Ac kasalukuyang pagsukat gamit ang kasalukuyang transpormer at arduino

Ang isang kasalukuyang transpormer ay isang uri ng instrumental transformer na espesyal na idinisenyo upang ibahin ang kasalukuyang alternating sa pangalawang paikot-ikot na ito, at ang dami ng kasalukuyang ginawa ay direktang proporsyonal sa kasalukuyang nasa pangunahing paikot-ikot. Ang ganitong uri ng kasalukuyang transpormer ay dinisenyo upang hindi makita ang sukat ng kasalukuyang mula sa mataas na boltahe na subsystem o kung saan ang isang mataas na halaga ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng system. Ang trabaho ng kasalukuyang transpormer ay upang baguhin ang mataas na halaga ng kasalukuyang sa isang mas mababang halaga ng kasalukuyang na maaaring madaling masukat sa pamamagitan ng isang microcontroller o isang Analog meter. Nauna naming ipinaliwanag ang kasalukuyang pagsukat gamit ang kasalukuyang transpormer sa iba't ibang uri ng kasalukuyang artikulo ng mga diskarte sa sensing.

Dito matututunan natin ang kasalukuyang diskarteng pang-sensing nang detalyado at i- wire ang isang kasalukuyang transpormer upang masukat ang kasalukuyang AC sa tulong ng isang Arduino. Malalaman din naming matukoy ang mga ratio ng liko ng isang hindi kilalang kasalukuyang transpormer.

Kasalukuyang Transformer

Tulad ng naunang nabanggit ko, ang isang kasalukuyang transpormer ay isang transpormer na dinisenyo upang masukat ang kasalukuyang. Ang nasa itaas na nagpapakita ng dalawang mga transformer na kasalukuyang mayroon ako ay tinatawag na isang window-type na kasalukuyang transpormer o karaniwang kilala bilang isang core-balance transforme r.

Paano Gumagawa ang Kasalukuyang Transformer?

Ang pangunahing prinsipyo ng kasalukuyang transpormer ay pareho ng isang boltahe transpormer, magkapareho boltahe transpormer ang kasalukuyang transpormer ay binubuo din ng isang pangunahing paikot-ikot at isang pangalawang paikot-ikot. Kapag ang isang alternating kasalukuyang elektrisidad ay dumaan sa pangunahing paikot-ikot ng transpormer, ang alternating magnetic flux ay ginawa, na nagdudulot ng isang alternating kasalukuyang sa pangalawang paikot-ikot sa puntong ito maaari mong sabihin na halos kapareho nito ng isang boltahe transpormer kung iniisip mo na narito ang pagkakaiba.

Pangkalahatan, ang isang kasalukuyang transpormer ay laging nasa isang maikling kundisyon ng circuit na may tulong ng isang resistor ng pasanin, din, ang kasalukuyang dumadaloy sa pangalawang paikot-ikot na nakasalalay lamang sa pangunahing kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng conductor.

Kasalukuyang Pagbuo ng Transformer

Upang mabigyan ka ng isang mas mahusay na pag-unawa, binagsak ko ang isa sa aking kasalukuyang mga transformer na makikita mo sa imahe sa itaas.

Makikita sa imahe na ang isang napaka manipis na kawad ay nasugatan sa paligid ng isang toroidal core na materyal, at isang hanay ng mga wire ang lalabas mula sa transpormer. Ang pangunahing paikot-ikot ay isang solong kawad lamang na konektado sa serye na may karga at nagdadala ng maramihang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng pagkarga.

Kasalukuyang Ratio ng Transformer

Sa pamamagitan ng paglalagay ng isang kawad sa loob ng bintana ng kasalukuyang transpormer, maaari kaming bumuo ng isang solong loop at ang ratio ng mga liko ay nagiging 1: N.

Tulad ng anumang iba pang mga transformer, ang isang kasalukuyang transpormer ay dapat masiyahan ang equation ng amp-turn ratio na ipinapakita sa ibaba.

