- 현재 변압기
- 현재 변압기는 어떻게 작동합니까?
- 현재 변압기 건설
- 현재 변압기 비율
- 현재 변압기 오류
- 변류기의 오류를 줄이는 방법은 무엇입니까?
- 뒤로 변류기의 권선비 계산
- 부하 저항기
- 부담 저항기
- 적절한 부담 저항 크기 계산
- 필요한 구성 요소
- 회로도
- 전류 측정 회로 구성
- 전류 측정을위한 Arduino 코드
- 회로 테스트
- 추가 향상
변류기는 2 차 권선에서 교류를 변환하도록 특별히 설계된 계기 용 변압기의 한 유형이며 생성 된 전류의 양은 1 차 권선의 전류에 정비례합니다. 이 유형의 변류기는 고전압 하위 시스템 또는 시스템을 통해 많은 양의 전류가 흐르는 곳에서 전류를 보이지 않게 측정하도록 설계되었습니다. 변류기의 역할은 마이크로 컨트롤러 나 아날로그 미터로 쉽게 측정 할 수있는 적은 양의 전류로 높은 전류를 변환하는 것입니다. 이전에 다양한 유형의 전류 감지 기술 기사에서 변류기를 사용한 전류 측정에 대해 설명했습니다.
여기서 우리는이 전류 감지 기술을 자세히 배우고 전류 트랜스포머를 연결 하여 Arduino를 사용하여 AC 전류를 측정 합니다. 우리는 또한 알려지지 않은 변류기 의 권선비 를 결정하는 방법을 배웁니다.
현재 변압기
앞서 언급했듯이 변류기는 전류를 측정하도록 설계된 변압기입니다. 내가 현재 가지고있는 두 개의 변압기를 보여주는 위의 것은 창형 변류기 또는 일반적으로 코어 밸런스 트랜스포머 r 로 알려져 있습니다.
현재 변압기는 어떻게 작동합니까?
변류기의 기본 원리는 변압기와 동일하며 변류기와 마찬가지로 변류기는 1 차 권선과 2 차 권선으로 구성됩니다. 교류 전류가 변압기의 1 차 권선을 통과 할 때 교류 자속이 생성되어이 지점에서 2 차 권선에 교류를 유도합니다. 여기에 차이가 있다고 생각하면 변압기와 거의 동일하다고 말할 수 있습니다..
일반적으로, 전류는 변압기의 도움을 쇼트 상태로 항상 부하 저항, 또한, 상기 보조 권선에 흐르는 전류 만이 도체를 통해 흐르는 전류 차에 의존한다.
현재 변압기 건설
이해를 돕기 위해 위 이미지에서 볼 수있는 변류기 중 하나를 분해했습니다.
이미지에서 매우 얇은 와이어가 토로 이달 코어 재료 주위에 감겨 있고 일련의 와이어가 변압기에서 나오는 것을 볼 수 있습니다. 프라임 권선은 부하와 직렬로 연결되고 부하를 통해 흐르는 벌크 전류를 전달하는 단일 와이어입니다.
현재 변압기 비율
변류기의 창 안에 와이어를 배치하면 단일 루프를 형성 할 수 있으며 권선비 는 1: N이됩니다.
다른 변압기와 마찬가지로 변류기는 아래에 표시된 amp-turn 비율 방정식을 충족해야합니다.
TR = Np / Ns = Ip / Is
어디, TR = 거래 비율
Np = 1 차 턴 수
Ns = 2 차 턴 수
Ip = 1 차 권선의 전류
Is = 2 차 권선의 전류
2 차 전류를 찾으려면 방정식을 다음과 같이 재정렬하십시오.
Is = Ip x (Np / NS)
위 이미지에서 볼 수 있듯이 변압기의 1 차 권선은 하나의 권선으로 구성되고 변압기의 2 차 권선은 1 차 권선을 통해 100A의 전류가 흐르고 있다고 가정하면 수천 개의 권선으로 구성되며 2 차 전류는 5A가됩니다.. 따라서 1 차 대 2 차 비율은 100A 대 5A 또는 20: 1이됩니다. 따라서 1 차 전류가 2 차 전류보다 20 배 높다고 할 수 있습니다.
