Sukatin ang Frequency ng Mains Gamit ang Arduino: 7 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Noong ika-3 ng Abril, Punong Ministro ng India, Shri. Umapela si Narendra Modi sa mga Indian na patayin ang kanilang ilaw at magsindi ng ilawan (Diya) ng 9:00 ng gabi noong ika-5 ng Abril upang markahan ang laban ng India laban kay Corona Virus. Pagkatapos lamang ng anunsyo, mayroong malaking kaguluhan sa social media na nagsasabing magreresulta ito sa isang kumpletong blackout dahil sa pagkabigo ng electric grid.

Ako, bilang isang mag-aaral sa electrical engineering, nais na makita ang epekto ng biglang pagbawas ng load sa electric grid. Ang isa sa mga parameter na apektado ay ang Frequency. Kaya, nagpasya akong gumawa ng isang aparato upang masukat ang dalas ng boltahe mula sa isang outlet ng kuryente sa aking bahay. Mangyaring tandaan na para sa maliit na eksperimentong ito ng sinusukat na halaga ay hindi mahalaga dahil nais ko lamang na obserbahan ang mga pagbabago sa dalas.

Sa Instructable na ito, mabilis kong ipapaliwanag kung paano maaaring mabigo ang isang grid at pagkatapos ay ipakita sa iyo kung paano ko sinukat ang dalas.

Hakbang 1: Bakit Mag-alala?

Ang isang electric grid ay maaaring mabigo dahil sa maraming mga kadahilanan na ang isa sa mga ito ay isang biglaang pagbawas ng load. Susubukan kong ipaliwanag ito sa pinakasimpleng paraan na posible na maunawaan ito ng isang tao na walang de-koryenteng background.

Ano ang Frequency? Ito ang bilang ng beses na inuulit ang isang alon ng AC sa isang segundo. Ang dalas sa India ay 50Hz na nangangahulugang ang isang AC wave ay paulit-ulit na 50 beses sa isang segundo.

Sa anumang planta ng kuryente, mayroong isang turbine na kung saan ay isang paikot na mekanikal na aparato na kumukuha ng enerhiya mula sa daloy ng likido (singaw, tubig, gas, atbp) at ginagawang kapaki-pakinabang na gawain (mekanikal na enerhiya). Ang turbine na ito ay konektado (isinama) sa isang generator. Pagkatapos ay i-convert ng isang generator ang enerhiyang mekanikal na ito sa elektrikal na enerhiya na nakukuha namin sa aming tahanan.

Isaalang-alang natin ang isang planta ng lakas ng singaw para sa paliwanag na ito. Dito, ang singaw na may mataas na presyon ay ginagamit upang paikutin ang isang turbine na kung saan ay paikutin ang generator at nabuo ang elektrisidad. Hindi ko tatalakayin kung paano gumagana ang isang generator ngunit tandaan lamang na ang dalas ng nabuong boltahe ay direktang nauugnay sa bilis ng pag-ikot ng generator. Kung tumataas ang bilis, tumataas ang dalas, at kabaliktaran. Ipagpalagay na ang generator ay hindi nakakonekta sa anumang karga. Ang generator ay dinala sa bilis sa pamamagitan ng pagtaas ng singaw input sa turbine hanggang sa ang dalas ay naging 50Hz. Handa na ang generator na maghatid ng lakas. Sa sandaling ang generator ay konektado sa pag-load (o grid), ang kasalukuyang nagsisimulang dumaloy sa pamamagitan ng paikot-ikot na ito at ang bilis nito ay bumababa at sa gayon ang dalas. Ngunit ayon sa mga pamantayan sa regulasyon, ang dalas ay dapat nasa loob ng isang tukoy na banda. Sa India ito ay +/- 3% ibig sabihin, 48.5Hz hanggang 51.5Hz. Ngayon, upang mabayaran ang nabawasan na dalas dahil sa pagbawas ng bilis, nadagdagan ang singaw ng singaw hanggang sa maging 50Hz muli ang dalas. Nagpapatuloy ang prosesong ito. Ang pagtaas ng load, pagbaba ng bilis, pagbawas ng dalas, pagtaas ng singaw ay nadagdagan at ang generator ay dinala sa bilis. Ang lahat ng ito ay awtomatikong ginagawa gamit ang isang aparato na tinatawag na Gobernador. Sinusubaybayan nito ang bilis (o dalas) ng generator at inaayos ang input ng singaw nang naaayon. Dahil ang karamihan sa bahagi ay mekanikal tumatagal ng ilang segundo (ibig sabihin, mataas na oras na pare-pareho) para magkabisa ang mga pagbabago.

