- Transformator Saat Ini
- Bagaimana Transformator Saat Ini Bekerja?
- Konstruksi Transformator Saat Ini
- Rasio Transformer Saat Ini
- Kesalahan Transformer Saat Ini
- Bagaimana Mengurangi Kesalahan pada Transformator Saat Ini?
- Kembali Menghitung Rasio Putaran dari Transformator Saat Ini
- Resistor Beban
- Resistor Beban
- Menghitung Ukuran Resistor Beban yang Cocok
- Komponen Diperlukan
- Diagram Sirkuit
- Konstruksi Sirkuit Pengukuran Arus
- Kode Arduino untuk Pengukuran Arus
- Menguji Sirkuit
- Peningkatan Lebih Lanjut
Trafo arus adalah jenis trafo instrumen yang dirancang khusus untuk mengubah arus bolak-balik pada lilitan sekundernya, dan besarnya arus yang dihasilkan berbanding lurus dengan arus pada lilitan primer. Jenis trafo arus ini dirancang untuk mengukur arus secara tidak terlihat dari subsistem tegangan tinggi atau di mana sejumlah besar arus mengalir melalui sistem. Tugas trafo arus adalah mengubah jumlah arus yang tinggi menjadi jumlah arus yang lebih rendah yang dapat dengan mudah diukur oleh mikrokontroler atau pengukur Analog. Sebelumnya kami telah menjelaskan pengukuran arus menggunakan trafo arus dalam berbagai jenis artikel teknik penginderaan arus.
Di sini kita akan mempelajari teknik penginderaan arus ini secara rinci dan memasang trafo arus untuk mengukur arus AC dengan bantuan Arduino. Kita juga akan belajar menentukan rasio belitan dari transformator arus yang tidak diketahui.
Transformator Saat Ini
Seperti yang telah saya sebutkan sebelumnya, trafo arus adalah trafo yang dirancang untuk mengukur arus. Di atas menunjukkan dua trafo yang saya miliki saat ini disebut trafo arus tipe jendela atau biasa dikenal dengan trafo keseimbangan inti.
Bagaimana Transformator Saat Ini Bekerja?
Prinsip dasar dari trafo arus adalah sama dengan trafo tegangan, sama halnya dengan trafo tegangan trafo arus juga terdiri dari lilitan primer dan lilitan sekunder. Ketika arus listrik bolak-balik melewati belitan primer transformator, fluks magnet bolak-balik dihasilkan, yang menginduksi arus bolak-balik pada belitan sekunder pada titik ini, Anda dapat mengatakan itu hampir sama dengan transformator tegangan jika Anda berpikir inilah perbedaannya.
Umumnya suatu trafo arus selalu dalam kondisi hubung singkat dengan bantuan resistor beban, demikian juga arus yang mengalir pada lilitan sekunder hanya bergantung pada arus primer yang mengalir melalui penghantar.
Konstruksi Transformator Saat Ini
Untuk memberi Anda pemahaman yang lebih baik, saya telah merobohkan salah satu transformer saya saat ini yang dapat Anda lihat pada gambar di atas.
Dapat dilihat pada gambar bahwa kawat yang sangat tipis dililitkan di sekitar bahan inti toroidal, dan satu set kabel keluar dari transformator. Gulungan prima hanyalah satu kabel yang dihubungkan secara seri dengan beban dan membawa arus curah yang mengalir melalui beban.
Rasio Transformer Saat Ini
Dengan menempatkan kawat di dalam jendela trafo arus, kita dapat membentuk satu loop dan rasio putaran menjadi 1: N.
Seperti trafo lainnya, trafo arus harus memenuhi persamaan rasio amp-turn yang ditunjukkan di bawah ini.
TR = Np / Ns = Ip / Is
Dimana, TR = Rasio Trans
Np = Jumlah Putaran primer
Ns = Jumlah Putaran Sekunder
Ip = Arus dalam Gulungan primer
Is = Arus dalam Gulungan Sekunder
Untuk mencari arus sekunder, atur ulang persamaan menjadi
Adalah = Ip x (Np / NS)
Seperti yang dapat Anda lihat pada gambar di atas, belitan primer transformator terdiri dari satu belitan dan belitan sekunder transformator terdiri dari ribuan belitan jika diasumsikan arus 100A mengalir melalui belitan primer, arus sekunder akan menjadi 5A.. Jadi perbandingan primer ke sekunder menjadi 100A sampai 5A atau 20: 1. Jadi, arus primer dapat dikatakan 20 kali lebih besar dari arus sekunder.
Catatan! Harap dicatat bahwa rasio saat ini tidak sama dengan rasio putaran.