노트! 현재 비율은 권선 비율과 동일하지 않습니다.
이제 모든 기본 이론에서 벗어나 현재 변압기의 권선비를 계산하는 데 초점을 되돌릴 수 있습니다.
현재 변압기 오류
모든 회로에는 약간의 오류가 있습니다. 변류기는 다르지 않습니다. 변류기에는 다양한 오류가 있습니다. 그중 일부는 아래에 설명되어 있습니다.
변류기의 비율 오류
변류기의 1 차 전류는 2 차 전류에 권선비를 곱한 값과 정확히 일치하지 않습니다. 전류의 일부는 변압기의 코어에서 소비되어 여자 상태가됩니다.
변류기의 위상 각 오류
이상적인 CT의 경우 1 차 및 2 차 전류 벡터는 0입니다. 그러나 실제 변류기에서는 1 차측이 코어에 여기 전류를 공급해야하고 작은 위상차가 있기 때문에 항상 차이가 있습니다.
변류기의 오류를 줄이는 방법은 무엇입니까?
더 나은 성능을 얻으려면 항상 시스템의 오류를 줄여야합니다. 따라서 아래 단계를 통해 달성 할 수 있습니다.
- 낮은 히스테리시스 자성 재료로 투자율이 높은 코어를 사용합니다.
- 부담 저항 값은 계산 된 값에 매우 가까워 야합니다.
- 2 차측의 내부 임피던스를 낮출 수 있습니다.
뒤로 변류기의 권선비 계산
테스트 설정은 위의 이미지에 나와 있으며 권선비를 알아내는 데 사용했습니다.
앞서 언급했듯이 내가 소유 한 CT (Current Transformer)에는 고장난 가정용 전기 계량기에서 회수했기 때문에 사양이나 부품 번호가 없습니다. 따라서이 시점에서 Burden Resistor 의 값을 적절하게 설정하기 위해 권선비를 알아야합니다. 그렇지 않으면 시스템에 모든 종류의 문제가 도입 될 것입니다.
옴의 법칙 덕분에 권선비를 쉽게 알 수 있지만 그 전에 회로에서 부하로 작용하는 큰 10W, 1K 저항을 측정하고 임의의 부담 저항도 가져와야합니다. 권선비를 알아 내기 위해.
부하 저항기
부담 저항기
테스트 기간 동안의 모든 구성 요소 값 요약
입력 전압 Vin = 31.78V
부하 저항 RL = 1.0313 KΩ
부담 저항 RB = 678.4 Ω
출력 전압 Vout = 8.249mV 또는 0.008249V
부하 저항을 통해 흐르는 전류는
I = Vin / RL I = 31.78 / 1.0313 = 0.03080A 또는 30.80 mA
이제 우리 는 0.03080A 또는 30.80mA 인 입력 전류를 알고 있습니다.
출력 전류를 알아 봅시다
I = Vout / RB I = 0.008249 / 678.4 = 0.00001215949A 또는 12.1594 uA
이제 권선비 를 계산하려면 1 차 전류를 2 차 전류로 나누어야합니다.
권선비 n = 1 차 전류 / 2 차 전류 n = 0.03080 / 0.0000121594 = 2,533.1972
따라서 현재 변압기는 2500 턴 (반올림 값)으로 구성됩니다.
노트! 오류는 대부분 내 끊임없이 변화하는 입력 전압과 멀티 미터 허용 오차로 인한 것입니다.
적절한 부담 저항 크기 계산
여기에 사용 된 CT는 전류 출력 유형입니다. 따라서 전류를 측정하려면 전압 유형으로 변환해야합니다. openenergymonitor 웹 사이트에있는이 기사는 우리가 어떻게 할 수 있는지에 대한 훌륭한 아이디어를 제공하므로 기사를 따라갈 것입니다
부담 저항 (옴) = (AREF * CT TURNS) / (2√2 * 최대 1 차 전류)
어디, AREF = 4.096V로 설정된 ADS1115 모듈의 아날로그 기준 전압.
CT TURNS = 이전에 계산 한 2 차 회전 수.
Max Primary Current = CT를 통해 흐르는 최대 1 차 전류.
