: Struja u krugu izravno je proporcionalna naponu i obrnuto proporcionalna otporu.
JAČINA STRUJE je kvantitativna karakteristika električne struje – to je fizikalna veličina jednaka količini električne energije koja protječe kroz poprečni presjek vodiča u jedinici vremena. Mjereno u amperima.
Za električno ožičenje u stanu, jakost struje igra veliku ulogu, jer na temelju najveće moguće vrijednosti za odvojeni vod koji dolazi iz električne ploče, presjeka vodiča i vrijednosti maksimalne struje prekidača koji štiti električni kabel od oštećenja u slučaju nesreće.
Stoga, ako poprečni presjek i prekidač nisu pravilno odabrani, jednostavno će biti izbačeni, a zamjena snažnijim jednostavno neće uspjeti.
Na primjer, najčešće žice i kabeli u električnim ožičenjima s presjekom od 1,5 četvornih milimetara izrađeni su od bakra ili 2,5 četvornih milimetara od aluminija. Namijenjeni su za maksimalnu struju od 16 A ili priključak za napajanje od najviše 3 i pol kilovata. Ako spojite snažne električne potrošače koji prelaze ove granice, tada ne možete jednostavno zamijeniti prekidač s 25 A - električna instalacija to neće izdržati i morat ćete prenijeti bakreni kabel s presjekom od 2,5 kvadratnih metara iz centrale. mm, koji je dizajniran za maksimalnu struju od 25 A.
Mjerne jedinice za snagu električne struje.
Osim ampera, često se susrećemo s pojmom snage električne struje. Ova vrijednost pokazuje rad koji struja izvrši po jedinici vremena.
Snaga je jednaka omjeru obavljenog rada i vremena u kojem je obavljen. Snaga se mjeri u vatima i označava slovom P. Izračunava se pomoću formule P = A x B, tj. da bi se saznala snaga, potrebno je pomnožiti napon električne mreže sa strujom koju troši električni uređaji povezani s njim, kućanski uređaji, rasvjeta itd. d.
Na električnim potrošačima pločice ili putovnice često označavaju samo potrošnju energije, znajući koju možete lako izračunati struju. Na primjer, potrošnja energije TV-a je 110 vata. Da biste saznali količinu potrošene struje, podijelite snagu s naponom 220 volti i dobivamo 0,5 A.
Ali imajte na umu da je to maksimalna vrijednost; u stvarnosti može biti manja jer će televizor pri niskoj svjetlini iu drugim uvjetima trošiti manje električne energije.
Instrumenti za mjerenje električne struje.
Da bismo saznali stvarnu potrošnju energije, uzimajući u obzir rad u različitim načinima rada električnih uređaja, kućanskih aparata itd., Trebat će nam električni mjerni instrumenti:
- Ampermetar- svima dobro poznat iz praktične nastave fizike u školi (slika 1). Ali oni se ne koriste u svakodnevnom životu i profesionalcima zbog nepraktičnosti.
- Multimetar- ovaj elektronički uređaj izvodi mnogo različitih mjerenja, uključujući i jakost struje (slika 2). Vrlo raširen, kako među električarima tako iu svakodnevnom životu. Već sam vam rekao kako pomoću njega izmjeriti snagu struje.
- Tester- praktički isto kao multimetar, ali bez upotrebe elektronike sa strelicom koja pokazuje mjernu vrijednost podjeljcima na ekranu. Rijetko viđeni danas, naširoko su se koristili u sovjetsko doba.
- Mjerna kliješta električar (slika 3), to su oni koje koristim u svom radu, jer ne zahtijevaju lomljenje vodiča za mjerenje, nema potrebe ići pod napon i odvajati opterećenje. Zadovoljstvo je mjeriti s njima - brzo i jednostavno.
Kako pravilno izmjeriti struju.
Za mjerenje snage potrošača potrebno je spojiti jednu stezaljku od ampermetra, testera ili multimetra na plus pol akumulatora ili žicu od napajanja ili transformatora, a drugu stezaljku na žicu koja ide do potrošača i nakon uključivanja DC mjerenja s marginom gornje maksimalne granice - izvršite mjerenja.
Budite oprezni pri otvaranju radnog kruga, pojavljuje se luk čija se veličina povećava s jakošću struje.
Za mjerenje struje kod potrošača priključenih izravno na utičnicu ili na električni kabel iz kućnog napajanja, mjerni uređaj se prebacuje na način mjerenja izmjenične struje s rezervom na gornjoj granici. Zatim je tester ili multimetar spojen na prekid fazne žice. Što je faza u kojoj čitamo.
Svi radovi moraju se izvoditi tek nakon uklanjanja napetosti.
Nakon što je sve spremno, uključite ga i provjerite snagu struje. Samo pazite da ne dodirujete izložene kontakte ili žice.
Slažem se da su gore opisane metode vrlo nezgodne, pa čak i opasne!
