- Nuværende transformer
- Hvordan fungerer nuværende transformer?
- Nuværende transformer konstruktion
- Nuværende transformerforhold
- Nuværende transformatorfejl
- Sådan reduceres fejl i en strømtransformator?
- Tilbage Beregning af drejningsforholdet for en strømtransformator
- Belastningsmodstanden
- Burden modstanden
- Beregning af en passende belastningsmodstandsstørrelse
- Komponenter, der kræves
- Kredsløbsdiagram
- Nuværende måling af kredsløbskonstruktion
- Arduino-kode til nuværende måling
- Test af kredsløbet
- Yderligere forbedringer
En strømtransformator er en type instrumenttransformator, der er specielt designet til at omdanne vekselstrøm i dens sekundære vikling, og mængden af produceret strøm er direkte proportional med strømmen i den primære vikling. Denne type strømtransformator er designet til ikke-usynligt at måle strøm fra højspændingsundersystemet, eller hvor en stor strøm strømmer gennem systemet. En strømtransformators opgave er at konvertere den høje strøm til en lavere strøm, som let kan måles af en mikrokontroller eller en analog måler. Vi har tidligere forklaret strømmåling ved hjælp af strømtransformatoren i forskellige typer af strømdetekteringsteknikker.
Her lærer vi denne aktuelle sensorteknik i detaljer og tilslutter en strømtransformator til måling af vekselstrøm ved hjælp af en Arduino. Vi lærer også at bestemme drejningsforholdet for en ukendt strømtransformator.
Nuværende transformer
Som jeg tidligere har nævnt, er en strømtransformator en transformer designet til at måle strøm. Ovenstående viser to transformere, som jeg i øjeblikket har, kaldes en vinduetype strømtransformator eller almindeligvis kendt som en kernebalancetransformer r.
Hvordan fungerer nuværende transformer?
Det grundlæggende princip for strømtransformatoren er det samme som en spændingstransformator, ligesom spændingstransformator består strømtransformatoren også af en primærvikling og en sekundærvikling. Når en vekselstrøm passerer gennem transformatorens primære vikling, produceres der skiftende magnetisk flux, som inducerer en vekselstrøm i sekundærviklingen på dette tidspunkt, kan du sige, at den næsten er den samme som en spændingstransformator, hvis du tænker, at her er forskellen.
Generelt er en strømtransformator altid i kortslutningstilstand ved hjælp af en belastningsmodstand, også afhænger strømmen, der strømmer på sekundærviklingen, kun af den primære strøm, der strømmer gennem lederen.
Nuværende transformer konstruktion
For at give dig en bedre forståelse har jeg revet ned en af mine nuværende transformere, som du kan se i ovenstående billede.
Det kan ses på billedet, at en meget tynd ledning såres rundt om et toroidalt kernemateriale, og et sæt ledninger kommer ud af transformeren. Hovedviklingen er kun en enkelt ledning, der er forbundet i serie med belastningen og bærer hovedstrømmen, der strømmer gennem lasten.
Nuværende transformerforhold
Ved at placere en ledning inde i vinduet til den aktuelle transformer kan vi danne en enkelt sløjfe, og drejningsforholdet bliver 1: N.
Som alle andre transformatorer skal en strømtransformator tilfredsstille ligningen af forstærker-drejningsforholdet, som er vist nedenfor.
TR = Np / Ns = Ip / Is
Hvor, TR = Trans-forhold
Np = Antal primære drejninger
Ns = Antal sekundære drejninger
Ip = Strøm i primærvikling
Er = Strøm i sekundærvikling
For at finde den sekundære strøm skal du omlægge ligningen til
Er = Ip x (Np / NS)
Som du kan se i ovenstående billede, består transformatorens primære vikling af en vikling, og transformatorens sekundære vikling består af tusindvis af viklinger, hvis vi antager, at 100A strøm strømmer gennem den primære vikling, vil sekundærstrømmen være 5A. Så forholdet mellem primær og sekundær bliver 100A til 5A eller 20: 1. Så det kan siges, at den primære strøm er 20 gange højere end den for sekundær strøm.