TR = Np / Ns = Ip / Ay

Kung saan, TR = Trans Ratio

Np = Bilang ng pangunahing Mga Pagliko

Ns = Bilang ng Mga Pagdating ng Pangalawang

Ip = Kasalukuyan sa pangunahing Paikot-ikot

Ay = Kasalukuyan sa Secondary Winding

Upang hanapin ang pangalawang kasalukuyang, muling ayusin ang equation sa

Ay = Ip x (Np / NS)

Tulad ng nakikita mo sa imahe sa itaas, ang pangunahing paikot-ikot ng transpormer ay binubuo ng isang paikot-ikot at ang pangalawang paikot-ikot ng transpormer ay binubuo ng libu-libong mga paikot-ikot kung ipinapalagay namin na 100A ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng pangunahing paikot-ikot, ang pangalawang kasalukuyang magiging 5A. Kaya, ang ratio sa pagitan ng pangunahin hanggang pangalawang ay nagiging 100A hanggang 5A o 20: 1. Kaya, masasabing ang pangunahing kasalukuyang ay 20 beses na mas mataas kaysa sa pangalawang kasalukuyang.

Tandaan! Mangyaring tandaan na ang kasalukuyang ratio ay hindi pareho ng ratio ng mga liko.

Ang lahat ng pangunahing teorya ay wala sa paraan, maaari nating ibalik ang aming pagtuon sa pagkalkula ng ratio ng mga liko ng kasalukuyang transpormer sa kamay.

Kasalukuyang Error sa Transformer

Ang bawat circuit ay may ilang mga error. Ang mga kasalukuyang transformer ay hindi naiiba; mayroong umiiral na iba't ibang mga error sa isang kasalukuyang transpormer. Ang ilan sa mga ito ay inilarawan sa ibaba

Error sa Ratio sa Kasalukuyang Transformer

Ang pangunahing kasalukuyang ng kasalukuyang transpormer ay hindi eksaktong katumbas ng pangalawang kasalukuyang pinarami ng turn ratio. Ang isang bahagi ng kasalukuyang ay natupok ng core ng transpormer upang makuha ito sa isang estado ng paggulo.

Phase Angle Error sa Kasalukuyang Transformer

Para sa isang perpektong CT, ang pangunahin at pangalawang kasalukuyang vector ay zero. Ngunit sa isang aktwal na Kasalukuyang Transformer, palaging magkakaroon ng pagkakaiba sapagkat ang pangunahing kailangang magbigay ng kasalukuyang paggulo sa core at magkakaroon ng isang maliit na pagkakaiba-iba ng bahagi.

Paano Bawasan ang Error sa isang Kasalukuyang Transformer?

Palaging kinakailangan upang mabawasan ang mga error sa isang system upang makamit ang mas mahusay na pagganap. Kaya, sa pamamagitan ng mga hakbang sa ibaba, makakamit iyon ng isa

Paggamit ng isang core na may isang mataas na pagkamatagusin na may isang mababang hysteresis magnetic material.
Ang halaga ng resistor ng pasan ay dapat na malapit sa kinakalkula na halaga.
Ang panloob na impedance ng pangalawang ay maaaring ibaba.

Bumalik Pagkalkula ng Turns Ratio ng isang Kasalukuyang Transformer

Ang pag-set up ng pagsubok ay ipinakita sa larawan sa itaas na ginamit ko upang malaman ang ratio ng mga liko.

Tulad ng nabanggit ko dati, ang Kasalukuyang Transformer (CT) na pagmamay-ari ko ay walang anumang pagtutukoy o bahagi ng numero dahil lamang nailigtas ko sila mula sa isang sirang metro ng kuryente sa sambahayan. Kaya, sa puntong ito, kailangan nating malaman ang ratio ng mga liko upang maitakda nang maayos ang halaga ng Burden Resistor, kung hindi man, lahat ng uri ng mga isyu ay ipapakilala sa system, na pag-uusapan ko pa tungkol sa paglaon sa artikulo.

Sa tulong ng batas ng ohm, ang ratio ng liko ay maaaring madaling malaman ngunit bago iyon, kailangan kong sukatin ang malaking 10W, 1K risistor na kumikilos bilang isang pag-load sa circuit, at kailangan ko ring makakuha ng isang di- makatwirang resistor sa pasan upang malaman ang ratio ng liko.

Ang Load Resistor

Ang Burden Resistor

Buod ng lahat ng mga halaga ng sangkap sa panahon ng pagsubok

Input Boltahe Vin = 31.78 V

Paglaban sa Load RL = 1.0313 KΩ

Burden Resistance RB = 678.4 Ω

Output Voltage Vout = 8.249 mV o 0.008249 V

Ang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng resistor ng pag-load ay

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

Kaya't alam natin ngayon ang kasalukuyang pag-input, na kung saan ay 0.03080A o 30.80 mA

Alamin natin ang kasalukuyang output

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

Ngayon, upang makalkula ang ratio ng mga liko, kailangan nating hatiin ang pangunahing kasalukuyang sa pangalawang kasalukuyang.