U svom profesionalnom radu kao električar već duže vrijeme ga koristim za mjerenje struje. strujna kliješta(na slici desno). Često dolaze u istom kućištu s multimetrom.
Lako je mjeriti s njima - uključimo ga i prebacimo u način rada za mjerenje izmjenične struje, zatim odvojimo brkove koji se nalaze na vrhu i provučemo faznu žicu unutra, nakon toga provjerimo da dobro prianjaju jedan uz drugi i izmjerimo .
Kao što vidite, brzo je, jednostavno i ovom metodom možete izmjeriti struju pod naponom, samo pazite da slučajno ne dođe do kratkog spoja susjednih žica u električnoj ploči.
Samo zapamtite da za točna mjerenja trebate napraviti opseg samo jedne fazne žice, a ako omotate čvrsti kabel u kojem faza i nula idu zajedno, neće biti moguće provesti mjerenje!
Povezani materijali:
Pri ispitivanju električnih strujnih krugova često postoji potreba za mjerenjem struje. Za mjerenje veličine istosmjerne struje u pravilu se koristi shunt otpornika, spojen u seriju 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, imao sam ideju sastaviti mjerač struje na bazi Hallovog senzora. Njegov dijagram prikazan je na slici.
Značajke ampermetra:
- Izmjerite izmjeničnu ili istosmjernu struju bez električnog kontakta s krugom
- Mjeri stvarnu RMS struju bez obzira na valni oblik, kao i maksimalnu vrijednost tijekom razdoblja (približno 0,5 sekundi)
- Prikaz informacija na LCD zaslonu sa znakovima
- Dva načina mjerenja (do 10A i do 50A)
Shema radi na sljedeći način. Žica kojom teče struja nalazi se unutar feritnog prstena, stvarajući magnetsko polje čija je veličina izravno proporcionalna jakosti struje. Hallov senzor smješten u zračnom rasporu jezgre pretvara vrijednost indukcije polja u napon, a taj se napon dovodi do operacijskih pojačala. Operacijska pojačala potrebna su za usklađivanje razina napona iz senzora s rasponom ulaznog napona ADC-a. Primljene podatke obrađuje mikrokontroler i prikazuje na LCD zaslonu.
Preliminarni izračun sheme
Kao jezgra koristi se prsten R20*10*7 od materijala N87. Hallov senzor - SS494B.
Pomoću turpije u prstenu se napravi razmak takve debljine da tu može stati senzor, odnosno oko 2 mm. U ovoj fazi već je moguće približno procijeniti osjetljivost senzora na struju i najveću moguću izmjerenu struju.
Ekvivalentna permeabilnost jezgre s razmakom približno je jednaka omjeru duljine magnetske linije i veličine razmaka:
Zatim, zamjenom ove vrijednosti u formulu za izračunavanje indukcije u jezgri i množenjem sve s osjetljivošću senzora, nalazimo ovisnost izlaznog napona senzora o jakosti struje:
Ovdje K B- osjetljivost senzora na indukciju magnetskog polja, izražena u V/T (preuzeto iz podatkovne tablice).
Na primjer, u mom slučaju lh= 2 mm = 0,002 m,K B= 5 mV/Gauss = 50 V/T, gdje dobivamo:
Ispostavilo se da je stvarna osjetljivost na struju jednaka 0,03 V/A, odnosno izračun se pokazuje vrlo točnim.
Prema podatkovnoj tablici za SS494B, maksimalna indukcija izmjerena senzorom je 420 Gaussa, stoga je maksimalna izmjerena struja:
Fotografija senzora u procjepu:
Proračun sklopova op-amp
Ampermetar ima dva kanala: do 10 A (pin 23 MK) i do 50 A (pin 24 MK). ADC multipleksor mijenja načine rada.
Interni ION je odabran kao referentni napon ADC-a, tako da se signal mora dovesti u raspon od 0 - 2,56 V. Pri mjerenju struja od ±10 A, napon senzora je 2,5 ± 0,3 V, stoga je potrebno pojačati i pomaknuti ga tako da je nulta točka bila točno u sredini ADC raspona. U tu svrhu koristi se op-amp IC2:A spojen kao neinvertirajuće 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 preglomazno. Da bismo pronašli otpore otpornika, jednadžbu napišemo dva puta (za struje -10A i +10A):
Znamo napone:
Postavljanjem R4 na 20 kOhm, dobivamo sustav dviju jednadžbi, gdje su varijable R2 i R3. Rješenje sustava može se lako pronaći korištenjem matematičkih paketa, kao što je MathCAD (datoteka izračuna nalazi se u prilogu članka).
Drugi krug, koji se sastoji od IC3:A i IC3:B, izračunava se na sličan način. U njemu signal iz senzora prvo prolazi kroz repetitor IC3: A, a zatim ide u razdjelnik na otpornicima R5, R6, P5. Nakon što je signal prigušen, dodatno ga prednapreduje op-amp IC3:B.
