Nozioni di base

Trasformatori di corrente (TA) sono sensori che sono utilizzati per la misura di corrente alternata. Sono particolarmente utili per la misurazione di energia elettrica.

Come qualsiasi altro trasformatore, un trasformatore di corrente ha un avvolgimento primario, un nucleo magnetico, ed un avvolgimento secondario.

L'avvolgimento secondario comprende molte spire di filo sottile alloggiata all'interno dell'involucro del trasformatore.

La corrente alternata circolante nel primario produce un campo magnetico nel nucleo, che poi induce una corrente nel circuito dell'avvolgimento secondario .

La corrente nell'avvolgimento secondario è proporzionale alla corrente circolante nell'avvolgimento primario:

 Isecondary = CTturnsRatio x Iprimary
 
 CTturnsRatio = NoTurnsPrimary / NoTurnsSecondary 

Il numero di spire secondarie della CT foto sopra è di 2000 e così la corrente nel secondario è 2000 volte superiore  della corrente nel primario.

Normalmente questo rapporto sarebbe scritto in termini di correnti es 100:5 (per un misuratore 5A scalato 0 - 100A). Il CT sopra sarebbe normalmente scritto come 100: 0.05.

Resistenza di carico

Sul secondario de  TA  deve essere applicata una resistenza di carico. Al sistema di arduino è sufficiente a fornire un segnale di tensione utile che sia  proporzionale alla corrente del secondario di TA . Inoltre deve essere di valore sufficientemente basso per garantire che il nucleo non entri in saturazione.

Isolamento

Il circuito secondario è isolato galvanicamente dal circuito primario. (Non ha alcun contatto metallico)

Sicurezza

In generale, un CT non deve mai essere a circuito aperto, una volta installato, ed è potenzialmente pericoloso, se è un circuito aperto.

Se circuito aperto con la corrente circolante nel primario del trasformatore secondario tenterà di continuare corrente di pilotaggio in ciò che è effettivamente un'impedenza infinita. Ciò produrrà una tensione elevata e potenzialmente pericoloso attraverso l'apertura secondaria [1]

Alcuni di CT   avere una protezione integrata. Questo può essere o diodi Zener di protezione in caso di SCT-013-000 che è raccomandato per l'uso in questo progetto, o se il CT è un tipo di tensione di uscita, avrà una costruito nel resistore di carico e quindi non può essere aperto circuito.

Installazione di un CT

Il primario del CT è un filo che porta la corrente che si vuole misurare. Se si clip vostro CT intorno a un cavo a due o tre conduttori che ha fili percorsi dalla stessa corrente ma in direzioni opposte, poi i campi magnetici creati dai due fili sono uguali e opposte e si annulla. Il tuo CT avrà alcuna uscita. 

Questa relazione descrive come costruire un semplice monitor di energia elettrica.

Misura di tensione con un AC adattatore di alimentazione CA e la corrente con una clip sul sensore CT, rendendo il tutto  abbastanza sicuro non neccessitando di alcun lavoro in alta tensione.

Il monitor di energia in grado di calcolare la potenza reale, potenza apparente, fattore di potenza, tensione RMS, corrente efficace. Tutti i calcoli sono fatti nel dominio digitale su un Arduino.

L'elettronica è costituita da sensori (che producono segnali proporzionali alla tensione di rete e corrente).

 

Misurazione della tensione CA con un AC adattatore di alimentazione CA

Una misura di tensione alternata è necessaria per calcolare la potenza reale, potenza apparente e fattore di potenza. Questa misura può essere fatta in modo sicuro (senza operare in alta tensione), utilizzando un AC adattatore di alimentazione CA. Trasformatore nel adattatore fornisce separazione galvanica tra la alta tensione alternata e una bassa tensione alternata (18 volt picco).

Questa pagina descrive brevemente i componenti elettronici necessari per interfacciare un AC adattatore di alimentazione CA con un Arduino.

Come nel caso di misura di corrente con un sensore TC il condizionamento del segnale elettronico di seguito in modo che soddisfi i requisiti di ingresso degli ingressi analogici Arduino: una tensione positiva tra 0V e la tensione di riferimento dell'ADC(solitamente 5V o 3.3V).

AC per adattatori di alimentazione CA può venire in molte valutazioni differenti di tensione. La prima cosa che è importante da sapere è il valore della tensione della scheda. Abbiamo fatto un elenco delle principali adattatori di tensione AC che abbiamo usato qui per riferimento (abbiamo standardizzato su 9V AC RMS).

Il segnale in uscita dalla scheda tensione AC è una forma d'onda quasi sinusoidale. Se si dispone di un adattatore da 12 V (RMS), il picco di segnale positivo dovrebbe avvenire a +18 V e il picco del segnale negativo dovrebbe avvenire a -18 V-. 