Lumiliko ang Ratio n = Pangunahing Kasalukuyang / Pangalawang sekundaryo n = 0.03080 / 0.0000121594 = 2,533.1972

Kaya ang Kasalukuyang Transformer ay binubuo ng 2500 liko (pag-ikot ng halaga)

Tandaan! Mangyaring tandaan na ang mga error ay kadalasang sanhi ng aking patuloy na pagbabago ng input boltahe at pagpaparaya ng multimeter.

Kinakalkula ang isang Angkop na Laki ng Burden Resistor

Ang CT na ginamit dito ay isang kasalukuyang uri ng output. Kaya upang masukat ang kasalukuyang, kailangan itong i-convert sa isang uri ng boltahe. Ang artikulong ito, sa website ng openenergymonitor, ay nagbibigay ng isang mahusay na ideya tungkol sa kung paano namin magagawa iyon kaya susundin ko ang artikulo

Burden Resistor (ohms) = (AREF * CT TURNS) / (2√2 * max pangunahing pangunahing kasalukuyang)

Kung saan, AREF = Analog na sanggunian boltahe ng module ng ADS1115 na nakatakda sa 4.096V.

CT TURNS = Hindi ng pangalawang pagliko, na dati naming kinakalkula.

Max Pangunahing Kasalukuyan = maximum na pangunahing kasalukuyang, na ililipad sa pamamagitan ng CT.

Tandaan! Ang bawat CT ay may Maximum na kasalukuyang rating na lampas sa rating na iyon ay hahantong sa pangunahing saturation at sa huli ay mga error sa linearity na hahantong sa error sa pagsukat

Tandaan! Ang maximum na kasalukuyang rating ng metro ng enerhiya ng sambahayan ay 30A, kaya pupunta ako para sa halagang iyon.

Burden Resistor (ohms) = (4.096 * 2500) / (2√2 * 30) = 120.6 Ω

Ang 120.6Ω ay hindi isang pangkaraniwang halaga, iyon ang dahilan kung bakit gagamit ako ng tatlong resistors sa serye upang makakuha ng 120Ω resistor-halaga. Matapos ikonekta ang mga resistors sa CT, gumawa ako ng ilang mga pagsubok upang makalkula ang maximum na boltahe ng output mula sa CT.

Matapos ang pagsubok, napansin na kung ang 1mA kasalukuyang pinakain sa pamamagitan ng pangunahing ng kasalukuyang transpormer, ang output ay 0.0488mV RMS. Sa pamamagitan nito, maaari nating kalkulahin kung ang kasalukuyang 30A ay pinalipad sa pamamagitan ng CT ang boltahe ng output ay 30000 * 0.0488 = 1.465V.

Ngayon, sa mga pagkalkula na tapos na, itinakda ko ang ADC makakuha sa 1x makakuha na kung saan ay +/- 4.096V, na nagbibigay sa amin ng 0.125mV buong-scale na resolusyon. Sa pamamagitan nito, makakalkula namin ang minimum na kasalukuyang maaaring masusukat sa setup na ito. Alin ang naging 3mA b sapagkat ang resolusyon ng ADC ay itinakda sa 0.125mV.

Kinakailangan ang Mga Bahagi

Isulat ang lahat ng bahagi nang walang talahanayan

Sl. Hindi	Mga Bahagi	Uri	Dami
1	CT	Uri ng Window	1
2	Arduino Nano	Generic	1
3	AD736	IC	1
4	ADS1115	16-Bit ADC	1
5	LMC7660	IC	1
6	120Ω, 1%	Resistor	1
7	10uF	Kapasitor	2
8	33uF	Kapasitor	1
9	Breadboard	Generic	1
10	Jumper Wires	Generic	10

Diagram ng Circuit

Ipinapakita ng iskemang nasa ibaba ang gabay sa hookup para sa kasalukuyang pagsukat gamit ang kasalukuyang transpormer

Ganito ang hitsura ng circuit sa breadboard.

