- Huidige transformator
- Hoe werkt de huidige transformator?
- Huidige transformatorconstructie
- Huidige transformatorverhouding
- Fout in huidige transformator
- Hoe fouten in een stroomtransformator te verminderen?
- Terug Berekening van de omschakelingsverhouding van een stroomtransformator
- De belastingsweerstand
- De lastweerstand
- Berekenen van een geschikte grootte van de belastingsweerstand
- Componenten vereist
- Schakelschema
- Huidige meetcircuitconstructie
- Arduino-code voor huidige meting
- Het circuit testen
- Verdere verbeteringen
Een stroomtransformator is een type instrumentele transformator die speciaal is ontworpen om wisselstroom in de secundaire wikkeling te transformeren, en de hoeveelheid geproduceerde stroom is recht evenredig met de stroom in de primaire wikkeling. Dit type stroomtransformator is ontworpen om niet-onzichtbaar de stroom te meten van het hoogspanningssubsysteem of waar een grote hoeveelheid stroom door het systeem vloeit. Het is de taak van een stroomtransformator om de hoge hoeveelheid stroom om te zetten in een lagere hoeveelheid stroom die gemakkelijk kan worden gemeten door een microcontroller of een analoge meter. We hebben eerder stroommeting met behulp van de stroomtransformator uitgelegd in verschillende soorten stroomdetectietechnieken.
Hier zullen we deze stroomdetectietechniek in detail leren en een stroomtransformator aansluiten om wisselstroom te meten met behulp van een Arduino. We zullen ook leren om de windingsverhouding van een onbekende stroomtransformator te bepalen.
Huidige transformator
Zoals ik eerder heb vermeld, is een stroomtransformator een transformator die is ontworpen om stroom te meten. Bovenstaande toont twee transformatoren die ik heb momenteel een zogenaamde window-type stroomtransformator of algemeen bekend als een kern-evenwicht transfor r.
Hoe werkt de huidige transformator?
Het basisprincipe van de stroomtransformator is hetzelfde als een spanningstransformator, evenals een spanningstransformator bestaat ook de stroomtransformator uit een primaire wikkeling en een secundaire wikkeling. Wanneer een elektrische wisselstroom door de primaire wikkeling van de transformator gaat, wordt een wisselende magnetische flux geproduceerd, die een wisselstroom induceert in de secundaire wikkeling op dit punt, je kunt zeggen dat het bijna hetzelfde is als een spanningstransformator als je denkt dat dit hier het verschil is.
In het algemeen verkeert een stroomtransformator altijd in kortsluiting met behulp van een belastingsweerstand, ook is de stroom die op de secundaire wikkeling vloeit alleen afhankelijk van de primaire stroom die door de geleider vloeit.
Huidige transformatorconstructie
Om je een beter begrip te geven, heb ik een van mijn huidige transformatoren afgebroken die je in de bovenstaande afbeelding kunt zien.
Op de afbeelding is te zien dat een zeer dunne draad rond een ringkernmateriaal is gewikkeld en een reeks draden uit de transformator komt. De primaire wikkeling is slechts een enkele draad die in serie is verbonden met de belasting en de bulkstroom voert die door de belasting vloeit.
Huidige transformatorverhouding
Door een draad in het venster van de stroomtransformator te plaatsen, kunnen we een enkele lus vormen en wordt de windingsverhouding 1: N.
Net als elke andere transformator, moet een stroomtransformator voldoen aan de amp-turn ratio-vergelijking die hieronder wordt weergegeven.
TR = Np / Ns = Ip / Is
Waar, TR = Trans-verhouding
Np = aantal primaire beurten
Ns = aantal secundaire beurten
Ip = stroom in primaire wikkeling
Is = stroom in secundaire wikkeling
Om de secundaire stroom te vinden, herschikt u de vergelijking naar
Is = Ip x (Np / NS)
Zoals u in de bovenstaande afbeelding kunt zien, bestaat de primaire wikkeling van de transformator uit één wikkeling en de secundaire wikkeling van de transformator bestaat uit duizenden wikkelingen.Als we aannemen dat er 100A stroom door de primaire wikkeling stroomt, is de secundaire stroom 5A. De verhouding tussen primair en secundair wordt dus 100A tot 5A of 20: 1. Er kan dus worden gezegd dat de primaire stroom 20 keer hoger is dan die van secundaire stroom.