Opis rada mikrokontrolera
Mikrokontroler ATmega8A obrađuje signale iz op-amp i prikazuje rezultate na zaslonu. Taktiran je internim oscilatorom na 8 MHz. Osigurači su standardni, osim CKSEL. U PonyProgu su postavljeni ovako:
ADC je konfiguriran za rad na 125 kHz (faktor dijeljenja 64). Kada je ADC pretvorba dovršena, poziva se rukovatelj prekidom. Pohranjuje maksimalnu vrijednost struje i također zbraja kvadrate struja uzastopnih uzoraka. Nakon što broj uzoraka dosegne 5000, mikrokontroler izračunava RMS vrijednost struje i prikazuje podatke na zaslonu. Zatim se varijable resetiraju i sve se događa iz početka. Dijagram prikazuje zaslon WH0802A, ali se može koristiti bilo koji drugi zaslon s kontrolerom HD44780.
Firmware mikrokontrolera, projekt za CodeVision AVR i datoteka simulacije u Proteusu priloženi su članku.
Postavljanje sheme
Postavljanje uređaja svodi se na podešavanje otpornika za podrezivanje. Prvo trebate podesiti kontrast zaslona okretanjem P1.
Zatim, prebacujući tipku S1 u način rada do 10A, konfiguriramo P2 i P3. Jedan od otpornika uvijamo što je više moguće udesno i okretanjem drugog otpornika postižemo nula očitanja na uređaju. Pokušavamo izmjeriti struju čija je vrijednost točno poznata, a očitanja ampermetra trebala bi biti niža nego što zapravo jesu. Oba otpornika zakrenemo malo ulijevo, tako da ostane nulta točka, i ponovno izmjerimo struju. Ovaj put bi očitanja trebala biti malo viša. To nastavljamo dok ne postignemo točan prikaz trenutne vrijednosti.
Sada prijeđimo na način rada do 50A i konfigurirajmo ga. Otpornik P4 postavlja nulu na zaslonu. Mjerimo neku struju i gledamo očitanja. Ako ih ampermetar precijeni, okrenite P5 ulijevo; ako ih podcijeni, okrenite udesno. Opet ga postavljamo na nulu, provjeravamo očitanja pri određenoj struji i tako dalje.
Fotografija uređaja
Mjerenje istosmjerne struje:
Zbog nedovoljno precizne kalibracije, vrijednosti su malo precijenjene.
Mjerenje izmjenične struje s frekvencijom od 50 Hz, željezo se koristi kao opterećenje:
U teoriji, efektivna struja sinusoide jednaka je 0,707 od maksimuma, ali sudeći prema očitanjima, ovaj koeficijent je jednak 0,742. Nakon provjere oblika napona u mreži, pokazalo se da on samo sliči sinusnom valu. Uzimajući to u obzir, takva očitanja instrumenata izgledaju prilično pouzdana.
Uređaj još uvijek ima nedostatak. Postoji stalni šum na izlazu senzora. Prolazeći kroz op-amp, dolaze do mikrokontrolera, zbog čega je nemoguće postići savršenu nulu (umjesto nule prikazuje se otprilike 30-40 mA RMS). To se može ispraviti povećanjem kapaciteta C7, ali tada će se frekvencijske karakteristike pogoršati: na visokim frekvencijama očitanja će biti podcijenjena.
Korišteni izvori
Popis radioelemenata
| Oznaka | Tip | Vjeroispovijest | Količina | Bilješka | Dućan | Moja bilježnica |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | MK AVR 8-bitni | ATmega8A | 1 | DIP-28 | U bilježnicu | |
| IC2, IC3 | Operacijsko pojačalo | MCP6002 | 2 | SOIC-8 | U bilježnicu | |
| IC4 | Linearni regulator | L78L05 | 1 | U bilježnicu | ||
| IC5 | Hallov senzor | SS494B | 1 | U bilježnicu | ||
| C1-C7 | Kondenzator | 100 nF | 9 | K10-17b | U bilježnicu | |
| R1, R3, R6, R9 | Otpornik | 10 kOhm | 4 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R2 | Otpornik | 12 kOhm | 1 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R4 | Otpornik | 20 kOhm | 1 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R5 | Otpornik | 6,8 kOhm | 1 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| R7, R8 | Otpornik | 100 kOhm | 2 | SMD 1206 | U bilježnicu | |
| P1 | Trimer otpornik | 10 kOhm | 1 | 3362P | U bilježnicu | |
| P2 | Trimer otpornik | 4,7 kOhm | 1 | 3362P |
Mjerenje struje(skraćeno mjerenje struje) je korisna vještina koja će vam dobro doći više puta u životu. Pri određivanju potrošnje snage potrebno je znati veličinu struje. Za mjerenje struje koristi se uređaj koji se zove ampermetar.