Il condizionamento del segnale dell'elettronica deve convertire l'uscita dell'adattatore ad una forma d'onda che ha un picco positivo che è meno di 5V e un picco negativo che è più di 0V e quindi dobbiamo 

1) ridimensionare la forma d'onda e 

2) Aggiungere un offset in modo che non vi è alcuna componente negativa.

La forma d'onda può essere ridotta utilizzando un partitore di tensione collegato tra i terminali di adattatori e la differenza (bias) può essere aggiunto utilizzando una sorgente di tensione creata da un altro partitore di tensione collegato attraverso alimentazione del Arduino.

Ecco lo schema elettrico e le forme d'onda di tensione:

Le resistenze R2 e R1 formano il partitore di tensione che le scale verso il basso l'adattatore di alimentazione in corrente alternata e resistenze R3  e R4 forniscono la tensione di Polarizzazione. Condensatore C1 fornisce un percorso a bassa impedenza verso massa per il segnale AC.

R1 e R2 devono essere scelti per dare un picco di tensione di uscita di circa 1V, per un adattatore AC-AC con uscita 9V AC RMS una combinazione di resistenze di 10k per R1 e R2 per 100k darebbe un output adatto:

 picco di tensione di uscita = R1 / (R1 + R2) x picco di tensione di ingresso = 10k / (10k + 100k) x 12,7 V = 1,15 V 

La polarizzazione di tensione fornito da R3 e R4 deve essere la metà della tensione di alimentazione Arduino è per questo motivo che  R3 e R4 devono essere uguali. 

Se l'Arduino è in esecuzione a 5V la forma d'onda risultante del circuito ha un picco positivo di 2,5 V + 1,15 V = picco 3.65V e 1.35V negativo che soddisfano i requisiti di tensione di ingresso analogici Arduino

Ho scelto una combinazioni di  valori di resistenze 10k e 100k R1 e R2 Con un picco positivo di 2,8 V e un picco negativo di 0.5V.

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Note sui limiti di tensione di rete

Lo standard nazionale di rete per l'Europa è di 230 V ± 10%, dando un limite inferiore di 207 V e di un limite massimo di 253 V. È consentito

sensori CT - interfacciamento con un Arduino

A collegare un sensore ad un Arduino CT, il segnale in uscita dal sensore CT deve essere condizionata in modo che soddisfi i requisiti in ingresso degli ingressi analogici Arduino: una tensione positiva tra 0V e la tensione di riferimento ADC.

Ciò può essere ottenuto con il seguente circuito che consiste di due parti principali:

1.    Il sensore TC e onere resistenza

2.    Il partitore di tensione di polarizzazione (R1 e R2)

 

Calcolo di un adeguato peso dimensioni resistenza

Se il sensore CT è un tipo corrente di uscita come la YHDC SCT-013-000, il segnale di corrente deve essere convertito in un segnale di tensione con un resistore di carico. Se si tratta di una uscita CT tensione si può saltare questo passaggio e perdere la resistenza di carico come la resistenza di carico è già costruito per il CT.

1) Scegliere il campo di corrente che si vuole misurare

Il YHDC SCT-013-000 CT ha una gamma di corrente da 0 a 100 A quindi per questo esempio scegliamo 100 A come la nostra corrente massima.

2) convertire la corrente di picco di corrente massimo RMS moltiplicando per √ 2.

 Primaria picco correnti = Corrente RMS × √ 2 = 100 A × 1,414 = 141.4A 

3) Dividere il picco di corrente per il numero di giri nel CT per dare il picco di corrente nella bobina secondaria.

Il YHDC SCT-013-000 CT ha 2000 giri e quindi la corrente di picco secondario sarà:

 Secondaria di picco-picco di corrente = primaria corrente / no.  di giri = 141,4 A / 2000 = 0.0707A 

4) Per massimizzare la risoluzione di misura della tensione oltre la resistenza al carico di picco di corrente dovrebbe essere la tensione di riferimento analogico di Arduino (AREF) diviso 2

Se stai usando un Arduino funziona a 5V: AREF / 2 sarà di 5 V / 2 = 2,5 V e quindi la resistenza:

 Resistenza di carico ideale = (AREF / 2) / Secondaria di picco di corrente = 2,5 V / 0,0707 A = 35,4 Ω

35 Ω non è un valore di resistenza comune abbiamo una scelta di 39 Ω o 33 Ω. Si consiglia di andare per 33 Ω ± 1%

Strumento per il calcolo dell'onere dimensioni resistenza, CT giri e max Irms - grazie a Tyler Adkisson per la creazione e la condivisione di questo.

 

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