سنسورهای ولتاژ و جریان، در مورد انواع سنسورها صحبت کردم، اما در مورد نحوه استفاده و محل قرار دادن آنها صحبت نکردم. وقت آن است که آن را تعمیر کنید
اتصال سنسورهای DC
واضح است که کل سری به سیستم‌های AC اختصاص داده خواهد شد، اما اجازه دهید به سرعت مدارهای DC را مرور کنیم، زیرا ممکن است در هنگام توسعه منابع تغذیه DC برای ما مفید باشد. به عنوان مثال یک مبدل کلاسیک باک PWM را در نظر بگیرید:
شکل 1. مبدل باک PWM
وظیفه ما ارائه یک ولتاژ خروجی تثبیت شده است. علاوه بر این، بر اساس اطلاعات سنسور جریان، می توان حالت عملکرد سلف L1 را کنترل کرد، از اشباع آن جلوگیری کرد و همچنین حفاظت جریان مبدل را اجرا کرد. و صادقانه بگویم، واقعاً هیچ گزینه ای برای نصب سنسور وجود ندارد.
یک سنسور ولتاژ به شکل یک تقسیم کننده مقاومتی R1-R2 که تنها قادر به کار در جریان مستقیم است، در خروجی مبدل نصب شده است. به عنوان یک قاعده، یک ریزمدار مبدل تخصصی دارای ورودی بازخورد است و تمام تلاش خود را می کند تا اطمینان حاصل شود که این ورودی (3) دارای سطح ولتاژ مشخصی است که در مستندات ریزمدار مشخص شده است. به عنوان مثال 1.25 ولت. اگر ولتاژ خروجی ما با این سطح مطابقت داشته باشد، همه چیز خوب است - ما مستقیماً ولتاژ خروجی را به این ورودی اعمال می کنیم. اگر نه، پس تقسیم کننده را تنظیم کنید. اگر نیاز به ارائه ولتاژ خروجی 5 ولت داشته باشیم، تقسیم کننده باید ضریب تقسیم 4 را ارائه دهد، به عنوان مثال، R1 = 30k، R2 = 10k.
سنسور جریان معمولا بین منبع تغذیه و مبدل و روی تراشه نصب می شود. بر اساس اختلاف پتانسیل بین نقاط 1 و 2 و با مقاومت شناخته شده مقاومت Rs، می توان مقدار جریان جریان سلف خود را تعیین کرد. نصب سنسور جریان بین منبع و بار ایده خوبی نیست، زیرا خازن فیلتر توسط یک مقاومت از مصرف کنندگان جریان پالس قطع می شود. نصب یک مقاومت در شکاف سیم مشترک نیز نشانه خوبی نیست - دو سطح زمین وجود خواهد داشت که با آن قلع و قمع کردن لذت بخش خواهد بود.
مشکلات افت ولتاژ را می توان با استفاده از سنسورهای جریان غیر تماسی - مانند سنسورهای سالن:
شکل 2. سنسور جریان غیر تماسی
با این حال، روش هوشمندانه تری برای اندازه گیری جریان وجود دارد. از این گذشته، ولتاژ در ترانزیستور دقیقاً به همان شکل کاهش می یابد و جریانی مشابه با اندوکتانس از آن عبور می کند. در نتیجه، مقدار جریان جریان را می توان با افت ولتاژ در آن نیز تعیین کرد. راستش را بخواهید، اگر به ساختار داخلی تراشه های مبدل، به عنوان مثال، از Texas Instruments نگاه کنید، این روش مانند روش های قبلی رایج است. دقت این روش البته بالاترین نیست، اما این برای عملکرد قطع فعلی کاملاً کافی است.
شکل 3. ترانزیستور به عنوان سنسور جریان
در مدارهای دیگر مبدل های مشابه، چه تقویت کننده و چه معکوس، همین کار را انجام می دهیم.
اما لازم است به طور جداگانه به مبدل های ترانسفورماتور فوروارد و فلای بک اشاره شود.
شکل 4. اتصال سنسورهای جریان در مبدل های فلای بک
آنها همچنین می توانند از مقاومت خارجی یا ترانزیستور در نقش خود استفاده کنند.