Sekarang semua teori dasar tersingkir, kita dapat mengalihkan fokus kita kembali ke menghitung rasio belitan trafo saat ini di tangan.
Kesalahan Transformer Saat Ini
Setiap sirkuit memiliki beberapa kesalahan. Trafo arus tidak berbeda; terdapat berbagai kesalahan pada trafo arus. Beberapa di antaranya dijelaskan di bawah ini
Rasio Kesalahan pada Transformator Saat Ini
Arus primer dari transformator arus tidak sama persis dengan arus sekunder dikalikan dengan rasio lilitan. Sebagian arus dikonsumsi oleh inti transformator untuk membawanya ke keadaan eksitasi.
Kesalahan Sudut Fase di Transformator Saat Ini
Untuk CT yang ideal, vektor arus primer dan sekunder adalah nol. Tetapi dalam Transformator Arus yang sebenarnya, akan selalu ada perbedaan karena primer harus menyuplai arus eksitasi ke inti dan akan ada perbedaan fasa kecil.
Bagaimana Mengurangi Kesalahan pada Transformator Saat Ini?
Itu selalu perlu untuk mengurangi kesalahan dalam sistem untuk mencapai kinerja yang lebih baik. Jadi, dengan langkah-langkah di bawah ini, seseorang bisa mencapainya
- Menggunakan inti dengan permeabilitas tinggi dengan bahan magnet histeresis rendah.
- Nilai resistor beban harus sangat dekat dengan nilai yang dihitung.
- Impedansi internal sekunder dapat diturunkan.
Kembali Menghitung Rasio Putaran dari Transformator Saat Ini
Pengaturan tes telah ditunjukkan pada gambar di atas yang telah saya gunakan untuk mengetahui rasio putaran.
Seperti yang sudah saya sebutkan sebelumnya, Trafo Arus (CT) yang saya miliki tidak memiliki spesifikasi atau nomor suku cadang hanya karena saya menyelamatkannya dari meteran listrik rumah tangga yang rusak. Jadi, pada titik ini, kita perlu mengetahui rasio putaran untuk mengatur nilai Resistor Beban dengan benar, jika tidak, semua jenis masalah akan diperkenalkan dalam sistem, yang akan saya bicarakan lebih lanjut nanti di artikel.
Dengan bantuan hukum ohm, rasio putaran dapat dengan mudah diketahui tetapi sebelum itu, saya perlu mengukur resistor 10W, 1K besar yang bertindak sebagai beban di rangkaian, dan saya juga perlu mendapatkan resistor beban yang sewenang - wenang untuk mengetahui rasio putaran.
Resistor Beban
Resistor Beban
Ringkasan semua nilai komponen selama pengujian
Tegangan Input Vin = 31,78 V.
Resistansi Beban RL = 1,0313 KΩ
Resistensi Beban RB = 678,4 Ω
Tegangan Output Vout = 8,249 mV atau 0,008249 V.
Arus yang mengalir melalui resistor beban adalah
I = Vin / RL I = 31,78 / 1,0313 = 0,03080A atau 30,80 mA
Jadi sekarang kita tahu arus inputnya, yaitu 0,03080A atau 30,80 mA
Mari kita cari tahu arus keluaran
I = Vout / RB I = 0,008249 / 678,4 = 0,00001215949A atau 12,1594 uA
Sekarang, untuk menghitung rasio putaran, kita perlu membagi arus primer dengan arus sekunder.
Rasio Putaran n = Arus Primer / Arus Sekunder n = 0,03080 / 0,0000121594 = 2,533,1972
Jadi Transformator Arus terdiri dari 2500 putaran (nilai pembulatan)
Catatan! Harap dicatat bahwa kesalahan sebagian besar disebabkan oleh tegangan input dan toleransi multimeter saya yang selalu berubah.
Menghitung Ukuran Resistor Beban yang Cocok
CT yang digunakan disini adalah tipe keluaran arus. Jadi untuk mengukur arus, perlu diubah menjadi jenis tegangan. Artikel ini, di situs openenergymonitor, memberikan ide bagus tentang bagaimana kita bisa melakukannya jadi saya akan mengikuti artikel
Beban Resistor (ohm) = (AREF * CT MENGHIDUPKAN) / (2√2 * arus primer maks)
Dimana, AREF = Tegangan referensi analog dari modul ADS1115 yang disetel ke 4.096V.
CT TURNS = Jumlah putaran sekunder, yang telah kita hitung sebelumnya.
Max Primary Current = arus primer maksimum yang akan dialirkan melalui CT.
