Amperų matavimas su srovės transformatoriumi

7 04 2014

Pribrendo laikas  papliurpti apie srovės matavimus. Tiek gudraus namo, tiek DINArduino klone, tiek telemetrijos projektuose naudoju srovės stiprumo matavimo įėjimus. Srovės stiprumo parodymai gali pagelbėti tiek sekant elektros sąnaudas, tiek identifikuojant ar kažkoks įrenginys aplamai dabar dirba ir ar dirba jis korektiškai.

Sensorius

Nuo seno labiausiai paplitęs srovės matavimo būdas yra naudojant šunto rezistorių. Technika labai gana paprasta – apkrovą jungiame per kuo galingesnę varžą, o rezultatus matuojame sekdami įtampos kritimą prieš ir po varžos.  Taip žinodami varžos nominalą galime persiskaičiuoti kiek tuo metu tekėjo srovės. Tačiau yra ir geresnis būdas, ypač aukštoms įtampos srovės matavimas skirtas būdas – panaudojant srovės transformatorių. Srovės transformatorius tai tam tikro dydžio ritė, jos centru pervėrus laidą su tekančia srove ritėje pradedami generuoti proporcingi tenkančiai srovei bei ritės dydžiui įtampa. Šiuo atveju fiziškai prie stebimo laido mes nesame prisijungę tad šis būdas hobistams yra labai patogus.

Interneto parduotuvėse galite įsigyti kelių rūšių CT (angl. current transformer, liet. srovės transformatorius) sensorių. Vieni jų jau turi papildomus elementus stebimam signalui stebėti, o kiti pateikia tik patį srovės transformatorių leisdami galutinį nuskaitomą signalą susiformuoti pačiam. Šiuo metu savo nereikliems poreikiams naudoju štai tokį CTsensorių:

450px-TA12-100_B

Plačiau apie jį galite pasiskaityti čia. Suprojektuotas jis dirbti prie 5V maitinimo ir analoginiame įėjime turime galimybę nuskaityti srovę nuo 0 iki 5A. Pakeitus RL (dar angliškai vadinamą Burden varža) varžą ir 200Ohm į kokia didesnę matuojamas ribas be problemų galime pakeisti. Pasakoti kaip vyksta srovės transformatoriaus generuojamo signalo konvertavimas labai jau nenoriu tad apie tai pasiskaitykite čia. Mūsų atveju skirtumas tik tas kad šis CT sensorius gražina reikšmes nuo 0 iki 5V nedalindamas įtampos perpus. Tokiu atveju matysime tik viršutinę, teigiama srovės sinusą. Tuo parodysiu kaip ten kas.

Dabar blogoji šio reikalo pusė – deja bet srovės transformatoriai skirti tik AC srovėms matuoti.

Pajungimas

Paprastesnio sensoriaus prijungimo prie stebimo laido tikriausiai ir būti negali – tereikia stebimą laidą perkišti per srovės transformatoriaus centrinę skylę ir viskas:

IMG_20140407_070435

Toliau prie Arduino jungiame +5V, GND ir analoginio signalo laidus. Tais atvejais jei stebima srovė labai maža, o norime kuo tikslesnių duomenų galime pasinaudoti viena gudrybe: tą patį stebimą laidą perverti per sensorių kelis kartus:

IMG_20140407_104722

Laimime mes tai, kad dabar per sensoriu teka dvigubai (pervėrus du kartus) daugiau srovės, tad nuskaitymo rezoliucija padvigubėja. Signalo nuskaitymas Pajungus sensorių prie Arduino galime išsibandyti ADC įėjimą nuskaitydami 500 reikšmių iš eilės:

Clipboard01

Taigi grafike matome AC srovę kuomet apatinės sinuso reikšmės yra tiesiog nukerpamos. Arduino ADC nėra toks greitas tad matome šiokį tokį rezoliucijos trūkumą, bet pagrindinis dalykas ko mums reikia tai iki kiek šokteli mūsų sinusai. Suvidurkine kelias tokias viršūnes turime srovės stiprumo ADC reikšmę. Kuomet naudojamas pilnas sinusoidės stebėjimas jos centrą kilstelėjus iki 2,5V matavimas gali būti kiek sudėtingesni – tuomet galime atlikti skaičiavimus panaudojant visas ADC nuskaitytas reikšmes sumuojant jų kvadratus ir vėliau traukiant šaknį iš sumos, bet man atrodo kad arduino dar nėra toks greitas kad atliktu tokius virtuozus. Toks skaičiavimas tiesa pasakius paplitęs, bet mano atveju aš negalėjau gaišti laiko vieno įėjimo nuskaitymui, tad rinkausi maksimalios reikšmės paiešką.