اینجاست که کار ما با اتصال سنسورها به مبدل های DC تمام می شود. اگر پیشنهادی برای گزینه های دیگر دارید، خوشحال می شوم که مقاله را با آنها تکمیل کنم.
1.2 اتصال سنسورها به مدارهای تک فاز AC
در مدارهای AC ما انتخاب بسیار بیشتری از سنسورهای ممکن داریم. بیایید چندین گزینه را در نظر بگیریم.ساده ترین کار استفاده از یک تقسیم کننده ولتاژ مقاومتی و یک شنت جریان است.
شکل 5. اتصال سنسورهای مقاومت
با این حال، چند معایب قابل توجه دارد:
اولاً، یا با تخصیص مقدار زیادی توان به سیگنال، دامنه قابل توجهی از سیگنال را از شنت جریان ارائه می دهیم، یا به دامنه کمی از سیگنال بسنده می کنیم و متعاقباً آن را تقویت می کنیم. و ثانیاً مقاومت یک اختلاف پتانسیل بین خنثی شبکه و خنثی دستگاه ایجاد می کند. اگر دستگاه ایزوله باشد، این مهم نیست، اما اگر دستگاه دارای ترمینال زمین باشد، در این صورت در خطر باقی ماندن بدون سیگنال از سنسور فعلی هستیم، زیرا آن را اتصال کوتاه می کنیم. شاید ارزش امتحان حسگرهایی را داشته باشد که بر اساس اصول دیگری کار می کنند.
برای مثال از ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ یا سنسور جریان اثر هال و ترانسفورماتور ولتاژ استفاده خواهیم کرد. امکانات بسیار بیشتری برای کار با تجهیزات وجود دارد، زیرا سیم خنثی هیچ تلفاتی ندارد و مهمتر از همه، در هر دو حالت انزوای گالوانیکی تجهیزات اندازه گیری وجود دارد که اغلب می تواند مفید باشد. با این حال، باید در نظر داشت که سنسورهای جریان و ولتاژ ترانسفورماتور پاسخ فرکانسی محدودی دارند و اگر بخواهیم ترکیب هارمونیک اعوجاج ها را اندازه گیری کنیم، این یک واقعیت نیست که کار کند.
شکل 6. اتصال ترانسفورماتور و سنسورهای جریان و ولتاژ غیر تماسی
1.3 اتصال سنسورها به مدارهای AC چند فاز
در شبکه های چند فازی، توانایی ما برای اتصال سنسورهای جریان کمی کمتر است. این به این دلیل است که استفاده از شنت جریان به هیچ وجه امکان پذیر نخواهد بود، زیرا اختلاف پتانسیل بین شنت های فاز در صدها ولت در نوسان خواهد بود و من هیچ کنترل کننده همه منظوره ای را نمی شناسم که ورودی های آنالوگ بتواند مقاومت کند. چنین سوء استفاده ایالبته، یک راه برای استفاده از شنت های فعلی وجود دارد - برای هر کانال باید یک ورودی آنالوگ ایزوله گالوانیکی ایجاد کنید. اما استفاده از سنسورهای دیگر بسیار ساده تر و قابل اعتمادتر است.
در آنالایزر کیفیت خود از تقسیم کننده های ولتاژ مقاومتی و سنسورهای جریان اثر سالن از راه دور استفاده می کنم.
شکل 7. سنسورهای جریان در یک شبکه سه فاز
همانطور که در شکل مشاهده می کنید، ما از یک اتصال چهار سیمه استفاده می کنیم. البته به جای سنسورهای جریان اثر هال می توانید از ترانسفورماتورهای جریان یا حلقه های روگوفسکی استفاده کنید.
به جای تقسیم کننده های مقاومتی می توان از ترانسفورماتورهای ولتاژ هم برای سیستم های چهار سیمه و هم برای سه سیم استفاده کرد.
در حالت دوم، سیم‌پیچ‌های اولیه ترانسفورماتورهای ولتاژ با یک مثلث و سیم‌پیچ‌های ثانویه با یک ستاره متصل می‌شوند که نقطه مشترک آن نقطه مشترک مدار اندازه‌گیری است.