Postoji izmjenična i istosmjerna struja, stoga se za njihovo mjerenje koriste različiti mjerni instrumenti. Struja se uvijek označava slovom I, a njena jakost se mjeri u Amperima i označava se slovom A. Na primjer, I = 2 A pokazuje da je jakost struje u strujnom krugu koji se ispituje 2 Ampera.
Razmotrimo detaljno kako su označeni različiti mjerni instrumenti za mjerenje različitih vrsta struja.
- Na mjernom uređaju za mjerenje istosmjerne struje ispred slova A nalazi se znak "-".
- Na mjernom uređaju za mjerenje izmjenične struje na istom mjestu se nalazi simbol “~”.
- ~Uređaj za mjerenje izmjenične struje.
- -Uređaj za mjerenje istosmjerne struje.
Ovdje je fotografija ampermetra dizajniranog za Mjerenja istosmjerne struje.
Prema zakonu, jakost struje koja teče u zatvorenom krugu u bilo kojoj točki jednaka je istoj vrijednosti. Kao rezultat toga, da biste izmjerili struju, trebate odspojiti strujni krug na bilo kojem mjestu prikladnom za spajanje mjernog uređaja.
Treba imati na umu da količina napona prisutna u električnom krugu nema nikakvog utjecaja na mjerenje struje. Izvor struje može biti kućno napajanje od 220 V ili baterija od 1,5 V, itd.
Kada planirate mjeriti struju u strujnom krugu, obratite posebnu pozornost na to kakva struja teče u krugu, jednosmjerna ili izmjenična. Uzmite odgovarajući mjerni uređaj i ako ne znate očekivanu jakost struje u strujnom krugu, postavite prekidač za mjerenje struje na maksimalnu poziciju.
Razmotrimo detaljno kako izmjeriti snagu struje električnim uređajem.
Za sigurnost mjerenja potrošnje struje električni uređaji napravit ćemo produžni kabel domaće izrade s dvije utičnice. Nakon montaže dobit ćemo produžni kabel vrlo sličan standardnom produžnom kabelu za spremnike.
Ali ako ga rastavimo i usporedimo produžni kabel domaće izrade i produžni kabel iz trgovine, jasno ćemo vidjeti razlike u unutarnjoj strukturi. Stezaljke unutar utičnica domaćeg produžnog kabela spojene su u seriju, au trgovini su spojene paralelno.
Fotografija jasno pokazuje da su gornji terminali međusobno povezani žutom žicom, a mrežni napon se dovodi na donje priključke utičnica.
Sada počinjemo mjeriti struju; da biste to učinili, umetnite 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 mjeriti struju.
Sada pogledajmo kako ispravno protumačiti očitanja ampermetra s brojčanikom. Na mjerenje potrošnje struje instrumenta, igla ampermetra se zaustavila na podjeli 50, prekidač je postavljen na maksimalnu granicu mjerenja od 3 ampera. Ljestvica mog ampermetra ima 100 podjeljaka. To znači da je lako odrediti izmjerenu struju pomoću formule (3/100) X 50 = 1,5 Ampera.
Formula za izračun snage uređaja na temelju trenutne potrošnje.
Imajući podatke o količini struje koju troši bilo koji električni uređaj (TV, hladnjak, glačalo, zavarivanje itd.), lako možete odrediti koju potrošnju energije ima ovaj električni uređaj. U svijetu postoji fizikalni zakon kojem se elektricitet uvijek pokorava. Otkrivači ovog uzorka bili su Emil Lenz i James Joule, a njima u čast danas se naziva Joule-Lenzov zakon.
- I - jakost struje, mjerena u amperima (A);
- U - napon, mjeren u voltima (V);
- P je snaga mjerena u vatima (W).
Napravimo jedan od trenutnih izračuna.
Izmjerio sam trenutnu potrošnju hladnjaka i jednaka je 7 Ampera. Napon mreže je 220 V. Dakle, potrošnja struje hladnjaka je 220 V X 7 A = 1540 W.
- Tutorial
Uvod
Bok svima! Nakon završetka ciklusa na senzorima pojavila su se razna pitanja o mjerenju parametara potrošnje kućanskih i manje električnih uređaja. Tko koliko troši, kako spojiti što mjeriti, koje suptilnosti postoje i tako dalje. Vrijeme je da se otkriju sve karte na ovom području.U ovoj seriji članaka bavit ćemo se temom mjerenja parametara električne energije. Tih parametara je zapravo vrlo velik broj, o kojima ću pokušati postupno govoriti u malim serijama.
Za sada su u planu tri serije:
- Mjerenje električne energije.
- Kvaliteta električne energije.
- Uređaji za mjerenje parametara električne energije.
Na temelju rezultata cijelog ciklusa proizvest ćemo neku vrstu pametnog brojila električne energije s pristupom internetu. Potpuno okorjeli ljubitelji upravljanja električnim uređajima svoje pametne kuće mogu pružiti svu moguću pomoć u implementaciji komunikacijskog dijela na bazi, na primjer, MajorDomo. Učinimo OpenSource boljim pametnim domom, da tako kažem.