Kasalukuyang Paggawa ng Circuit ng Pagsukat

Sa isang nakaraang tutorial, ipinakita ko sa iyo kung paano tumpak na masukat ang Tunay na boltahe ng RMS sa tulong ng AD736 IC at kung paano i-configure ang isang lumipat na circuit ng converter ng boltahe ng capacitor na bumubuo ng isang negatibong boltahe mula sa isang positibong boltahe ng pag-input, sa tutorial na ito, ginagamit namin kapwa ang mga IC mula sa mga tutorial na ito.

Para sa pagpapakitang ito, ang circuit ay itinayo sa isang solderless Breadboard, sa tulong ng eskematiko; Gayundin, ang boltahe ng DC ay sinusukat sa tulong ng isang 16bit ADC para sa mas mahusay na kawastuhan. At sa pagpapakita ko ng circuit sa isang breadboard upang mabawasan ang parasitiko, gumamit ako ng maraming mga jumper cables hangga't maaari.

Arduino Code para sa Kasalukuyang Pagsukat

Dito ginagamit ang Arduino upang ipakita ang mga sinusukat na halaga sa serial monitor window. Ngunit sa isang maliit na pagbabago sa code, maaaring madaling ipakita ng isa ang mga halaga sa 16x2 LCD. Alamin ang interfacing ng 16x2 LCD sa Arduino dito.

Ang kumpletong code para sa kasalukuyang transpormer ay matatagpuan sa dulo ng seksyong ito. Dito ipinaliwanag ang mahahalagang bahagi ng programa.

Nagsisimula kami sa pamamagitan ng pagsasama ng lahat ng kinakailangang mga file ng mga library. Ginagamit ang library ng Wire upang makipag-usap sa pagitan ng Arduino at ng module ng ADS1115 at tinutulungan kami ng Adafruit_ADS1015 library na basahin ang data at sumulat ng mga tagubilin sa modyul.

# isama # isama

Susunod, tukuyin ang MULTIPLICATION_FACTOR na ginagamit upang makalkula ang kasalukuyang halaga mula sa halaga ng ADC.

#define MULTIPLICATION_FACTOR 0.002734 / * factor upang makalkula ang aktwal na kasalukuyang halaga * / Adafruit_ADS1115 mga ad; / * Gamitin ito para sa 16-bit na bersyon ADS1115 * /

Ang 16-bit ADC ay dumura ng 16-bit na haba ng integer kaya ginamit ang variable na int16_t . Tatlong iba pang mga variable ang ginagamit, isa upang maiimbak ang halaga ng RAW para sa ADC, isa upang maipakita ang aktwal na boltahe sa ADC pin at sa wakas ay isa upang ipakita ang halagang ito ng boltahe sa kasalukuyang halaga.

int16_t adc1_raw_value; / * variable upang mag-imbak ng hilaw na halaga ng ADC * / float sinusukat_voltae; / * variable upang maiimbak ang sinusukat na boltahe * / kasalukuyang float; / * variable upang maiimbak ang kinakalkula kasalukuyang * /

Simulan ang seksyon ng pag-setup ng code sa pamamagitan ng pagpapagana ng serial output na may 9600 baud. Pagkatapos i-print ang nakuha ng ADC na itinakda; ito ay dahil ang boltahe na higit sa tinukoy na halaga ay maaaring tiyak na makapinsala sa aparato.

Itakda ngayon ang nakuha ng ADC sa mga ads.setGain (GAIN_ONE); ang pamamaraan na nagtatakda ng 1-bit na resolusyon sa 0.125mV

Pagkatapos nito, ang pamamaraan ng pagsisimula ng ADC ay tinawag na nagtatakda ng lahat sa module ng hardware at conversion ng stats.

void setup (void) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Pagkuha ng mga solong natapos na pagbabasa mula sa AIN0..3"); // some debug information Serial.println ("Saklaw ng ADC: +/- 4.096V (1 bit = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // Ang hanay ng input ng ADC (o makakuha) ay maaaring mabago sa pamamagitan ng mga sumusunod na // function, ngunit mag-ingat na huwag lumampas sa VDD + 0.3V max, o upang // lumampas sa itaas at mas mababang mga limitasyon kung aayusin mo ang saklaw ng pag-input! // Ang maling pagtatakda ng mga halagang ito ay maaaring makasira sa iyong ADC! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x gain +/- 6.144V 1 bit = 3mV 0.1875mV (default) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x gain +/- 4.096V 1 bit = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x gain +/- 2.048V 1 bit = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x gain +/- 1.024V 1 bit = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT);// 8x gain +/- 0.512V 1 bit = 0.25mV 0.015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x gain +/- 0.256V 1 bit = 0.125mV 0.0078125mV ads.begin (); }