شکل 8. استفاده از ترانسفورماتورهای ولتاژ در شبکه سه فاز
2 مقدار RMS جریان و ولتاژ
زمان آن رسیده است که مشکل اندازه گیری سیگنال های خود را حل کنیم. از اهمیت عملی برای ما، اول از همه، مقدار موثر جریان و ولتاژ است.
اجازه دهید تجهیزات سری سنسورها را به شما یادآوری کنم. با استفاده از ADC میکروکنترلر خود، مقدار ولتاژ لحظه ای را در فواصل زمانی معین ثبت می کنیم. بنابراین، در طول دوره اندازه گیری، مجموعه ای از داده ها در سطح مقدار ولتاژ لحظه ای خواهیم داشت (برای جریان همه چیز مشابه است).
شکل 9. سری مقادیر ولتاژ لحظه ای
وظیفه ما محاسبه مقدار موثر است. ابتدا از فرمول انتگرال استفاده می کنیم:
(1)در یک سیستم دیجیتال، ما باید خودمان را به یک کوانتوم زمانی معین محدود کنیم، بنابراین به مجموع می‌رویم:
(2)دوره نمونه برداری سیگنال ما کجاست و تعداد نمونه ها در طول دوره اندازه گیری است. جایی در این ویدیو شروع به صحبت های مزخرف در مورد برابری مناطق می کنم. آن روز باید کمی می خوابیدم. =)
در میکروکنترلرهای MSP430FE4252 که در کنتورهای برق تک فاز جیوه استفاده می شود، 4096 شمارش در یک دوره اندازه گیری 1، 2 یا 4 ثانیه انجام می شود. در ادامه به T=1c و N=4096 تکیه خواهیم کرد. علاوه بر این، 4096 نقطه در ثانیه به ما این امکان را می دهد که از الگوریتم های تبدیل فوریه سریع برای تعیین طیف هارمونیک تا 40 هارمونیک، همانطور که توسط GOST نیاز است، استفاده کنیم. اما بیشتر در مورد آن در قسمت بعدی.
بیایید یک الگوریتم برای برنامه خود ترسیم کنیم. ما باید از راه اندازی پایدار ADC هر 1/8192 ثانیه اطمینان حاصل کنیم، زیرا ما دو کانال داریم و این داده ها را به طور متناوب اندازه گیری می کنیم. برای انجام این کار، یک تایمر تنظیم کنید و سیگنال وقفه به طور خودکار ADC را مجددا راه اندازی می کند. همه ADC ها می توانند این کار را انجام دهند.
ما برنامه آینده را روی آردوینو خواهیم نوشت، زیرا بسیاری از افراد آن را در دسترس دارند. در حال حاضر، علاقه ما صرفاً آکادمیک است.
با داشتن یک فرکانس کوارتز سیستم 16 مگاهرتز و یک تایمر 8 بیتی (به طوری که زندگی مانند عسل به نظر نمی رسد)، باید اطمینان حاصل کنیم که هر وقفه تایمر در فرکانس 8192 هرتز کار می کند.
ما ناراحتیم که 16 مگاهرتز به اندازه نیاز ما تقسیم نمی شود و فرکانس کاری نهایی تایمر 8198 هرتز است. ما چشمان خود را روی خطای 0.04٪ می بندیم و همچنان 4096 نمونه را در هر کانال می خوانیم.
ما ناراحت هستیم که وقفه سرریز در آردوینو مشغول محاسبه زمان است (مسئول میلی و تاخیر است، بنابراین به طور عادی کار نمی کند)، بنابراین از وقفه مقایسه استفاده می کنیم.
و ما ناگهان متوجه می شویم که سیگنالی که به ما می رسد دو قطبی است و msp430fe4252 به خوبی با آن مقابله می کند. ما از یک ADC تک قطبی راضی هستیم، بنابراین یک مبدل سیگنال دوقطبی به تک قطبی ساده را با استفاده از یک تقویت کننده عملیاتی مونتاژ می کنیم:
شکل 10. مبدل سیگنال دوقطبی به تک قطبی
علاوه بر این، وظیفه ما این است که اطمینان حاصل کنیم که سینوسی ما نسبت به نصف ولتاژ مرجع نوسان می کند - سپس ما یا نصف محدوده را کم می کنیم یا گزینه را در تنظیمات ADC فعال می کنیم و مقادیر علامت گذاری شده را دریافت می کنیم.