Bemærk! Bemærk, at strømforholdet ikke er det samme som drejningsforholdet.
Nu er al den grundlæggende teori ude af vejen, vi kan vende vores fokus tilbage til at beregne drejningsforholdet for den aktuelle transformer i hånden.
Nuværende transformatorfejl
Hvert kredsløb har nogle fejl. Nuværende transformatorer er ikke anderledes; der findes forskellige fejl i en strømtransformator. Nogle af dem er beskrevet nedenfor
Forholdsfejl i nuværende transformer
Den primære strøm for den aktuelle transformer er ikke lig med den sekundære strøm ganget med drejningsforholdet. En del af strømmen forbruges af transformatorens kerne for at få den til en excitationstilstand.
Fasevinkelfejl i strømtransformator
For en ideel CT er den primære og sekundære strømvektor nul. Men i en faktisk strømtransformator vil der altid være en forskel, fordi den primære skal levere excitationsstrømmen til kernen, og der vil være en lille faseforskel.
Sådan reduceres fejl i en strømtransformator?
Det er altid nødvendigt at reducere fejl i et system for at opnå bedre ydeevne. Så ved nedenstående trin kan man opnå det
- Brug af en kerne med høj permeabilitet med et lavt hysterese magnetisk materiale.
- Belastningsmodstandsværdien skal være meget tæt på den beregnede værdi.
- Sekundærens interne impedans kan sænkes.
Tilbage Beregning af drejningsforholdet for en strømtransformator
Testopsætningen er vist i ovenstående billede, som jeg har brugt til at finde ud af drejningsforholdet.
Som jeg har nævnt før, har den nuværende transformer (CT) ikke nogen specifikation eller delnummer bare fordi jeg reddede dem fra en ødelagt husholdningselektrometer. Så på dette tidspunkt er vi nødt til at kende drejningsforholdet for at indstille Burden Resistor- værdien korrekt, ellers introduceres alle mulige problemer i systemet, som jeg vil tale mere om senere i artiklen.
Ved hjælp af ohmens lov kan drejningsforholdet let finde ud af, men før det skal jeg måle den store 10W, 1K modstand, der fungerer som en belastning i kredsløbet, og jeg skal også få en vilkårlig belastningsmodstand for at finde ud af drejningsforholdet.
Belastningsmodstanden
Burden modstanden
Oversigt over alle komponentværdier i løbet af testtiden
Indgangsspænding Vin = 31,78 V.
Belastningsmodstand RL = 1,0313 KΩ
Burden Resistance RB = 678.4 Ω
Udgangsspænding Vout = 8.249 mV eller 0.008249 V.
Strømmen, der strømmer gennem belastningsmodstanden er
I = Vin / RL I = 31,78 / 1,0313 = 0,03080A eller 30,80 mA
Så nu kender vi indgangsstrømmen, som er 0,03080A eller 30,80 mA
Lad os finde ud af udgangsstrømmen
I = Vout / RB I = 0,008249 / 678,4 = 0,00001215949A eller 12,1594 uA
For at beregne drejningsforholdet skal vi nu dele den primære strøm med den sekundære strøm.
Drejeforhold n = Primær strøm / sekundær strøm n = 0,03080 / 0,0000121594 = 2,533,1972
Så den nuværende transformer består af 2500 omdrejninger (afrund værdi)
Bemærk! Bemærk, at fejlene hovedsageligt skyldes min stadigt skiftende indgangsspænding og multimeter-tolerance.
Beregning af en passende belastningsmodstandsstørrelse
Den CT, der bruges her, er en nuværende outputtype. Så for at måle strøm skal den konverteres til en spændingstype. Denne artikel på openenergymonitor-webstedet giver en god ide om, hvordan vi kan gøre det, så jeg vil følge artiklen
Burden Resistor (ohm) = (AREF * CT TURNS) / (2√2 * maks. Primærstrøm)
Hvor, AREF = Analog referencespænding for ADS1115-modulet, der er indstillet til 4.096V.