U ovoj seriji od dva dijela istražit ćemo sljedeća pitanja:
- Spajanje strujnih i naponskih senzora u istosmjernim uređajima, kao i jednofaznim i trofaznim izmjeničnim strujnim krugovima;
- Mjerenje efektivnih vrijednosti struje i napona;
- Mjerenje faktora snage;
- Ukupna, djelatna i jalova snaga;
- Potrošnja električne energije;
1. Spajanje senzora
U prošloj seriji o senzorima napona i struje govorio sam o vrstama senzora, ali nisam govorio o tome kako ih koristiti i gdje ih postaviti. Vrijeme je da to popravimo
Spajanje DC senzora
Jasno je da će cijela serija biti posvećena izmjeničnim sustavima, ali idemo brzo preko istosmjernih krugova, jer bi nam to moglo biti od koristi pri razvoju istosmjernih izvora napajanja. Uzmimo za primjer klasični PWM pretvarač dolara:
Slika 1. PWM Buck pretvarač
Naš zadatak je osigurati stabilizirani izlazni napon. Osim toga, na temelju informacija iz strujnog senzora, moguće je kontrolirati način rada induktora L1, sprječavajući njegovo zasićenje, a također implementirati strujnu zaštitu pretvarača. I da budem iskren, nema baš nikakvih opcija za ugradnju senzora.
Na izlazu pretvarača ugrađen je senzor napona u obliku otpornog razdjelnika R1-R2 koji jedini može raditi na istosmjernoj struji. U pravilu, mikro krug specijaliziranog pretvarača ima povratni ulaz i čini sve kako bi osigurao da ovaj ulaz (3) ima određenu razinu napona navedenu u dokumentaciji za mikro krug. Na primjer 1,25 V. Ako naš izlazni napon odgovara ovoj razini, sve je u redu - izravno primjenjujemo izlazni napon na ovaj ulaz. Ako nije, postavite razdjelnik. Ako trebamo osigurati izlazni napon od 5V, tada razdjelnik mora osigurati faktor dijeljenja 4, tj. Na primjer, R1 = 30k, R2 = 10k.
Senzor struje obično se postavlja između napajanja i pretvarača te na čipu. Na temelju razlike potencijala između točaka 1 i 2, a uz poznati otpor otpornika Rs, moguće je odrediti trenutnu vrijednost struje naše prigušnice. Instaliranje senzora struje između izvora i opterećenja nije dobra ideja, budući da će kondenzator filtera biti odsječen otpornikom od potrošača impulsne struje. Instaliranje otpornika u razmak zajedničke žice također ne sluti na dobro - postojat će dvije razine tla s kojima će biti zadovoljstvo petljati.
Problemi s padom napona mogu se izbjeći korištenjem beskontaktnih senzora struje - kao što su Hallovi senzori:
Slika 2. Beskontaktni senzor struje
Međutim, postoji pametniji način za mjerenje struje. Uostalom, napon na tranzistoru pada na potpuno isti način i kroz njega teče ista struja kao i induktivitet. Posljedično, trenutna vrijednost struje također se može odrediti padom napona na njoj. Iskreno, ako pogledate unutarnju strukturu pretvaračkih čipova, na primjer, iz Texas Instrumentsa, onda je ova metoda jednako uobičajena kao i prethodne. Točnost ove metode naravno nije najviša, ali to je sasvim dovoljno da trenutni rez radi.
Slika 3. Tranzistor kao strujni senzor
Isto činimo u drugim krugovima sličnih pretvarača, bilo da su pojačani ili invertirajući.
Međutim, potrebno je posebno spomenuti transformatorske prednje i povratne pretvarače.
Slika 4. Spajanje strujnih senzora u flyback pretvaračima
Oni također mogu koristiti ili vanjski otpor ili tranzistor u svojoj ulozi.
Ovdje smo završili sa spajanjem senzora na istosmjerne pretvarače. Ako imate prijedloge za druge mogućnosti, rado ću dopuniti članak s njima.
1.2 Spajanje senzora na jednofazne AC krugove
U krugovima izmjenične struje imamo puno veći izbor mogućih senzora. Razmotrimo nekoliko opcija.Najjednostavnije je koristiti otpornički razdjelnik napona i strujni shunt.
Slika 5. Spajanje senzora otpornika
Međutim, ima nekoliko značajnih nedostataka:
Prvo, osigurat ćemo značajnu amplitudu signala iz trenutnog šanta dodjeljujući mu veliku količinu snage ili ćemo se zadovoljiti malom amplitudom signala i naknadno ga pojačati. I drugo, otpornik stvara potencijalnu razliku između neutralne mreže i neutralne točke uređaja. Ako je uređaj izoliran, onda to nije važno, ali ako uređaj ima terminal za uzemljenje, tada riskiramo da ostanemo bez signala sa strujnog senzora, jer ćemo ga kratko spojiti. Možda bi vrijedilo isprobati senzore koji rade na drugim principima.