آردوینو دارای یک ADC 10 بیتی است، بنابراین ما از نتیجه بدون علامت در محدوده 0-1023 نصف را کم می کنیم و -512-511 را دریافت می کنیم.
ما مدل مونتاژ شده در LTSpiceIV را بررسی می کنیم و مطمئن می شویم که همه چیز همانطور که باید کار می کند. در مطالب ویدیویی ما این را به صورت آزمایشی بیشتر تأیید می کنیم.
شکل 11. نتیجه شبیه سازی. سبز سیگنال منبع و آبی سیگنال خروجی است.
طرحی برای آردوینو برای یک کانال
void setup() ( autoadcsetup(); DDRD |=(1<
این برنامه در Arduino IDE برای میکروکنترلر ATmega1280 نوشته شده است. در برد دیباگ من، 8 کانال اول برای نیازهای داخلی برد هدایت می شوند، بنابراین از کانال ADC8 استفاده می شود. استفاده از این طرح برای برد با ATmega168 امکان پذیر است، اما باید کانال صحیح را انتخاب کنید.
در داخل وقفه‌ها، چند پین سرویس را تحریف می‌کنیم تا فرکانس دیجیتالی شدن عملیات را به وضوح ببینیم.
چند کلمه در مورد اینکه ضریب 102 از کجا آمده است. در اولین استارت سیگنالی با دامنه های مختلف از ژنراتور ارائه شد، مقدار ولتاژ موثر از اسیلوسکوپ خوانده شد و مقدار محاسبه شده در واحدهای ADC مطلق از کنسول گرفته شد. .
| Umax، V | اورمز، بی | شمارش شد |
| 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 |
با تقسیم مقادیر ستون سوم بر مقادیر دوم به طور میانگین 102 می گیریم. این ضریب "کالیبراسیون" ما خواهد بود. با این حال، می توانید متوجه شوید که با کاهش ولتاژ، دقت به شدت کاهش می یابد. این به دلیل حساسیت کم ADC ما است. در واقع 10 رقم برای محاسبات دقیق به طرز فاجعه باری کم است و اگر اندازه گیری ولتاژ در یک سوکت به این شکل کاملاً ممکن باشد، استفاده از ADC 10 بیتی برای اندازه گیری جریان مصرف شده توسط بار، جرمی علیه مترولوژی خواهد بود. .
در این مرحله استراحت خواهیم کرد. در قسمت بعدی سه سوال دیگر این مجموعه را در نظر خواهیم گرفت و به آرامی به سراغ ساخت خود دستگاه خواهیم رفت.
سفت‌افزار ارائه‌شده و همچنین سایر سیستم‌افزارهای این سری (از آنجایی که من سریع‌تر از تهیه مقاله‌ها از مطالب ویدیویی فیلمبرداری می‌کنم) را در مخزن GitHub پیدا خواهید کرد.
بار در یک مدار الکتریکی با قدرت جریان، اندازه گیری جریان بر حسب آمپر مشخص می شود. برای بررسی بار مجاز روی کابل، گاهی اوقات باید جریان را اندازه گیری کرد. برای کشیدن خط برق از کابل های بخش های مختلف استفاده می شود. اگر کابل با بار بالاتر از مقدار مجاز کار کند، گرم می شود و عایق به تدریج خراب می شود. در نتیجه این امر منجر به تعویض کابل می شود.
- پس از گذاشتن یک کابل جدید، لازم است جریان عبوری از آن را با تمام وسایل الکتریکی در حال اجرا اندازه گیری کنید.
- اگر بار اضافی به سیم کشی قدیمی متصل است، باید مقدار فعلی را نیز بررسی کنید، که نباید از حد مجاز تجاوز کند.