CT TURNS = Antal sekundære sving, som vi tidligere har beregnet.
Maksimal primærstrøm = maksimal primærstrøm, som vil blive fløjet gennem CT.
Bemærk! Hver CT har en maksimal strømværdi, der overstiger denne vurdering, vil føre til kernemætning og i sidste ende linearitetsfejl, som vil føre til målefejl
Bemærk! Den maksimale nuværende vurdering af husstandens energimåler er 30A, så jeg går efter den værdi.
Burden Resistor (ohm) = (4,096 * 2500) / (2√2 * 30) = 120,6 Ω
120,6Ω er ikke en fælles værdi, det er derfor, jeg skal bruge tre modstande i serie for at få 120Ω modstandsværdi. Efter at have tilsluttet modstandene til CT, lavede jeg nogle tests for at beregne den maksimale udgangsspænding fra CT.
Efter testen observeres det, at hvis 1mA strøm tilføres gennem den primære af strømtransformatoren, var output 0,0488mV RMS. Med det kan vi beregne, hvis 30A strøm flyves gennem CT, vil udgangsspændingen være 30000 * 0,0488 = 1,465V.
Nu, med de udførte beregninger, har jeg indstillet ADC- forstærkning til 1x forstærkning, hvilket er +/- 4.096V, hvilket giver os 0.125mV fuldskalaopløsning. Med det vil vi være i stand til at beregne den minimale strøm, der kan måles med denne opsætning. Hvilket viste sig at være 3mA b, fordi ADC-opløsningen blev indstillet til 0,125mV.
Komponenter, der kræves
Skriv hele komponenten uden tabel
|
Sl. Nr |
Dele |
Type |
Antal |
|
1 |
CT |
Vinduetype |
1 |
|
2 |
Arduino Nano |
Generisk |
1 |
|
3 |
AD736 |
IC |
1 |
|
4 |
ADS1115 |
16-bit ADC |
1 |
|
5 |
LMC7660 |
IC |
1 |
|
6 |
120Ω, 1% |
Modstand |
1 |
|
7 |
10 uF |
Kondensator |
2 |
|
8 |
33uF |
Kondensator |
1 |
|
9 |
Brødbræt |
Generisk |
1 |
|
10 |
Jumper Wires |
Generisk |
10 |
Kredsløbsdiagram
Nedenstående skematisk viser tilslutningsvejledningen til strømmåling ved hjælp af strømtransformatoren
Sådan ser kredsløbet ud på brødbrættet.
Nuværende måling af kredsløbskonstruktion
I en tidligere tutorial har jeg vist dig, hvordan du nøjagtigt måler True RMS-spænding ved hjælp af AD736 IC, og hvordan du konfigurerer et skiftet kondensator spændingsomformerkredsløb, der genererer en negativ spænding fra en positiv indgangsspænding, i denne tutorial bruger vi begge IC'erne fra disse tutorials.
Til denne demonstration er kredsløbet konstrueret på et loddet brødbræt ved hjælp af skematisk; DC-spændingen måles også ved hjælp af en 16 bit ADC for bedre nøjagtighed. Og da jeg demonstrerer kredsløbet på et brødbræt for at reducere parasitten, har jeg brugt så mange jumperkabler som muligt.
Arduino-kode til nuværende måling
Her bruges Arduino til at vise de målte værdier til det serielle skærmvindue. Men med en lille ændring i koden kan man meget let vise værdierne på 16x2 LCD. Lær grænsefladen mellem 16x2 LCD og Arduino her.
Komplet kode for den aktuelle transformer kan findes i slutningen af dette afsnit. Her forklares vigtige dele af programmet.
Vi starter med at inkludere alle de krævede biblioteksfiler. Wire-biblioteket bruges til at kommunikere mellem Arduino og ADS1115-modulet, og Adafruit_ADS1015-biblioteket hjælper os med at læse data og skrive instruktioner til modulet.
#omfatte
Dernæst definerer MULTIPLICATION_FACTOR, som bruges til at beregne den aktuelle værdi ud fra ADC-værdien.
