Arduino का उपयोग करके AC पावर फैक्टर को कैसे मापें: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

हेलो सब लोग! यह मेरा तीसरा निर्देश योग्य है, आशा है कि आपको यह जानकारीपूर्ण लगेगा:-) यह एक निर्देश योग्य होगा कि कैसे एक Arduino का उपयोग करके एक बुनियादी शक्ति कारक मापन किया जाए। शुरू करने से पहले हमें कुछ बातों का ध्यान रखना चाहिए:

1. यह केवल LINEAR भार (जैसे आगमनात्मक मोटर्स, ट्रांसफार्मर, सोलनॉइड) के साथ काम करेगा।
2. यह नॉन-लाइनर (जैसे सीएफएल बल्ब, स्विच मोड पावर सप्लाई, एलईडी) के साथ काम नहीं करेगा।
3. मैं एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर हूं और मुख्य क्षमता (यानी 230V) के साथ काम करते समय बहुत सक्षम हूं।

चेतावनी! यदि आप प्रशिक्षित नहीं हैं या मेन वोल्टेज के साथ सही तरीके से काम करना नहीं जानते हैं, तो मेरा सुझाव है कि आप इंस्ट्रक्शनल के उस हिस्से के साथ आगे न बढ़ें और मैं आपको सर्किट के कामों को साबित करने का एक सुरक्षित तरीका दिखाऊंगा।

यह रैखिक भार में पीएफ को मापने की समस्या का एक हार्डवेयर समाधान है। यह विशुद्ध रूप से कोड के माध्यम से भी किया जा सकता है, जिसमें गैर-रेखीय भार को मापने की क्षमता भी शामिल है, जिसे मैं एक अन्य निर्देश में कवर करने का लक्ष्य रखूंगा।

इसे पढ़ने वाले किसी भी शुरुआती लोगों के लाभ के लिए, पावर फैक्टर वास्तविक शक्ति का स्पष्ट शक्ति का अनुपात है और आपूर्ति वोल्टेज और वर्तमान के बीच चरण कोण के कोसाइन को ढूंढकर गणना की जा सकती है (Google से संलग्न छवि देखें)। यह एसी अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है क्योंकि "अपरेंट पावर" (वोल्ट-एम्पीयर) की गणना वोल्टेज को करंट से गुणा करके आसानी से की जा सकती है। हालांकि वास्तविक शक्ति या "सच्ची शक्ति" (वाट) प्राप्त करने के लिए स्पष्ट शक्ति को शक्ति कारक से गुणा किया जाना चाहिए ताकि वाट में शक्ति का सही माप हो सके। यह केवल उन भारों पर लागू होता है जिनमें एक महत्वपूर्ण आगमनात्मक या कैपेक्टिव घटक (जैसे मोटर) होता है। बिजली के हीटर या तापदीप्त बल्बों जैसे विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक भार में 1.0 (एकता) का शक्ति कारक होता है और इसलिए सच्ची शक्ति और स्पष्ट शक्ति समान होती है।

चरण 1: सर्किट डिजाइन

वोल्टेज और करंट सिग्नल के बीच के समय के अंतर को मापकर, एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करके पावर फैक्टर की गणना की जा सकती है। इन्हें तरंग के किसी भी बिंदु पर तब तक मापा जा सकता है, जब तक इनका नमूना उसी स्थान पर लगाया जाता है। इस मामले में शून्य क्रॉसिंग पॉइंट्स (लहर में बिंदु जहां वोल्टेज एक्स-अक्ष को पार कर गया) के बीच मापना तर्कसंगत था।

मैंने निम्नलिखित सर्किट को मल्टीसिम में डिज़ाइन किया है। लोड को करंट और वोल्टेज को शुद्ध साइनसॉइडल वेवफॉर्म मानते हुए, पावर फैक्टर को मापा जा सकता है। प्रत्येक तरंग को एक शून्य क्रॉसिंग डिटेक्टर (कभी-कभी साइन टू स्क्वायर वेव कन्वर्टर के रूप में जाना जाता है) में फीड किया जाता है, जो कि तुलनित्र मोड में केवल एक 741 ऑप-एम्प होता है जहां तुलना वोल्टेज 0V होता है। जब साइन लहर नकारात्मक चक्र में होती है तो एक नकारात्मक डीसी पल्स उत्पन्न होती है, और जब साइन लहर सकारात्मक होती है तो एक सकारात्मक डीसी पल्स उत्पन्न होती है। दो वर्ग तरंगों की तुलना एक विशेष OR (XOR) लॉजिक गेट का उपयोग करके की जाती है, जो एक सकारात्मक उच्च DC पल्स का उत्पादन तभी करेगी जब वर्ग तरंगें ओवरलैप न हों, और 0V जब वे ओवरलैप हों। एक्सओआर गेट का आउटपुट इसलिए दो तरंगों के बीच का समय अंतर (डेल्टा टी) है, जिस बिंदु से वे शून्य बिंदु को पार करते हैं। यह अंतर संकेत तब एक माइक्रोकंट्रोलर द्वारा समयबद्ध किया जा सकता है और निम्नलिखित गणना का उपयोग करके पावर फैक्टर में परिवर्तित किया जा सकता है (सुनिश्चित करें कि आपका वैज्ञानिक कैलकुलेटर डिग्री में है न कि रेडियन):