Na primjer, koristit ćemo strujne i naponske transformatore, ili Hallov strujni senzor i naponski transformator. Puno je više mogućnosti za rad s opremom, budući da neutralna žica nema gubitaka, a što je najvažnije, u oba slučaja postoji galvanska izolacija mjerne opreme, što često može biti korisno. Međutim, potrebno je uzeti u obzir da strujni i naponski senzori transformatora imaju ograničen frekvencijski odziv i ako želimo mjeriti harmonijski sastav izobličenja, onda nije činjenica da će raditi.
Slika 6. Spajanje transformatora i beskontaktnih senzora struje i napona
1.3 Spajanje senzora na višefazne AC krugove
U višefaznim mrežama naša mogućnost povezivanja strujnih senzora je nešto manja. To je zbog činjenice da uopće neće biti moguće koristiti strujni šant, jer će potencijalna razlika između faznih šantova varirati unutar stotina volti i ne znam ni za jedan regulator opće namjene čiji analogni ulazi mogu izdržati takvo zlostavljanje.Naravno, postoji jedan način korištenja strujnih shuntova - za svaki kanal morate napraviti galvanski izolirani analogni ulaz. Ali puno je lakše i pouzdanije koristiti druge senzore.
U svom analizatoru kvalitete koristim otporne djelitelje napona i daljinske senzore struje s Hall efektom.
Slika 7. Strujni senzori u trofaznoj mreži
Kao što vidite na slici, koristimo četverožičnu vezu. Naravno, umjesto Hallovih strujnih senzora, možete koristiti strujne transformatore ili Rogowskijeve petlje.
Umjesto otporničkih razdjelnika mogu se koristiti naponski transformatori, kako za četverožične tako i za trožilne sustave.
U potonjem slučaju primarni namoti naponskih transformatora spojeni su trokutom, a sekundarni namoti zvijezdom, čija je zajednička točka zajednička točka mjernog kruga
Slika 8. Primjena naponskih transformatora u trofaznoj mreži
2 RMS vrijednost struje i napona
Vrijeme je da riješimo problem mjerenja naših signala. Od praktičnog značaja za nas je, prije svega, efektivna vrijednost struje i napona.
Podsjetit ću vas na opremu iz serije o senzorima. Pomoću ADC-a našeg mikrokontrolera bilježit ćemo trenutnu vrijednost napona u pravilnim intervalima. Tako ćemo tijekom razdoblja mjerenja imati niz podataka o razini trenutne vrijednosti napona (za struju je sve slično).
Slika 9. Serije trenutnih vrijednosti napona
Naš zadatak je izračunati efektivnu vrijednost. Prvo, upotrijebimo integralnu formulu:
(1)U digitalnom sustavu moramo se ograničiti na određeni kvantum vremena, pa prelazimo na zbroj:
(2)Gdje je period uzorkovanja našeg signala, a gdje je broj uzoraka tijekom perioda mjerenja. Tu negdje u videu počinjem pričati gluposti o jednakosti površina. Trebao sam malo odspavati taj dan. =)
U mikrokontrolerima MSP430FE4252, koji se koriste u jednofaznim Mercury brojilima električne energije, tijekom mjerenja od 1, 2 ili 4 sekunde napravi se 4096 brojanja. U nastavku ćemo se osloniti na T=1c i N=4096. Štoviše, 4096 točaka u sekundi omogućit će nam korištenje algoritama brze Fourierove transformacije za određivanje spektra harmonika do 40. harmonika, kako to zahtijeva GOST. Ali o tome više u idućoj epizodi.
Nacrtajmo algoritam za naš program. Moramo osigurati stabilno pokretanje ADC-a svake 1/8192 sekunde, budući da imamo dva kanala i mjerit ćemo te podatke naizmjenično. Da biste to učinili, postavite mjerač vremena i signal prekida automatski će ponovno pokrenuti ADC. Svi ADC-ovi to mogu.
Budući program ćemo napisati na arduinu, jer ga mnogi imaju pri ruci. Za sada je naš interes čisto akademski.
Imajući sistemsku kvarcnu frekvenciju od 16 MHz i 8-bitni mjerač vremena (kako život ne bi izgledao kao med), moramo osigurati da svaki prekid mjerača vremena radi na frekvenciji od 8192 Hz.
Žalosni smo što 16 MHz nije podijeljeno koliko nam je potrebno i konačna radna frekvencija timera je 8198 Hz. Zatvaramo oči pred greškom od 0,04% i još uvijek čitamo 4096 uzoraka po kanalu.
Žalosni smo što je overflow prekid u arduinu zauzet izračunavanjem vremena (odgovoran za milise i kašnjenje, pa će prestati raditi normalno), pa koristimo usporedni prekid.