Catatan! Setiap CT memiliki peringkat arus maksimum yang melebihi peringkat itu akan menyebabkan saturasi inti dan pada akhirnya kesalahan linieritas yang akan menyebabkan kesalahan pengukuran
Catatan! Nilai arus maksimum dari meteran energi rumah tangga adalah 30A, jadi saya menggunakan nilai itu.
Resistor Beban (ohm) = (4,096 * 2500) / (2√2 * 30) = 120,6 Ω
120.6Ω bukan nilai umum, itulah mengapa saya akan menggunakan tiga resistor secara seri untuk mendapatkan nilai resistor 120Ω. Setelah menghubungkan resistor ke CT, saya melakukan beberapa pengujian untuk menghitung tegangan keluaran maksimum dari CT.
Setelah pengujian, diamati bahwa jika arus 1mA diumpankan melalui primer transformator arus, outputnya adalah 0,0488mV RMS. Dengan itu, kita dapat menghitung jika arus 30A dialirkan melalui CT, tegangan keluaran akan menjadi 30000 * 0,0488 = 1,465V.
Sekarang, setelah kalkulasi selesai, saya telah menetapkan gain ADC ke gain 1x yaitu +/- 4.096V, yang memberi kita resolusi skala penuh 0.125mV. Dengan itu, kita dapat menghitung arus minimum yang dapat diukur dengan pengaturan ini. Yang ternyata 3mA karena resolusi ADC ditetapkan ke 0,125mV.
Komponen Diperlukan
Tulis semua komponen tanpa tabel
Sl.No |
Bagian |
Tipe |
Kuantitas |
1 |
CT |
Jenis Jendela |
1 |
2 |
Arduino Nano |
Umum |
1 |
3 |
AD736 |
IC |
1 |
4 |
ADS1115 |
ADC 16-Bit |
1 |
5 |
LMC7660 |
IC |
1 |
6 |
120Ω, 1% |
Penghambat |
1 |
7 |
10uF |
Kapasitor |
2 |
8 |
33uF |
Kapasitor |
1 |
9 |
Papan tempat memotong roti |
Umum |
1 |
10 |
Kabel Jumper |
Umum |
10 |
Diagram Sirkuit
Skema di bawah ini menunjukkan panduan hookup untuk pengukuran arus menggunakan transformator arus
Beginilah tampilan sirkuit di papan tempat memotong roti.
Konstruksi Sirkuit Pengukuran Arus
Dalam tutorial sebelumnya, saya telah menunjukkan kepada Anda cara mengukur tegangan True RMS secara akurat dengan bantuan IC AD736 dan cara mengkonfigurasi rangkaian konverter tegangan kapasitor yang menghasilkan tegangan negatif dari input tegangan positif, dalam tutorial ini, kami menggunakan kedua IC dari tutorial ini.
Untuk demonstrasi ini, sirkuit dibangun di atas papan tempat memotong roti tanpa solder, dengan bantuan skema; juga, tegangan DC diukur dengan bantuan ADC 16bit untuk akurasi yang lebih baik. Dan saat saya mendemonstrasikan sirkuit pada papan tempat memotong roti untuk mengurangi parasit, saya telah menggunakan kabel jumper sebanyak mungkin.
Kode Arduino untuk Pengukuran Arus
Di sini Arduino digunakan untuk menampilkan nilai yang diukur ke jendela monitor serial. Tetapi dengan sedikit modifikasi pada kode, seseorang dapat dengan mudah menampilkan nilai pada LCD 16x2. Pelajari antarmuka LCD 16x2 dengan Arduino di sini.
Kode lengkap untuk trafo arus dapat ditemukan di akhir bagian ini. Di sini bagian penting dari program dijelaskan.
Kami mulai dengan memasukkan semua file perpustakaan yang diperlukan. Pustaka Wire digunakan untuk berkomunikasi antara Arduino dan modul ADS1115 dan pustaka Adafruit_ADS1015 membantu kita membaca data dan menulis instruksi ke modul.
#include
Selanjutnya, tentukan MULTIPLICATION_FACTOR yang digunakan untuk menghitung nilai saat ini dari nilai ADC.