कॉस (फी) = एफ * डीटी * 360

कहा पे:

cos(phi) - शक्ति कारक

च - मापा आपूर्ति की आवृत्ति

dt - डेल्टा t या तरंगों के बीच समय का अंतर

360 - डिग्री में उत्तर देने के लिए उपयोग किया जाने वाला स्थिरांक

तस्वीरों में आप सर्किट के लिए तीन नकली आस्टसीलस्कप निशान देखेंगे। दो इनपुट सिग्नल लोड को करंट और वोल्टेज का प्रतिनिधित्व करते हैं। मैंने सिद्धांत को प्रदर्शित करने के लिए दूसरा संकेत 18 डिग्री का एक चरण अंतर दिया है। यह लगभग 0.95 का पीएफ देता है।

चरण 2: प्रोटोटाइप और परीक्षण

अपने प्रोटोटाइप बिल्ड के लिए मैंने सर्किट डिज़ाइन को सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड पर रखा। UA741CN डेटाशीट और CD4070CN डेटाशीट से दोनों IC की 12-15 Vdc आपूर्ति बंद हो जाती है, इसलिए मैंने एक दोहरी रेल + 12V, 0V, -12V वोल्ट बिजली की आपूर्ति करने के लिए दो बैटरी का उपयोग करके संचालित किया।

एक लोड का अनुकरण

आप दोहरे चैनल सिग्नल जनरेटर या फ़ंक्शन जनरेटर का उपयोग करके लोड का अनुकरण कर सकते हैं। मैंने इस सस्ते और हंसमुख चीनी बॉक्स का उपयोग दो 50 हर्ट्ज साइन तरंगों को 18 डिग्री अलग करने के लिए किया, और सिग्नल को सर्किट में फीड किया। आप परिणामी तरंगों को एक आस्टसीलस्कप पर देख सकते हैं। ऊपर की तस्वीरों में आप दो ओवरलैपिंग स्क्वायर वेव्स (प्रत्येक ऑप-एम्प से आउटपुट) देख सकते हैं, और अन्य तीन चित्र एक्सओआर गेट के आउटपुट को दिखा रहे हैं। ध्यान दें कि कैसे घटते चरण कोण के साथ आउटपुट पल्स की चौड़ाई कम होती जाती है। उपरोक्त उदाहरण ९०, ४०, ० डिग्री दिखाते हैं।

चरण 3: Arduino कोड

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, माप सर्किट से आउटपुट दो इनपुट सिग्नल (यानी वर्तमान और वोल्टेज सिग्नल) के बीच का समय अंतर है। आर्डिनो कोड नैनो सेकंड में माप सर्किट से आउटपुट पल्स की लंबाई को मापने के लिए "पल्सइन" का उपयोग करता है और ऊपर वर्णित पीएफ फॉर्मूला में इसका उपयोग करता है।

कोड स्थिरांक को परिभाषित करके शुरू होता है, मुख्य रूप से कोड को अधिक व्यवस्थित और पठनीय बनाने के लिए। सबसे महत्वपूर्ण बात, सी कोड (आर्डिनो कोड) रेडियन में काम करता है डिग्री नहीं, इसलिए कोण और पीएफ की गणना के लिए रेडियन से डिग्री में रूपांतरण की आवश्यकता होती है। एक रेडियन लगभग है। 57.29577951 डिग्री। संख्या 360 भी संग्रहीत है और गुणन कारक 1x10^-6 नैनो सेकंड को सादे सेकंड में परिवर्तित करने के लिए। आवृत्ति को शुरुआत में भी परिभाषित किया जाता है, यदि आप 50 हर्ट्ज के अलावा किसी अन्य चीज़ का उपयोग कर रहे हैं तो सुनिश्चित करें कि यह कोड की शुरुआत में अपडेट किया गया है।