노트! 모든 CT에는 해당 정격을 초과하는 최대 전류 정격이있어 코어 포화 및 궁극적으로 측정 오류로 이어질 선형성 오류로 이어집니다.
노트! 가정용 에너지 미터의 최대 전류 정격은 30A이므로 그 값을 사용하겠습니다.
부담 저항 (옴) = (4.096 * 2500) / (2√2 * 30) = 120.6 Ω
120.6Ω은 일반적인 값이 아니므로 120Ω 저항 값을 얻기 위해 3 개의 저항을 직렬로 사용할 것입니다. 저항을 CT에 연결 한 후 CT의 최대 출력 전압을 계산하기 위해 몇 가지 테스트를 수행했습니다.
테스트 후 변류기의 1 차측을 통해 1mA 전류 가 공급되면 출력은 0.0488mV RMS 인 것으로 관찰 되었습니다 . 이를 통해 CT를 통해 30A 전류가 흐르면 출력 전압은 30000 * 0.0488 = 1.465V가됩니다.
이제, 수행 계산으로, 내가 설정 한 ADC의 이득 에 1 배 이득 이다 +/- 4.096V, 우리 0.125mV 본격적인 해상도를 제공합니다. 이를 통해이 설정으로 측정 할 수있는 최소 전류를 계산할 수 있습니다. ADC 분해능이 0.125mV로 설정 되었기 때문에 3mA 로 밝혀졌습니다.
필요한 구성 요소
테이블없이 모든 구성 요소 쓰기
Sl. 아니요 |
부속 |
유형 |
수량 |
1 |
CT |
창 유형 |
1 |
2 |
Arduino Nano |
일반적인 |
1 |
삼 |
AD736 |
IC |
1 |
4 |
ADS1115 |
16 비트 ADC |
1 |
5 |
LMC7660 |
IC |
1 |
6 |
120Ω, 1 % |
저항기 |
1 |
7 |
10uF |
콘덴서 |
2 |
8 |
33uF |
콘덴서 |
1 |
9 |
브레드 보드 |
일반적인 |
1 |
10 |
점퍼 와이어 |
일반적인 |
10 |
회로도
아래 회로도는 변류기를 사용한 전류 측정을 위한 연결 가이드를 보여줍니다.
이것이 브레드 보드에서 회로가 보이는 방식입니다.
전류 측정 회로 구성
이전 튜토리얼에서 AD736 IC를 사용하여 True RMS 전압을 정확하게 측정하는 방법과 입력 양 전압에서 음 전압을 생성하는 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로를 구성하는 방법을 보여 드렸습니다.이 튜토리얼에서는 이 튜토리얼의 두 IC.
이 데모를 위해 회로는 회로도를 사용하여 납땜없는 브레드 보드에 구성됩니다. 또한 DC 전압은 더 나은 정확도를 위해 16 비트 ADC의 도움으로 측정됩니다. 기생을 줄이기 위해 브레드 보드에서 회로를 시연 할 때 가능한 한 많은 점퍼 케이블을 사용했습니다.
전류 측정을위한 Arduino 코드
여기서 Arduino는 측정 된 값을 직렬 모니터 창에 표시하는 데 사용됩니다. 그러나 코드를 약간 수정하면 16x2 LCD에 값을 매우 쉽게 표시 할 수 있습니다. 여기에서 Arduino와 16x2 LCD의 인터페이스에 대해 알아보십시오.
변류기에 대한 완전한 코드 는이 섹션의 끝에 있습니다. 여기에 프로그램의 중요한 부분이 설명되어 있습니다.
필요한 모든 라이브러리 파일을 포함하여 시작합니다. Wire 라이브러리는 Arduino와 ADS1115 모듈 간의 통신에 사용되며 Adafruit_ADS1015 라이브러리는 데이터를 읽고 모듈에 명령을 쓰는 데 도움이됩니다.
#포함
다음으로 ADC 값에서 현재 값을 계산하는 데 사용되는 MULTIPLICATION_FACTOR 를 정의합니다.