Notitie! Houd er rekening mee dat de huidige verhouding niet hetzelfde is als de windingsverhouding.
Nu alle basistheorie uit de weg is, kunnen we onze aandacht weer richten op het berekenen van de windingsverhouding van de huidige transformator in de hand.
Fout in huidige transformator
Elk circuit heeft enkele fouten. Huidige transformatoren zijn niet anders; er bestaan verschillende fouten in een stroomtransformator. Enkele daarvan worden hieronder beschreven
Verhoudingsfout in huidige transformator
De primaire stroom van de stroomtransformator is niet exact gelijk aan de secundaire stroom vermenigvuldigd met de windingsverhouding. Een deel van de stroom wordt verbruikt door de kern van de transformator om deze in een excitatietoestand te krijgen.
Fasehoekfout in stroomtransformator
Voor een ideale CT zijn de primaire en secundaire stroomvector nul. Maar in een echte stroomtransformator zal er altijd een verschil zijn omdat de primaire stroom de excitatiestroom naar de kern moet leveren en er zal een klein faseverschil zijn.
Hoe fouten in een stroomtransformator te verminderen?
Het is altijd nodig om fouten in een systeem te verminderen om betere prestaties te bereiken. Dus, door onderstaande stappen, kan men dat bereiken
- Gebruik van een kern met een hoge permeabiliteit met een magnetisch materiaal met lage hysterese.
- De belastingsweerstandswaarde moet zeer dicht bij de berekende waarde liggen.
- De interne impedantie van de secundaire kan worden verlaagd.
Terug Berekening van de omschakelingsverhouding van een stroomtransformator
De testopstelling is weergegeven in de bovenstaande afbeelding die ik heb gebruikt om de windingsverhouding te achterhalen.
Zoals ik eerder heb vermeld, heeft de stroomtransformator (CT) die ik bezit geen specificatie of onderdeelnummer alleen omdat ik ze heb gered van een kapotte huishoudelijke elektrische meter. Dus op dit punt moeten we de windingsverhouding kennen om de waarde van de Burden Resistor correct in te stellen, anders worden er allerlei problemen in het systeem geïntroduceerd, waarover ik later in het artikel meer zal praten.
Met behulp van de wet van de ohm kan de windingsverhouding gemakkelijk worden bepaald, maar daarvoor moet ik de grote weerstand van 10W, 1K meten die als een belasting in het circuit fungeert, en ik moet ook een willekeurige belastingsweerstand krijgen om de beurtenverhouding te achterhalen.
De belastingsweerstand
De lastweerstand
Samenvatting van alle componentwaarden tijdens de testperiode
Ingangsspanning Vin = 31,78 V
Belastingsweerstand RL = 1,0313 KΩ
Belastingsweerstand RB = 678,4 Ω
Uitgangsspanning Vout = 8,249 mV of 0,008249 V
De stroom die door de belastingsweerstand vloeit is
I = Vin / RL I = 31,78 / 1,0313 = 0,03080A of 30,80 mA
Dus nu kennen we de ingangsstroom, die 0,03080A of 30,80 mA is
Laten we de uitgangsstroom uitzoeken
I = Vout / RB I = 0,008249 / 678,4 = 0,00001215949A of 12,1594 uA
Nu, om de bochten verhouding te berekenen, moeten we de primaire stroom verdelen van de secundaire stroom.
Schakelt Ratio n = primaire stroom / secundaire stroom n = 0,03080 / 0,0000121594 = 2,533,1972
Dus de stroomtransformator bestaat uit 2500 beurten (afrondingswaarde)
Notitie! Let op: de fouten zijn meestal te wijten aan mijn steeds veranderende ingangsspanning en multimetertolerantie.
Berekenen van een geschikte grootte van de belastingsweerstand
De CT die hier wordt gebruikt, is een stroomuitgangstype. Dus om stroom te meten, moet deze worden omgezet in een spanningstype. Dit artikel, op de openenergymonitor website, geeft een goed idee hoe we dat kunnen doen, dus ik ga het artikel volgen
Belastingsweerstand (ohm) = (AREF * CT TURNS) / (2√2 * max primaire stroom)
Waar, AREF = Analoge referentiespanning van de ADS1115-module die is ingesteld op 4,096V.