"शून्य लूप ()" के अंदर मैंने Arduino को पहले बताए गए PF फॉर्मूले के आधार पर कोण की गणना करने के लिए कहा है। इस कोड के मेरे पहले पुनरावृत्ति पर, कोड सही कोण और शक्ति कारक लौटाएगा, हालांकि प्रत्येक सही परिणाम के बीच सीरियल कंसोल में कुछ गलत कम मूल्य भी वापस आ जाएंगे। मैंने देखा कि यह या तो हर दूसरे पठन या हर चार माप था। मैंने हर चार लगातार रीडिंग के अधिकतम मूल्य को स्टोर करने के लिए "फॉर" लूप के अंदर एक "if" स्टेटमेंट रखा है। यह "angle_max" के विरुद्ध गणना की तुलना करके करता है जो प्रारंभ में शून्य है, और यदि यह बड़ा है तो "angle_max" के अंदर नया मान संग्रहीत करता है। यह पीएफ माप के लिए दोहराया जाता है। "फॉर" लूप में ऐसा करने का मतलब है कि सही कोण और पीएफ हमेशा लौटाए जाते हैं, लेकिन अगर मापा कोण बदलता है (उच्च या निचला), जब "के लिए" समाप्त होता है "एंगल_मैक्स" अगले परीक्षण के लिए शून्य पर रीसेट हो जाता है, जब " शून्य लूप ()" दोहराता है। Arduino वेबसाइट (https://www.arduino.cc/en/Tutorial/Calibration) पर यह कैसे काम करता है, इसका एक बहुत अच्छा उदाहरण है। दूसरा "अगर" सूत्र केवल परीक्षण के तहत डिवाइस के बंद होने पर गलत उच्च मापा जाने की स्थिति में 360 से अधिक के किसी भी मूल्य को वापस आने से रोकता है।

चरण 4: एसिड टेस्ट

जब तक आप एसी मेन वोल्टेज के साथ सुरक्षित रूप से काम करना नहीं जानते, तब तक निम्नलिखित का प्रयास न करें। यदि आप अपनी सुरक्षा के बारे में संदेह में हैं, तो दोहरे चैनल तरंग जनरेटर के साथ इनपुट संकेतों का अनुकरण करने का प्रयास करें।

एक अनुयायी के अनुरोध पर, मैंने सर्किट और सैंपलिंग/सेंसिंग सर्किट का बेहतर विचार देने के लिए फ्रिट्ज़िंग पर एक ब्रेडबोर्ड लेआउट बनाया है (मैंने.fzz फ़ाइल और एक-p.webp

यह साबित करने के लिए कि अवधारणा वास्तविकता में काम करती है, सर्किट को सोल्डर कम ब्रेडबोर्ड पर बनाया गया था। तस्वीरों से आप सर्किट व्यवस्था देख सकते हैं। मैंने अवधारणा का परीक्षण करने के लिए अपने आगमनात्मक भार के रूप में एक डेस्क पंखे का उपयोग किया है। 230V मेन सप्लाई और लोड के बीच मेरा सेंसिंग इक्विपमेंट है। मेरे पास एक स्टेप डाउन ट्रांसफॉर्मर है जो वोल्टेज वेवफॉर्म को सैंपल करने की अनुमति देने के लिए 230V को सीधे 5V में बदल देता है। लाइव कंडक्टर के चारों ओर क्लैंप किए गए एक गैर-आक्रामक वर्तमान ट्रांसफॉर्मर का उपयोग वर्तमान तरंग (एल्यूमीनियम क्लैड प्रतिरोधी के दाएं) के नमूने के लिए किया गया था। ध्यान दें कि आपको जरूरी नहीं कि करंट या वोल्टेज के आयाम को जानने की जरूरत है, सिर्फ ऑप-एम्प के लिए वेवफॉर्म जीरो क्रॉसिंग की पहचान करने के लिए। उपरोक्त चित्र पंखे से वास्तविक करंट और वोल्टेज तरंगों और आर्डिनो सीरियल कंसोल को दिखाते हैं, जो 0.41 के पीएफ और 65 डिग्री के कोण की रिपोर्ट करता है।

इस काम करने वाले प्रिंसिपल को सही बिजली माप करने के लिए घर में बने ऊर्जा मॉनिटर में शामिल किया जा सकता है। यदि आप सक्षम हैं तो आप विभिन्न आगमनात्मक और प्रतिरोधक भारों की निगरानी करने और उनके शक्ति कारक का निर्धारण करने का प्रयास कर सकते हैं। और वहाँ है! पावर फैक्टर को मापने का एक बहुत ही सरल तरीका।