#define MULTIPLICATION_FACTOR 0.002734 / * faktor til beregning af den aktuelle aktuelle værdi * / Adafruit_ADS1115 annoncer; / * Brug dette til 16-bit version ADS1115 * /
16-bit ADC spytter outs 16-bit lange heltal, så variablen int16_t bruges. Der anvendes tre andre variabler, en til at gemme RAW-værdien for ADC, en til at vise den aktuelle spænding i ADC-stiften og endelig en til at vise denne spændingsværdi til den aktuelle værdi.
int16_t adc1_raw_value; / * variabel til lagring af rå ADC-værdi * / float målt_voltae; / * variabel til lagring af målt spænding * / flydestrøm; / * variabel til at gemme beregnet strøm * /
Start installationssektionen af koden ved at aktivere den serielle output med 9600 baud. Udskriv derefter forstærkningen af den indstillede ADC; Dette skyldes, at spænding mere end den definerede værdi helt sikkert kan beskadige enheden.
Indstil nu ADC-forstærkning med ads.setGain (GAIN_ONE); metoden, der indstiller 1-bit opløsning til 0,125 mV
Derefter kaldes ADC start- metoden, som sætter alt op i hardwaremodulet og statistikkonvertering.
ugyldig opsætning (ugyldig) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Få enkle aflæsninger fra AIN0..3"); // nogle fejlretningsoplysninger Serial.println ("ADC Range: +/- 4.096V (1 bit = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // ADC-indgangsområdet (eller forstærkning) kan ændres via følgende // funktioner, men pas på, at du aldrig overskrider VDD + 0,3V maks., Eller at // overstiger de øvre og nedre grænser, hvis du justerer inputområdet! // Indstilling af disse værdier forkert kan ødelægge din ADC! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x forstærkning +/- 6.144V 1 bit = 3mV 0.1875mV (standard) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x forstærkning +/- 4.096V 1 bit = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x forstærkning +/- 2.048V 1 bit = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x forstærkning +/- 1.024V 1 bit = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT);// 8x forstærkning +/- 0,512V 1 bit = 0,25mV 0,015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x forstærkning +/- 0,256 V 1 bit = 0,125 mV 0,0078125 mV ads.begin (); }
I loop- sektionen læser jeg den rå ADC-værdi og gemmer den til den tidligere nævnte variabel til senere brug. Konverter derefter den rå ADC-værdi til spændingsværdier til måling, og bereg den aktuelle værdi og vis den til det serielle skærmvindue.
ugyldig sløjfe (ugyldig) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); målt_voltae = adc1_raw_value * (4.096 / 32768); nuværende = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("ADC-værdi:"); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Målt spænding:"); Serial.println (målt_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Beregnet strøm:"); Serial.print (val, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); forsinkelse (500); }
Bemærk! Hvis du ikke har biblioteket til ADS1115-modulet, skal du medtage biblioteket i Arduino IDE, du kan finde biblioteket i dette GitHub-arkiv.
Den komplette Arduino-kode er angivet nedenfor:
#omfatte
Test af kredsløbet
Værktøjer, der bruges til at teste kredsløbet
- 2 60W glødepære
- Meco 450B + TRMS multimeter
For at teste kredsløbet blev ovenstående opsætning brugt. Strømmen flyder fra CT til multimeteret, så går den tilbage til hovedstrømmen.
Hvis du undrer dig over, hvad et FTDI-kort gør i denne opsætning, så lad mig fortælle dig, at den indbyggede USB til serielle konverter ikke fungerede, så jeg var nødt til at bruge en FTDI-konverter som en USB til seriel konverter.
Yderligere forbedringer
De få mA-fejl, du så i videoen (angivet nedenfor), er bare fordi jeg har lavet kredsløbet i et brødbræt, så der var mange grundproblemer.
Jeg håber, du kunne lide denne artikel og lærte noget nyt ud af den. Hvis du er i tvivl, kan du spørge i kommentarerne nedenfor eller bruge vores fora til detaljeret diskussion.