I odjednom shvatimo da je signal koji nam dolazi bipolaran i da se msp430fe4252 s njim savršeno nosi. Zadovoljni smo s unipolarnim ADC-om, pa sastavljamo jednostavan bipolarni pretvarač signala u unipolarni pomoću operacijskog pojačala:
Slika 10. Pretvarač bipolarnog signala u unipolarni
Štoviše, naš zadatak je osigurati da naša sinusoida oscilira u odnosu na polovicu referentnog napona - tada ćemo ili oduzeti polovicu raspona ili aktivirati opciju u postavkama ADC-a i dobiti vrijednosti s predznakom.
Arduino ima 10-bitni ADC, pa ćemo od rezultata bez predznaka u rasponu 0-1023 oduzeti polovicu i dobiti -512-511.
Provjeravamo model sastavljen u LTSpiceIV i uvjeravamo se da sve radi kako treba. U video materijalu to dodatno eksperimentalno potvrđujemo.
Slika 11. Rezultat simulacije. Zeleno je izvorni signal, plavo je izlazni signal.
Skica za Arduino za jedan kanal
void setup() (autoadcsetup(); DDRD |=(1<
Program je napisan u Arduino IDE za ATmega1280 mikrokontroler. Na mojoj debug ploči, prvih 8 kanala je usmjereno za interne potrebe ploče, tako da se koristi ADC8 kanal. Moguće je koristiti ovu skicu za ploču s ATmega168, ali morate odabrati ispravan kanal.
Unutar prekida iskrivljujemo nekoliko servisnih pinova kako bismo jasno vidjeli radnu frekvenciju digitalizacije.
Nekoliko riječi o tome odakle koeficijent 102. Pri prvom pokretanju iz generatora je doveden signal različitih amplituda, s osciloskopa je očitana efektivna vrijednost napona, a s konzole uzeta izračunata vrijednost u apsolutnim ADC jedinicama .
| Umax, V | Urms, B | 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 |
Dijeljenjem vrijednosti trećeg stupca s vrijednostima drugog dobivamo prosjek od 102. To će biti naš koeficijent "kalibracije". Međutim, možete primijetiti da kako se napon smanjuje, točnost naglo pada. To je zbog niske osjetljivosti našeg ADC-a. Zapravo, 10 znamenki za točne izračune je katastrofalno malo, a ako je sasvim moguće izmjeriti napon u utičnici na ovaj način, tada će korištenje 10-bitnog ADC-a za mjerenje struje koju troši opterećenje biti zločin protiv mjeriteljstva .
U ovom trenutku ćemo napraviti pauzu. U sljedećem ćemo dijelu razmotriti ostala tri pitanja u ovoj seriji i glatko ćemo prijeći na stvaranje samog uređaja.
Predstavljeni firmware, kao i ostali firmware za ovu seriju (budući da snimam video materijale brže nego što pripremam članke) pronaći ćete u repozitoriju na GitHubu.
Opterećenje u električnom krugu karakterizira jakost struje, mjerenje struje u amperima. Struja se ponekad mora izmjeriti kako bi se provjerilo dopušteno opterećenje kabela. Za postavljanje električne linije koriste se kabeli različitih sekcija. Ako kabel radi s opterećenjem većim od dopuštene vrijednosti, zagrijava se i izolacija postupno propada. Kao rezultat toga, to dovodi do zamjene kabela.
- Nakon polaganja novog kabela potrebno je izmjeriti struju koja prolazi kroz njega dok su svi električni uređaji uključeni.
- Ako je na staro ožičenje priključeno dodatno opterećenje, trebali biste također provjeriti vrijednost struje koja ne smije prelaziti dopuštene granice.
- Kada je opterećenje jednako gornjoj dopuštenoj granici, provjerava se usklađenost struje koja teče. Njegova vrijednost ne smije premašiti nazivnu radnu struju strojeva. U suprotnom, prekidač će isključiti struju iz mreže zbog preopterećenja.
- Mjerenje struje također je potrebno za određivanje načina rada električnih uređaja. Mjerenje trenutnog opterećenja elektromotora provodi se ne samo radi provjere njihovog rada, već i radi utvrđivanja prekoračenja opterećenja iznad dopuštene granice, koja mogu nastati uslijed velikih mehaničkih sila tijekom rada uređaja.
- Ako izmjerite struju u radnom krugu, to će pokazati ispravnost.
- Rad u stanu također se provjerava mjerenjem struje.
Trenutna snaga
Osim jakosti struje postoji i pojam strujne snage. Ovaj parametar određuje trenutni rad obavljen po jedinici vremena. Trenutna snaga jednaka je omjeru obavljenog rada i vremenskog razdoblja tijekom kojeg je taj rad obavljen. Označava se slovom "P" i mjeri se u vatima.
Snaga se izračunava množenjem mrežnog napona sa strujom koju troše priključeni električni uređaji: P = U x I. U pravilu je potrošnja električne energije označena na električnim uređajima, pomoću kojih se može odrediti struja. Ako vaš TV ima snagu od 140 W, tada za određivanje struje ovu vrijednost dijelimo s 220 V, što rezultira 0,64 ampera. Ovo je maksimalna trenutna vrijednost; u praksi struja može biti niža ako se smanji svjetlina zaslona ili se promijene druge postavke.