Ngayon, isaalang-alang natin na ang buong pagkarga sa generator ay biglang tinanggal. Mas mabilis ang generator sa itaas ng normal na bilis nito dahil mas maaga nating nadagdagan ang singaw ng input upang mabayaran ang nadagdagang karga. Bago maramdaman at mabago ng gobernador ang input ng singaw, ang bilis ng bilis ng generator na ang dalas ay tumatawid sa itaas na limitasyon nito. Dahil hindi ito pinahihintulutan alinsunod sa mga pamantayan sa regulasyon, ang mga biyahe ng generator (o hindi nakakonekta) mula sa grid dahil sa sobrang dalas.

Sa India, mayroon kaming One Nation - One Grid na nangangahulugang ang lahat ng mga generator sa India ay konektado sa isang solong grid. Nakakatulong ito sa pagpapadala ng kapangyarihan sa anumang bahagi ng bansa. Ngunit may isang kawalan. Ang isang napakalaking kasalanan sa anumang bahagi ng bansa ay maaaring kumalat nang mabilis sa iba pang mga bahagi na nagreresulta sa pagbagsak ng buong grid. Kaya, ang isang buong bansa ay naiwan na walang kapangyarihan!

Hakbang 2: Ang Plano

Ang plano ay upang sukatin ang dalas ng boltahe sa tinukoy na agwat.

Ang isang center-tapped transpormer ay ginagamit upang bumaba ng 230V AC hanggang 15V AC.

Nagbibigay ang RTC Module ng aktwal na oras.

Ang parehong data (Oras at Frequency) ay maiimbak sa Micro SD card sa dalawang magkakahiwalay na mga file. Matapos ang pagsubok, ang data ay maaaring mai-import sa isang sheet ng Excel upang makabuo ng grap.

Gagamitin ang isang LCD Display upang maipakita ang dalas.

Mag-ingat! Haharapin mo ang nakamamatay na boltahe ng AC Mains. Magpatuloy lamang kung alam mo kung ano ang iyong ginagawa. Ang kuryente ay hindi nagbibigay ng pangalawang pagkakataon

Hakbang 3: Mga Bagay na Kakailanganin Mo

1x Arduino Nano

1x 16x2 LCD Display

1x DS3231 Real Time Clock Module

1x Micro SD Card Module

1x Center Tapped Transformer (15V-0-15V)

2x 10k Resistor

1x 1k Resistor

1x 39k Resistor

1x 2N2222A NPN Transistor

1x 1N4007 Diode

Hakbang 4: Pagsasama-sama ng Mga Bagay

Ang eskematiko para sa pagbuo ay nakakabit dito. Itatayo ko ito sa isang breadboard ngunit maaari mo itong gawing mas permanenteng sa pamamagitan ng paggamit ng isang perfboard o gumawa ng isang pasadyang PCB.

Pagpili ng tamang halaga ng 'R3' para sa iyong transpormer:

Ang R3 at R4 ay bumubuo ng isang divider ng boltahe at ang mga halaga ay pinili tulad ng ang rurok ng boltahe ng AC ay hindi hihigit sa 5V. Kaya, kung nagpaplano kang gumamit ng isa pang transpormer na may iba't ibang mga rating, pagkatapos ay dapat mo ring baguhin ang R3. Tandaan na ang mga rating ng boltahe na ibinigay sa isang transpormer ay nasa RMS. Sa aking kaso, ito ay 15-0-15.