#define MULTIPLICATION_FACTOR 0,002734 / * faktor untuk menghitung nilai aktual saat ini * / Adafruit_ADS1115 iklan; / * Gunakan ini untuk versi 16-bit ADS1115 * /
ADC 16-bit mengeluarkan bilangan bulat 16-bit sehingga variabel int16_t digunakan. Tiga variabel lain digunakan, satu untuk menyimpan nilai RAW untuk ADC, satu untuk menampilkan voltase aktual di pin ADC dan terakhir satu untuk menampilkan nilai voltase ini ke nilai arus.
int16_t adc1_raw_value; / * variabel untuk menyimpan nilai ADC mentah * / floating_voltae; / * variabel untuk menyimpan voltase terukur * / arus float; / * variabel untuk menyimpan arus yang dihitung * /
Mulailah bagian pengaturan kode dengan mengaktifkan output serial dengan 9600 baud. Kemudian cetak penguatan ADC yang disetel; Hal ini dikarenakan tegangan yang melebihi nilai yang ditentukan tentunya dapat merusak perangkat.
Sekarang atur ADC gain dengan ads.setGain (GAIN_ONE); metode yang menetapkan resolusi 1-bit ke 0,125mV
Setelah itu, metode ADC mulai dipanggil yang mengatur semuanya dalam modul perangkat keras dan konversi statistik.
void setup (void) {Serial.begin (9600); Serial.println ("Mendapatkan bacaan berujung tunggal dari AIN0..3"); // beberapa informasi debug Serial.println ("ADC Range: +/- 4.096V (1 bit = 2mV / ADS1015, 0.125mV / ADS1115)"); // Rentang input ADC (atau penguatan) dapat diubah melalui fungsi // berikut, tetapi hati-hati jangan pernah melebihi VDD + 0,3V maks, atau // melebihi batas atas dan bawah jika Anda menyesuaikan rentang input! // Menetapkan nilai-nilai ini secara tidak benar dapat merusak ADC Anda! // ADS1015 ADS1115 // ------- ------- // ads.setGain (GAIN_TWOTHIRDS); // Keuntungan 2 / 3x +/- 6.144V 1 bit = 3mV 0.1875mV (default) ads.setGain (GAIN_ONE); // 1x keuntungan +/- 4.096V 1 bit = 2mV 0.125mV //ads.setGain(GAIN_TWO); // 2x keuntungan +/- 2.048V 1 bit = 1mV 0.0625mV // ads.setGain (GAIN_FOUR); // 4x keuntungan +/- 1.024V 1 bit = 0.5mV 0.03125mV // ads.setGain (GAIN_EIGHT);// 8x keuntungan +/- 0,512V 1 bit = 0,25mV 0,015625mV // ads.setGain (GAIN_SIXTEEN); // 16x keuntungan +/- 0,256V 1 bit = 0,125mV 0,0078125mV ads.begin (); }
Di bagian loop , saya membaca nilai ADC mentah dan menyimpannya ke variabel yang disebutkan sebelumnya untuk digunakan nanti. Kemudian ubah nilai ADC mentah menjadi nilai tegangan untuk pengukuran dan hitung nilai arus dan tampilkan ke jendela monitor serial.
void loop (void) {adc1_raw_value = ads.readADC_SingleEnded (1); voltase_ukuran = nilai_raw1_diukur * (4,096 / 32768); current = adc1_raw_value * MULTIPLICATION_FACTOR; Serial.print ("Nilai ADC:"); Serial.println (adc1_raw_value); Serial.print ("Tegangan Terukur:"); Serial.println (diukur_voltaik); Serial.println ("V"); Serial.print ("Arus Terhitung:"); Serial.print (val, 5); Serial.println ("A"); Serial.println (""); penundaan (500); }
Catatan! Jika Anda tidak memiliki perpustakaan untuk modul ADS1115, Anda perlu memasukkan perpustakaan di Arduino IDE, Anda dapat menemukan perpustakaan di repositori GitHub ini.
Kode Arduino lengkap diberikan di bawah ini:
#include
Menguji Sirkuit
Alat yang digunakan untuk menguji sirkuit
- 2 bola lampu pijar 60W
- Meco 450B + TRMS Multimeter
Untuk menguji rangkaian, pengaturan di atas digunakan. Arus mengalir dari CT ke multimeter, kemudian mengalir kembali ke saluran listrik utama.
Jika Anda bertanya-tanya apa yang dilakukan papan FTDI dalam pengaturan ini, izinkan saya memberi tahu Anda bahwa konverter USB ke serial tidak berfungsi, jadi saya harus menggunakan konverter FTDI sebagai konverter USB ke serial.
Peningkatan Lebih Lanjut
Beberapa kesalahan mA yang Anda lihat di video (diberikan di bawah) hanya karena saya telah membuat sirkuit di papan tempat memotong roti, jadi ada banyak masalah dasar.
Saya harap Anda menyukai artikel ini dan mempelajari sesuatu yang baru darinya. Jika Anda ragu, Anda dapat bertanya di komentar di bawah atau dapat menggunakan forum kami untuk diskusi terperinci.