- هنگامی که بار برابر با حد مجاز بالایی باشد، انطباق جریان عبوری بررسی می شود. مقدار آن نباید از جریان عملیاتی نامی ماشین ها تجاوز کند. در غیر این صورت، قطع کننده مدار به دلیل اضافه بار، شبکه را قطع می کند.
- اندازه گیری جریان نیز برای تعیین حالت های عملکرد دستگاه های الکتریکی ضروری است. اندازه گیری بار فعلی موتورهای الکتریکی نه تنها برای بررسی عملکرد آنها، بلکه برای شناسایی بارهای اضافی بالاتر از حد مجاز، که ممکن است به دلیل نیروهای مکانیکی زیاد در حین کار دستگاه ایجاد شود، انجام می شود.
- اگر جریان را در مدار عملیاتی اندازه گیری کنید، قابلیت سرویس دهی را نشان می دهد.
- عملکرد در آپارتمان نیز با اندازه گیری جریان بررسی می شود.
قدرت فعلی
علاوه بر قدرت فعلی، مفهوم قدرت فعلی نیز وجود دارد. این پارامتر کار جاری انجام شده در واحد زمان را تعیین می کند. توان فعلی برابر است با نسبت کار انجام شده به دوره زمانی که این کار در آن انجام شده است. با حرف "P" مشخص می شود و بر حسب وات اندازه گیری می شود.
توان با ضرب ولتاژ شبکه در جریان مصرف شده توسط دستگاه های الکتریکی متصل محاسبه می شود: P = U x I. به طور معمول، مصرف برق در دستگاه های الکتریکی نشان داده می شود که با آن می توان جریان را تعیین کرد. اگر تلویزیون شما دارای توان 140 وات است، برای تعیین جریان، این مقدار را بر 220 ولت تقسیم می کنیم و در نتیجه 0.64 آمپر می شود. این حداکثر مقدار فعلی است؛ در عمل، در صورت کاهش روشنایی صفحه یا تغییر تنظیمات دیگر، ممکن است جریان کمتر شود.
اندازه گیری جریان با دستگاه ها
برای تعیین میزان مصرف انرژی الکتریکی، با در نظر گرفتن عملکرد مصرف کنندگان در حالت های مختلف، به ابزارهای اندازه گیری الکتریکی نیاز است که بتوانند پارامترهای جریان را اندازه گیری کنند.
- . برای اندازه گیری جریان در مدار از ابزارهای خاصی به نام آمپرمتر استفاده می شود. آنها در مدار اندازه گیری شده در مدار سری قرار می گیرند. مقاومت داخلی آمپرمتر بسیار کوچک است، بنابراین بر پارامترهای عملکرد مدار تأثیر نمی گذارد. آمپرمترها انواع مختلفی دارند: الکترونیکی، مکانیکی و غیره.
- یک ابزار اندازه گیری الکترونیکی است که قادر به اندازه گیری پارامترهای مختلف یک مدار الکتریکی (مقاومت، ولتاژ، شکست هادی، مناسب بودن باتری و غیره) از جمله قدرت جریان است. دو نوع مولتی متر وجود دارد: دیجیتال و آنالوگ. مولتی متر تنظیمات اندازه گیری مختلفی دارد.
نحوه اندازه گیری جریان با مولتی متر
- دریابید که فاصله اندازه گیری مولتی متر شما چقدر است. هر دستگاه برای اندازه گیری جریان در یک بازه مشخص طراحی شده است که باید با مدار الکتریکی اندازه گیری شده مطابقت داشته باشد. حداکثر جریان اندازه گیری مجاز باید در دستورالعمل نشان داده شود.
- حالت اندازه گیری مناسب را انتخاب کنید. بسیاری از مولتی مترها قادر به کار در حالت های مختلف و اندازه گیری مقادیر مختلف هستند. برای اندازه گیری قدرت جریان، باید با در نظر گرفتن نوع جریان (مستقیم یا متناوب) به حالت مناسب بروید.