Padauginę nuskaitytą reikšmę iš kalibravimo koeficiento gausime srovės stiprumo atitikmenį. Koeficientą galime nusistatyti turėdami žinių apie CR sensoriaus ritę arba tiesiog eksperimentu keliu matuojant srovę su kitu matavimo prietaisu, pvz. multimetru.

DIN Arduino klono pavydzys

Kad pavaizduočiau kaip viskas atrodo realiai sensorių pajungiau prie DIN Arduino klono:

IMG_20140407_070435

AC srovės laidas dabar maitiną tam tikrą aprovą ir jis yra aprautas štai taip:

IMG_20140407_070425

Sukonfigūruojame I4 analoginį įėjimą kaip Current ir nurodome kalibravimo koeficientą 0,012 kurį atradome anksčiau:

IMG_20140407_104225

Dabar pagrindiniame lange pradedamas rodyti srovės stiprumas:

IMG_20140407_103326

Įėję į detalesnį I4 įėjimo langą galima matyti ir analoginę reikšmę iki perskaičiavimo panaudojant koeficientą:

IMG_20140407_103956

Kadangi matuojama srovė yra palyginus silpna, tai ir analoginė reikšmę yra svyruojanti. Galime pabandyti visa pataisyti stebimos srovės laidą pervėrus CT sensorių du kartus:

IMG_20140407_104722

Dabar kalibravimo koeficientą turime nustatyti dvigubai mažesnį:

IMG_20140407_104904

Detaliame I4 lange matome kad analoginė reikšmė kaip ir tikėtasi pakilo dvigubai, nes srovės per sensorių teka taip pat dvigubai:

IMG_20140407_104840

Perskaičiuota srovės stiprumo reikšmė šiuo atveju lieka ta pati kaip buvo, bet svyruojant ADC reikšmei ji svyruoja mažesniais žingsniais:

IMG_20140407_104822

Būtų galima tai verti laida dar kelis kartus bet deja viskas priklauso nuo CT sensoriaus centrinės skylės diametro ir stebimi laido storio. Mano atveju du kartai yra daugiausiai kiek galime jį perverti.


Veiksmai

Information

3 responses

10 04 2014
Evaldas

Kad pina palaimą gauti iš visų tų eksperimentų reikia panaudoti dar šitą http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADE7754.pdf

10 04 2014
mindogas

Jei viso to reikia tai kodėl gi ne, bet dažniausiai manau visu tu parametrų nelabai mums ir reikia. Paprastuose projektuose pakanka žinoti kiek ir kas per laidą teka ir tiek 🙂 Šiaip tavo duotame aprašyme 15 puslapyje paminėtas kvadratų metodas bei formule kaip iš pilno sinuso apskaičiuojama srovės stiprumas ar įtampa panaudojant visas nuskaitytas reikšmes.

11 04 2014
Evaldas

Aš čia su ta mintimi jei sudomintų toks lustas galiu padovanoti, nebūtinai išnaudoti visas jo f-jas, tiesiog žinok, kad turiu, dėl manęs tai per smulku ir per sudėtinga 🙂 Turiu smigusį trifazį el.en. skaitiklį tai iš jo DIN dėžutę ir ekraniuką 16×2 pasiėmiau, o daugiau, kaip ir nerandu sau naudingo, priežastis gedimo- maitblokis nušovė. Dar du įdomūs lustai yra pagal aprašymą paskirtis tai kaip optoporų rinklės, dabar aišku pavadinimo nepamenu.

Parašykite komentarą

Įveskite savo duomenis žemiau arba prisijunkite per socialinį tinklą:

WordPress.com Logo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo WordPress.com paskyra. Atsijungti / Keisti )

Twitter picture

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Twitter paskyra. Atsijungti / Keisti )

Facebook photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Facebook paskyra. Atsijungti / Keisti )

Google+ photo

Jūs komentuojate naudodamiesi savo Google+ paskyra. Atsijungti / Keisti )

Connecting to %s




%d bloggers like this: