MĚŘENÍ AC PROUDU FTV BEZ APLIKACE

Vágner Vlastimil

Kamarád mi požádal zda by bylo možné vyrobit převodník na měření protékajícího AC proudu ze střídače FTV při napájení rozvaděče rodinného domu, aby nemusel mít u sebe neustále mobilní telefon (různé domácí práce kdy telefon doslova překáží) s aplikací pro bluetooth která tento odečet proudu umožňuje. Volba padla na modul Arduino Uno a k němu vyrobený převodník pro měřící transformátory proudu YHDC typ SCT-013-000 s měřícím rozsahem AC proudu 100A : 0.05A zakoupeným v [3] a zobrazováním na LCD displeji 4 x 20 znaků. Přípravek může posloužit pro vlastní inspiraci při podobných zapojeních, vždy je nutné dbát zvýšené opatrnosti z důvodu práce s napětím životu nebezpečným. Další zapojení s Arduino Uno nejenom na měření AC proudu a AC napětí v [4].

POPIS PŘÍPRAVKU

Přípravek s Arduino Uno, převodníkem pro měřící transformátory proudu a napájecím zdrojem je umístěn v platové elektrikářské krabici. Na boku krabice je umístěn vypínač napájení 230V AC společně s pojistkou pro jištění napájecího zdroje, displej je namontován na distančních sloupcích 100mm tak že v předním krytu elektrikářské krabice je pouze otvor pro LCD displej. Převodník pro tři měřící transformátory proudu je pro svoji jednoduchost vyroben na univerzální vrtané destičce a společně s deskou Arduino Uno je namontován na montážní destičce pro Arduino Uno zakoupené v [1] kde je převodník s Arduino Uno propojen. Pro ovládání LCD displeje 4 x 20 znaků je použit sériový řadič komunikující po sériové lince kde je použit pouze signál TXD z desky Arduino Uno, společně s napájecími záporným vodičem GND a kladným napájecím vodičem sériový řadič pro LCD displej byl zakoupen v [2]. Schéma zapojení převodníku pro měřící transformátory proudu je na obrázku č.01, na obrázku č.02 je celkové schéma zapojení přípravku pro měření AC proudu ve všech 3 fázích, výroba přípravku je čistě individuální věc. Převodník je tvořen pouze dvěma rezistory které z napájecího napětí 5V desky Arduino Uno dělič toto napětí rozdělí na referenční napětí o velikosti 2.5V, tyto děliče napětí jsou celkem tři pro každý měřící transformátor proudu ve fázích L1, L2, L3. Výstup ze spojených rezistorů tvořících dělič napětí je připojen na jeden vstup sekundárního vinutí měřícího transformátoru (na KONEKTORU JACK 3.5 označený „K“) a druhý sekundární výstup měřícího transformátoru proudu (na KONEKTORU JACK 3.5 označený „L“) je připojen na pin A/D převodníku L1 = A0, stejně tak jsou připojeny i další převodníky ve fázích L2 = A1, L3 = A2. Výstupní napětí z měřícího transformátoru proudu je střídavé a není možné jej přímo připojit na vstup A/D převodníku Arduino Uno z tohoto důvodu se musí použít napěťový dělič jehož napětí 2.5V tvoří (Ofset ~ 2.5V) pro napětí z měřícího transformátoru proudu. Uvedený převodník proudu umožňuje co nejjednodušším způsobem měřit střídavý proud. Napájení přípravku je spínaným zdrojem 230VAC/12VDC, hodnota 12V je snížena zapojenými diodami 1N4007 vždy dvě v sérii na kladném i záporném vodiči napájení snížena na hodnotu 8V, tato hodnota je pak na Arduino Uno desce stabilizována na hodnotu 5V.

MĚŘÍCÍ TRANSFORMÁTOR PROUDU YHDC SCT – 013 - 000

Použité měřící transformátory proudu umožňují měřit AC proud v rozsahu 0 – 100A s proudovým výstupem 0.05A při plném zatížení počet závitů je 2000 kabel z měřícího transformátoru proudu je zakončen v konektoru JACK 3.5 kdy špička konektoru je označena „K“ a k nejdelší části konektoru je připojen vývod označený „L“ viz technická dokumentace k měřícímu transformátoru proudu. Tím že je výstup proudový je nutné sekundární výstup transformátoru osadit takzvaným zátěžovým (snímacím) rezistorem který výstup převede na napětí a toto je poté načítáno A/D vstupem Arduino Uno. Napětí na snímacím rezistoru NESMÍ PŘEKROČIT REFERENČNÍ NAPĚTÍ 2.5V, proto se jeho hodnota musí vypočítat k maximálnímu proudu který chceme měřit tak aby napětí rezistoru bylo vždy menší než je referenční napětí 2.5V. Pokud je měřící transformátor proudu osazen na vodiči kterým prochází proud nesmí nikdy jeho vývody sekundárního vinutí zůstat rozpojeny, vždy musí být zkratovány (společně spojeny) jinak dojde ke zničení měřícího transformátoru proudu. Výstupní hodnota proudu 0.05 je dána výpočtem 100A / 2000 počet závitů = 0.05A výpočet zátěžového rezistoru (snímacího) se provede tak že maximální RMS proud 100A si převedeme na špičkový proud podle vzorce RMS proud x √2 = 141.4A. Abychom vypočítali špičkový proud v sekundární cívce vydělíme špičkový proud 141.4A počtem závitů cívky 141.4A / 2000 = 0.0707A. Hodnota zátěžového (snímacího) rezistoru pak vychází takže referenční napětí dělíme vypočítaným špičkovým proudem v sekundární cívce 2.5V / 0.0707 = 35.36R volíme VÝDY NIŽŠÍ ZÁTĚŽOVÝ (SNÍMACÍ) REZISTOR MENŠÍ NEŽ VYPOČÍTANOU HODNOTU v tomto případě použijeme rezistor 33R a napětí na zátěžovém (snímacím) rezistoru vychází 33 x 0.0707 = 2.33V při plném zatížení 100A . V případě že by jsme tímto měřícím transformátorem proudu chtěli měřit maximální RMS proud 30A postupujeme shodně 30 x √2 = 42.42A, 4ě.42 / 2000 = 0.02121A. 2.5 / 0.02121 = 117.8R. 117.8 x 0.02121 = 2.498V. Použijeme-li rezistor 110R a napětí na zátěžovém (snímacím) rezistoru bude 2.33V, případě použití rezistoru 100R bude napětí na zátěžovém (snímacím) rezistoru 100 x 0.02121 = 2.12V. V každém případě je napětí při použití rezistorů 110R, 100R nižší než referenční napětí 2.5V což je v pořádku.

OSAZENÍ MĚŘÍCÍCH TRANSFORMÁTORŮ PROUDU V ROZVADĚČI

Použité měřící transformátory proudu YHDC jsou osazeny na přívodní vodiče L1, L2, L3 zapojené do první řady jističů z kterých je pak provedeno rozbočení napájení dalších řad jističů tak že měří celkový odběr v domovním rozvaděči ať je tento realizován distributorem nebo za normálního provozu jak od distributora nebo FTV. V případě výpadku sítě pak zobrazují po přepnutí přepínače „volba sítě“ na baterie kdy tyto napájí střídač a je normálně zobrazovaná hodnota proudu RD ze střídače napájeného ze zálohy baterií A je možno v případě potřeby vypnout vybrané okruhy tak aby se dosáhlo delšího napájení nutných el.spotřebičů.

PROGRAM

Program je uložen v adresáři PROGRAM má název LCD_3f_MĚŘENÍ_AC_PROUDU_100

V případě jiné hodnoty zátěžového rezistoru tuto v programu přepíšeme, stejně tak můžeme změnit i komunikační PIN. Po nahraní programu do Arduino Uno odpojíme programovací kabel do konektorů na Arduino Uno zasuneme připojovací modul s připojeným převodníkem na měření proudu s připojenými měřícími transformátory proudu, LCD displej a připojíme napájení Arduino UNO do konektoru pro připojení napájení 7 – 12V nyní se musí na LCD postupně na řádcích shora dolů zobrazit MĚŘENÍ AC PROUDU, L1 A:, L2 A:, L3 A:. Nyní když měřícími transformátory proudů provlékneme jeden vodič a ten připojíme na jeden vývod objímky pro žárovku a druhý vodič připojíme přímo na objímku mimo měřící transformátory proudu a připojíme žárovku do el.sítě měl by se na LCD zobrazovat proudový odběr žárovky ve všech třech řádcích LCD displeje. Úpravy programu jsou čistě individuální věc.