Mjerenje struje uređajima
Za određivanje potrošnje električne energije, uzimajući u obzir rad potrošača u različitim režimima, potrebni su električni mjerni instrumenti koji mogu mjeriti strujne parametre.
- . Za mjerenje struje u krugu koriste se posebni instrumenti koji se nazivaju ampermetri. Oni su uključeni u mjereni krug u serijskom krugu. Unutarnji otpor ampermetra vrlo je malen pa ne utječe na radne parametre strujnog kruga.Skala ampermetra može biti označena u amperima ili drugim razdjelcima ampera: mikroamperima, miliamperima itd. Postoji nekoliko vrsta ampermetara: elektronički, mehanički itd.
- je elektronički mjerni instrument koji može mjeriti različite parametre električnog kruga (otpor, napon, prekid vodiča, prikladnost baterije, itd.), uključujući jakost 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 električnom krugu koji se mjeri. Najveća dopuštena mjerna struja mora biti navedena u uputama.
- Odaberite odgovarajući način mjerenja. Mnogi multimetri mogu raditi u različitim načinima rada i mjeriti različite količine. Da biste izmjerili snagu struje, morate se prebaciti na odgovarajući način rada, uzimajući u obzir vrstu struje (istosmjerna ili izmjenična).
- Postavite željeni interval mjerenja na uređaju. Bolje je postaviti gornju granicu struje malo veću od očekivane vrijednosti. Ovu granicu možete smanjiti u bilo kojem trenutku. Ali postojat će jamstvo da nećete oštetiti uređaj.
- Umetnite ispitne utikače žica u utičnice. Uređaj uključuje dvije žice sa sondama i konektorima. Utičnice moraju biti označene na uređaju ili prikazane u putovnici.
- Da biste započeli mjerenje, morate spojiti multimetar na krug. U tom slučaju trebate slijediti sigurnosna pravila i ne dodirivati dijelove pod naponom nezaštićenim dijelovima tijela. Mjerenja se ne mogu provoditi u vlažnom okruženju jer vlaga provodi elektricitet. Na rukama trebate nositi gumene rukavice. Kako biste prekinuli strujni krug za mjerenja, odrežite vodič i skinite izolaciju s oba kraja. Zatim spojite sonde multimetra na ogoljene krajeve žice i provjerite postoji li dobar kontakt.
- Uključite strujni krug i zabilježite očitanja uređaja. Ako je potrebno, podesite gornju granicu mjerenja.
- Isključite strujni krug i odspojite multimetar.
- . Ako trebate mjeriti struju bez prekidanja električnog kruga, tada je mjerač kliješta izvrsna opcija za ovaj zadatak. Ovaj uređaj se proizvodi u nekoliko vrsta i različitih izvedbi. Neki modeli mogu mjeriti druge parametre kruga. Korištenje strujnih stezaljki vrlo je zgodno.
Sadašnje metode mjerenja
Da biste izmjerili struju u električnom krugu, trebate spojiti jedan priključak ampermetra ili drugog uređaja koji može mjeriti struju na pozitivni priključak izvora struje ili, a drugi priključak na žicu potrošača. Nakon toga se može mjeriti struja.
Prilikom mjerenja potrebno je biti oprezan, jer kada se strujni električni krug otvori, može doći do električnog luka.
Za mjerenje struje električnih uređaja spojenih izravno na kućnu utičnicu ili kabel, mjerač je postavljen na AC način rada s visokom gornjom granicom. Zatim se mjerni uređaj spoji na fazni razmak žice.
Svi radovi na spajanju i odvajanju smiju se izvoditi samo u strujnom krugu bez napona. Nakon svih spojeva možete priključiti napajanje i izmjeriti struju. U tom slučaju ne dirajte izložene dijelove pod naponom kako biste izbjegli električni udar. Takve metode mjerenja su nezgodne i predstavljaju određenu opasnost.
Mnogo je prikladnije provoditi mjerenja strujnim stezaljkama, koje mogu obavljati sve funkcije multimetra, ovisno o dizajnu uređaja. Vrlo je jednostavno raditi s ovim kliještima. Potrebno je postaviti način mjerenja istosmjerne ili izmjenične struje, raširiti brkove i njima prekriti faznu žicu. Zatim morate provjeriti nepropusnost brkova između sebe i izmjeriti struju. Za ispravna očitanja, potrebno je pokriti samo faznu žicu s brkovima. Ako pokrijete dvije žice odjednom, mjerenje neće raditi.
Klešta se koriste samo za mjerenje parametara izmjenične struje. Ako se koriste za mjerenje istosmjerne struje, brkovi će se stisnuti velikom snagom, a mogu se razdvojiti samo isključivanjem struje.