#define MULTIPLICATION_FACTOR 0.002734 / * 실제 현재 값을 계산하는 요소 * / Adafruit_ADS1115 광고; / * 16 비트 버전 ADS1115에 사용 * /
16 비트 ADC는 16 비트 long 정수를 뱉어 내므로 int16_t 변수가 사용됩니다. 세 가지 다른 변수가 사용됩니다. 하나는 ADC에 대한 RAW 값을 저장하는 데, 하나는 ADC 핀에 실제 전압을 표시하는 데, 마지막으로 하나는이 전압 값을 현재 값으로 표시하는 데 사용됩니다.
int16_t adc1_raw_value; / * 원시 ADC 값을 저장할 변수 * / float Measuring_voltae; / * 측정 된 전압을 저장하는 변수 * / 부동 전류; / * 계산 된 전류를 저장할 변수 * /
9600 보드로 직렬 출력을 활성화하여 코드의 설정 섹션을 시작합니다. 그런 다음 설정된 ADC의 게인을 인쇄합니다. 이는 정의 된 값 이상의 전압이 확실히 장치를 손상시킬 수 있기 때문입니다.
이제 ads.setGain (GAIN_ONE)으로 ADC 이득을 설정합니다 . 1 비트 분해능을 0.125mV로 설정하는 방법
그 후 하드웨어 모듈과 통계 변환에 모든 것을 설정 하는 ADC 시작 메서드가 호출됩니다.
void setup (void) {Serial.begin (9600); Serial.println ("AIN0..3에서 단일 종단 판독 값 가져 오기"); // 일부 디버그 정보 Serial.println ("ADC 범위: +/- 4.096V (1 비트 = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // ADC 입력 범위 (또는 게인)는 다음 함수를 통해 변경할 수 있습니다. // VDD + 0.3V max를 초과하거나 입력 범위를 조정하는 경우 // 상한 및 하한을 초과하지 않도록주의하십시오! //이 값을 잘못 설정하면 ADC가 손상 될 수 있습니다! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // 2 / 3x 이득 +/- 6.144V 1 비트 = 3mV 0.1875mV (기본값) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x 이득 +/- 4.096V 1 비트 = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x 이득 +/- 2.048V 1 비트 = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x 이득 +/- 1.024V 1 비트 = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT);// 8x 이득 +/- 0.512V 1 비트 = 0.25mV 0.015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x 이득 +/- 0.256V 1 비트 = 0.125mV 0.0078125mV ads.begin (); }
에서 루프 섹션, 나는 원시 ADC 값을 읽고 나중에 사용하기 위해 앞서 언급 한 변수에 저장합니다. 그런 다음 원시 ADC 값을 측정을 위해 전압 값으로 변환하고 현재 값을 계산하여 직렬 모니터 창에 표시합니다.
void loop (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); 측정 _ 볼트 = adc1_raw_value * (4.096 / 32768); 현재 = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("ADC 값:"); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("측정 된 전압:"); Serial.println (measured_voltae); Serial.println ("V"); Serial.print ("계산 된 전류:"); Serial.print (val, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); 지연 (500); }
노트! ADS1115 모듈 용 라이브러리가없는 경우 Arduino IDE에 라이브러리를 포함해야 합니다. 이 GitHub 저장소 에서 라이브러리를 찾을 수 있습니다.
완전한 Arduino 코드는 다음과 같습니다.
#포함
회로 테스트
회로 테스트에 사용되는 도구
- 2 60W 백열 전구
- Meco 450B + TRMS 멀티 미터
회로를 테스트하기 위해 위의 설정이 사용되었습니다. 전류는 CT에서 멀티 미터로 흐른 다음 주 전원 라인으로 돌아갑니다.
이 설정에서 FTDI 보드가 무엇을하는지 궁금하다면 온보드 USB- 직렬 변환기가 작동하지 않는다고 말씀 드리겠습니다. 그래서 FTDI 변환기를 USB- 직렬 변환기로 사용해야했습니다.
추가 향상
비디오에서 본 몇 가지 mA 오류 (아래 제공)는 브레드 보드에 회로를 만들었 기 때문에 많은 접지 문제가있었습니다.
이 기사를 좋아하고 새로운 것을 배웠기를 바랍니다. 의심스러운 점이 있으면 아래 의견에 질문하거나 포럼을 사용하여 자세한 토론을 할 수 있습니다.