Sa seksyon ng loop , nabasa ko ang hilaw na halaga ng ADC at iniimbak ito sa dating nabanggit na variable para magamit sa paglaon. Pagkatapos ay i-convert ang hilaw na halaga ng ADC sa mga halaga ng boltahe para sa pagsukat at kalkulahin ang kasalukuyang halaga at ipakita ito sa window ng serial monitor.

void loop (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); sinusukat_voltae = adc1_raw_value * (4.096 / 32768); kasalukuyang = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("Halaga ng ADC:"); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Nasukat na Boltahe:"); Serial.println (sinusukat_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Kinakalkula Kasalukuyang:"); Serial.print (val, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); pagkaantala (500); }

Tandaan! Kung wala kang library para sa module ng ADS1115, kailangan mong isama ang library sa Arduino IDE, mahahanap mo ang library sa GitHub repository na ito.

Ang kumpletong Arduino code ay ibinibigay sa ibaba:

# isama #include #define MULTIPLICATION_FACTOR 0.002734 / * factor upang makalkula ang aktwal na kasalukuyang halaga * / # tukuyin ang ADC_MAX_VALUE 32768 / * maximum na halaga na ang ADC ay gumagawa * / #define ADC_GAIN 4.096 Adafruit_ADS1115 ads; / * Gamitin ito para sa bersyon ng 16-bit na ADS1115 * / int16_t adc1_raw_value; / * variable upang mag-imbak ng hilaw na halaga ng ADC * / float sinusukat_voltae; / * variable upang maiimbak ang sinusukat na voltae * / float kasalukuyang; / * variable upang maiimbak ang kinakalkula kasalukuyang * / void setup (void) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Pagkuha ng mga solong natapos na pagbabasa mula sa AIN0..3"); // some debug information Serial.println ("Saklaw ng ADC: +/- 4.096V (1 bit = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // Ang saklaw ng pag-input ng ADC (o makakuha) ay maaaring mabago sa pamamagitan ng mga sumusunod na // function, ngunit mag-ingat na huwag lumampas sa VDD + 0.3V max,o upang // lumampas sa itaas at mas mababang mga limitasyon kung isasaayos mo ang saklaw ng pag-input! // Ang maling pagtatakda ng mga halagang ito ay maaaring makasira sa iyong ADC! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x gain +/- 6.144V 1 bit = 3mV 0.1875mV (default) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x gain +/- 4.096V 1 bit = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x gain +/- 2.048V 1 bit = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x gain +/- 1.024V 1 bit = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT); // 8x gain +/- 0.512V 1 bit = 0.25mV 0.015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x gain +/- 0.256V 1 bit = 0.125mV 0.0078125mV ads.begin (); } void loop (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); sinusukat_voltae = adc1_raw_value * (ADC_GAIN / ADC_MAX_VALUE); kasalukuyang = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("Halaga ng ADC:"); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Nasukat na Boltahe:"); Serial.print (sinusukat_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Kinakalkula Kasalukuyang:"); Serial.print (kasalukuyang, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); pagkaantala (500); }

Pagsubok sa Circuit

Mga tool na ginamit upang subukan ang circuit

2 60W maliwanag na ilaw bombilya
Meco 450B + TRMS Multimeter

Upang subukan ang circuit ginamit ang setup sa itaas. Ang kasalukuyang dumadaloy mula sa CT patungo sa multimeter, pagkatapos ay babalik ito sa linya ng kuryente ng pangunahing.

Kung nagtataka ka kung ano ang ginagawa ng isang board ng FTDI sa setup na ito, hayaan mong sabihin ko sa iyo na ang onboard USB sa serial converter ay hindi gumagana, kaya kailangan kong gumamit ng isang FTDI converter bilang isang USB sa serial converter.

Karagdagang Mga Pagpapahusay

Ang ilang mga pagkakamali ng mA na nakita mo sa video (ibinigay sa ibaba) ay dahil lamang sa nagawa ko ang circuit sa isang breadboard, kaya maraming mga isyu sa lupa.

Inaasahan kong nagustuhan mo ang artikulong ito at may natutunan na bago dito. Kung mayroon kang anumang pag-aalinlangan, maaari kang magtanong sa mga komento sa ibaba o maaaring magamit ang aming mga forum para sa detalyadong talakayan.