CT TURNS = aantal secundaire windingen, die we eerder hebben berekend.
Max Primary Current = maximale primaire stroom, die door de CT wordt gevlogen.
Notitie! Elke stroomtransformator heeft een maximale stroomsterkte die die classificatie overschrijdt, wat leidt tot kernverzadiging en uiteindelijk tot lineariteitsfouten die tot meetfouten leiden
Notitie! De maximale stroomsterkte van de huishoudelijke energiemeter is 30A, dus ik ga voor die waarde.
Belastingsweerstand (ohm) = (4.096 * 2500) / (2√2 * 30) = 120,6 Ω
120.6Ω is geen gangbare waarde, daarom ga ik drie weerstanden in serie gebruiken om een 120Ω weerstandswaarde te krijgen. Nadat ik de weerstanden op de CT had aangesloten, heb ik enkele tests gedaan om de maximale uitgangsspanning van de CT te berekenen.
Na de test wordt opgemerkt dat als 1mA stroom door de primaire stroomtransformator wordt gevoerd, de output 0,0488mV RMS was. Hiermee kunnen we berekenen of er 30A stroom door de CT stroomt, de uitgangsspanning zal 30000 * 0,0488 = 1,465V zijn.
Nu de berekeningen zijn uitgevoerd, heb ik de ADC- versterking ingesteld op 1x versterking, wat +/- 4,096V is, wat ons een volledige resolutie van 0,125 mV geeft. Hiermee kunnen we de minimale stroom berekenen die met deze opstelling kan worden gemeten. Dat bleek 3mA te zijn omdat de ADC-resolutie was ingesteld op 0,125mV.
Componenten vereist
Schrijf alle componenten zonder tabel
|
Sl. Nr |
Onderdelen |
Type |
Aantal stuks |
|
1 |
CT |
Venster Type |
1 |
|
2 |
Arduino Nano |
Algemeen |
1 |
|
3 |
AD736 |
IC |
1 |
|
4 |
ADS1115 |
16-bits ADC |
1 |
|
5 |
LMC7660 |
IC |
1 |
|
6 |
120 Ω, 1% |
Weerstand |
1 |
|
7 |
10uF |
Condensator |
2 |
|
8 |
33uF |
Condensator |
1 |
|
9 |
Breadboard |
Algemeen |
1 |
|
10 |
Doorverbindingsdraden |
Algemeen |
10 |
Schakelschema
Het onderstaande schema toont de aansluitgids voor stroommeting met de stroomtransformator
Dit is hoe het circuit eruit zal zien op het breadboard.
Huidige meetcircuitconstructie
In een eerdere tutorial heb ik je laten zien hoe je True RMS-spanning nauwkeurig kunt meten met behulp van AD736 IC en hoe je een geschakelde condensatorspanningsomzettercircuit configureert dat een negatieve spanning genereert van een positieve ingangsspanning, in deze tutorial gebruiken we beide IC's uit deze tutorials.
Voor deze demonstratie is de schakeling geconstrueerd op een soldeerloze Breadboard, met behulp van het schema; ook wordt de gelijkspanning gemeten met behulp van een 16bit ADC voor een betere nauwkeurigheid. En terwijl ik het circuit op een breadboard demonstreer om de parasitaire problemen te verminderen, heb ik zoveel mogelijk startkabels gebruikt.
Arduino-code voor huidige meting
Hier wordt Arduino gebruikt om de gemeten waarden weer te geven op het seriële monitorvenster. Maar met een kleine wijziging in de code, kan men de waarden heel gemakkelijk weergeven op een 16x2 LCD. Leer hier de interfacing van 16x2 LCD met Arduino.
De volledige code voor de stroomtransformator vindt u aan het einde van deze sectie. Hier worden belangrijke onderdelen van het programma uitgelegd.
We beginnen met het opnemen van alle vereiste bibliothekenbestanden. De Wire-bibliotheek wordt gebruikt om te communiceren tussen de Arduino en de ADS1115-module en de Adafruit_ADS1015-bibliotheek helpt ons om gegevens te lezen en instructies naar de module te schrijven.
# omvatten
Definieer vervolgens de MULTIPLICATION_FACTOR die wordt gebruikt om de huidige waarde uit de ADC-waarde te berekenen.