Gumamit ng isang multimeter upang mapatunayan ito. Ang sinusukat na boltahe ay halos higit sa 15V. Sa aking kaso, ito ay sa paligid ng 17.5V. Ang rurok na halaga ay magiging 17.5 x sqrt (2) = 24.74V. Ang boltahe na ito ay mas mataas kaysa sa maximum na boltahe ng Gate-Emitter (6V) ng 2N2222A Transistor. Maaari nating kalkulahin ang halaga ng R3 gamit ang boltahe divider formula na ipinakita sa larawan sa itaas.

Mga koneksyon para sa Module ng SD Card:

Gumagamit ang module ng SPI para sa komunikasyon.

• MISO hanggang D12
• MOSI hanggang D11
• SCK hanggang D13
• CS / SS sa D10 (Maaari kang gumamit ng anumang pin para sa Chip Select)

Tiyaking ang SD card ay unang nai-format bilang FAT.

Mga koneksyon para sa RTC Module

Ang modyul na ito ay gumagamit ng I2C para sa komunikasyon.

• SDA hanggang A4
• SCL hanggang A5

Mga koneksyon para sa LCD Display

• RST hanggang D9
• EN hanggang D8
• D4 hanggang D7
• D5 hanggang D6
• D6 hanggang D5
• D7 hanggang D4
• R / W sa GND

Hakbang 5: Oras para sa Coding

Ang code ay nakalakip dito. I-download at buksan ito gamit ang Arduino IDE. Bago mag-upload, tiyaking na-install mo ang DS3231 Library. Natagpuan ko ang ilang kapaki-pakinabang na impormasyon sa website na ito.

Pagse-set up ng RTC:

1. Ipasok ang isang bateryang 2032-type na coin cell.
2. Buksan ang DS3231_Serial_Easy mula sa mga halimbawang tulad ng ipinakita.
3. Alisan ng puna ang 3 mga linya at ipasok ang oras at petsa tulad ng ipinakita sa larawan.
4. I-upload ang sketch sa Arduino at buksan ang serial monitor. Itakda ang rate ng baud sa 115200. Dapat mong makita ang oras na patuloy na nagre-refresh bawat 1 sec.
5. Ngayon, i-unplug ang Arduino at i-plug ito muli pagkalipas ng ilang segundo. Tingnan ang serial monitor. Dapat itong magpakita ng real-time.

Tapos na! Naitakda na ang RTC. Ang hakbang na ito ay kailangang gawin nang isang beses lamang upang maitakda ang petsa at oras.

Hakbang 6: Pinoproseso ang Data

Kapag natapos ang pagsubok, alisin ang micro SD card mula sa module at ikonekta ito sa iyong computer gamit ang isang card reader. Magkakaroon ng dalawang mga file ng teksto na pinangalanan bilang FREQ.txt at TIME.txt.

Kopyahin ang nilalaman mula sa mga file na ito at i-paste ito sa isang excel sheet sa dalawang magkakahiwalay na haligi (Oras at Freq).

Mag-click sa Ipasok> Tsart. Dapat na awtomatikong suriin ng Excel ang data sa sheet at balangkas ang graph.

Taasan ang resolusyon ng patayong axis upang ang mga pagbabagu-bago ay malinaw na nakikita. Sa Google Sheets, Ipasadya> Vertical axis> Min. = 49.5 at Max. = 50.5

Hakbang 7: Mga Resulta

Malinaw na nakikita natin ang isang bahagyang pagtaas ng dalas habang ang mga pag-load ay napuputol sa paligid ng 9:00 pm (21:00) at isang pagbawas ng dalas bandang 9:10 pm (21:10) habang ang mga pag-load ay nakabukas muli. Walang pinsala sa grid tulad ng dalas ay mahusay sa loob ng tolerance band (+/- 3%) ibig sabihin 48.5Hz hanggang 51.5Hz.

Isang tweet mula sa Ministro ng Estado sa Pamahalaan ng India, Kinumpirma ni G. R K Singh na ang mga resulta na nakuha ko ay medyo tumpak.

Salamat sa pagdikit hanggang sa huli. Inaasahan kong mahal ninyong lahat ang proyektong ito at may natutunan na bagong araw ngayon. Ipaalam sa akin kung gumawa ka ng isa para sa iyong sarili. Mag-subscribe sa aking YouTube channel para sa mas maraming mga nasabing proyekto.