- فاصله اندازه گیری مورد نیاز را روی دستگاه تنظیم کنید. بهتر است حد بالای جریان کمی بالاتر از مقدار مورد انتظار تنظیم شود. هر زمان که بخواهید می توانید این حد را کاهش دهید. اما تضمینی وجود خواهد داشت که به دستگاه آسیب نرسانید.
- دوشاخه های آزمایشی سیم ها را در پریزها قرار دهید. این دستگاه شامل دو سیم با پروب و کانکتور می باشد. سوکت ها باید روی دستگاه علامت گذاری شوند یا در گذرنامه نشان داده شوند.
- برای شروع اندازه گیری، باید یک مولتی متر را به مدار وصل کنید. در این صورت باید قوانین ایمنی را رعایت کنید و قسمت های زنده را با قسمت های محافظت نشده بدن خود لمس نکنید. اندازه گیری را نمی توان در محیط مرطوب انجام داد، زیرا رطوبت جریان الکتریسیته را هدایت می کند. شما باید دستکش لاستیکی را روی دستان خود بپوشید. برای شکستن مدار برای اندازه‌گیری، هادی را بریده و عایق را در دو انتها جدا کنید. سپس پروب های مولتی متر را به انتهای سیم کشی شده وصل کنید و مطمئن شوید که تماس خوبی دارد.
- برق مدار را روشن کنید و خوانش های دستگاه را ضبط کنید. در صورت لزوم، حد بالایی اندازه گیری را تنظیم کنید.
- برق مدار را قطع کنید و مولتی متر را جدا کنید.
- . اگر نیاز به اندازه گیری جریان بدون قطع شدن مدار الکتریکی دارید، یک گیره متر یک گزینه عالی برای این کار است. این دستگاه در چند نوع و طرح های مختلف تولید می شود. برخی از مدل ها می توانند سایر پارامترهای مدار را اندازه گیری کنند. استفاده از گیره های جریان بسیار راحت است.
روش های اندازه گیری فعلی
برای اندازه گیری جریان در مدار الکتریکی، باید یک ترمینال آمپرمتر یا دستگاه دیگری که قادر به اندازه گیری جریان است را به ترمینال مثبت منبع جریان یا و ترمینال دیگر را به سیم مصرف کننده متصل کنید. پس از این، جریان را می توان اندازه گیری کرد.
هنگام اندازه گیری، لازم است مراقب باشید، زیرا هنگامی که مدار الکتریکی فعلی باز می شود، ممکن است قوس الکتریکی ایجاد شود.
برای اندازه‌گیری جریان دستگاه‌های الکتریکی متصل به پریز یا کابل خانگی، کنتور روی حالت AC با حد بالایی تنظیم می‌شود. سپس دستگاه اندازه گیری به شکاف سیم فاز متصل می شود.
تمام کارهای اتصال و قطع اتصال را می توان فقط در یک مدار بدون برق انجام داد. پس از تمام اتصالات، می توانید برق را اعمال کنید و جریان را اندازه گیری کنید. در این حالت، برای جلوگیری از برق گرفتگی، به قطعات برقی در معرض تماس دست نزنید. چنین روش های اندازه گیری ناخوشایند هستند و خطر خاصی را ایجاد می کنند.
انجام اندازه گیری با گیره های جریان بسیار راحت تر است که بسته به طراحی دستگاه می تواند تمام عملکردهای یک مولتی متر را انجام دهد. کار با این انبر بسیار آسان است. لازم است حالت اندازه گیری جریان مستقیم یا متناوب را تنظیم کنید، سبیل ها را پخش کنید و سیم فاز را با آنها بپوشانید. سپس باید سفتی سبیل ها را بین یکدیگر بررسی کنید و جریان را اندازه بگیرید. برای خواندن صحیح، لازم است که فقط سیم فاز را با سبیل بپوشانید. اگر دو سیم را همزمان بپوشانید، اندازه گیری کار نخواهد کرد.
کلمپ متر فقط برای اندازه گیری پارامترهای جریان متناوب استفاده می شود. اگر از آنها برای اندازه گیری جریان مستقیم استفاده شود، سبیل ها با نیروی زیادی فشرده می شوند و تنها با قطع برق می توان آنها را از هم جدا کرد.