#define MULTIPLICATION_FACTOR 0.002734 / * factor om de actuele huidige waarde * / Adafruit_ADS1115 advertenties te berekenen; / * Gebruik dit voor de 16-bits versie ADS1115 * /
De 16-bits ADC spuugt 16-bits lange gehele getallen uit, zodat de variabele int16_t wordt gebruikt. Er worden drie andere variabelen gebruikt, een om de RAW-waarde voor de ADC op te slaan, een om de werkelijke spanning in de ADC-pin weer te geven en ten slotte een om deze spanningswaarde weer te geven tot de huidige waarde.
int16_t adc1_raw_value; / * variabele om de ruwe ADC-waarde op te slaan * / float gemeten_voltae; / * variabel om gemeten spanning * / floatstroom op te slaan; / * variabele om berekende stroom op te slaan * /
Begin de setup-sectie van de code door de seriële output met 9600 baud in te schakelen. Druk vervolgens de versterking af van de ADC die is ingesteld; dit komt omdat een spanning boven de gedefinieerde waarde het apparaat zeker kan beschadigen.
Stel nu de ADC-versterking in met de ads.setGain (GAIN_ONE); de methode die de 1-bit resolutie instelt op 0,125 mV
Daarna is de ADC beginnen methode wordt aangeroepen die alles zet in de hardware-module en statistieken conversie.
ongeldige setup (ongeldig) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Verkrijgen van enkelzijdige metingen van AIN0..3"); // wat foutopsporingsinformatie Serial.println ("ADC-bereik: +/- 4.096V (1 bit = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // Het ADC-invoerbereik (of gain) kan worden gewijzigd via de volgende // -functies, maar pas op dat u VDD + 0.3V max nooit overschrijdt, of // de boven- en ondergrens overschrijdt als u het invoerbereik aanpast! // Het onjuist instellen van deze waarden kan uw ADC vernietigen! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x versterking +/- 6.144V 1 bit = 3mV 0.1875mV (standaard) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x versterking +/- 4.096V 1 bit = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x versterking +/- 2.048V 1 bit = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x versterking +/- 1,024V 1 bit = 0,5mV 0,03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT);// 8x versterking +/- 0,512V 1 bit = 0,25mV 0,015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x versterking +/- 0,256 V 1 bit = 0,125 mV 0,0078125 mV ads.begin (); }
In het lusgedeelte lees ik de onbewerkte ADC-waarde en sla deze op in de eerder genoemde variabele voor later gebruik. Converteer vervolgens de ruwe ADC-waarde naar spanningswaarden voor meting en bereken de huidige waarde en geef deze weer in het seriële monitorvenster.
void loop (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); gemeten_voltae = adc1_raw_waarde * (4.096 / 32768); current = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("ADC-waarde:"); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Gemeten spanning:"); Serial.println (gemeten_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("Berekende stroom:"); Serial.print (waarde, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); vertraging (500); }
Notitie! Als je de bibliotheek voor de ADS1115-module niet hebt, moet je de bibliotheek opnemen in de Arduino IDE, je kunt de bibliotheek vinden in deze GitHub-repository.
De volledige Arduino-code wordt hieronder gegeven:
# omvatten
Het circuit testen
Hulpmiddelen die worden gebruikt om het circuit te testen
- 2 gloeilamp 60W
- Meco 450B + TRMS-multimeter
Om het circuit te testen is de bovenstaande opstelling gebruikt. De stroom stroomt van de CT naar de multimeter en gaat vervolgens terug naar de stroomlijn van de hoofdstroom.
Als je je afvraagt wat een FTDI-bord doet in deze opstelling, laat me je dan vertellen dat de ingebouwde USB naar serieel converter niet werkte, dus ik moest een FTDI converter gebruiken als een USB naar serieel converter.
Verdere verbeteringen
De paar mA-fouten die je in de video zag (hieronder weergegeven) zijn alleen omdat ik het circuit in een breadboard heb gemaakt, dus er waren veel aardingsproblemen.
Ik hoop dat je dit artikel leuk vond en er iets nieuws van hebt geleerd. Als u twijfelt, kunt u dit in de onderstaande opmerkingen stellen of onze forums gebruiken voor een gedetailleerde discussie.