Měření AC proudu s Arduino UNO – Napady-navody.jednoduse.cz

V tomto článku Vám přinášíme konstrukci přípravku, který umožňuje využít měřící transformátor proudu CT08CL10 na měření AC proudu s Arduino Uno v jedné fázi 230V AC. Jednoduchou úpravou programu je možné měřit AC proud ve třech fázích současně. Zapojení může posloužit pro inspiraci při podobných měřeních AC proudu. Uvedenou konstrukci nám zaslal náš zákazník Vlastimil Vágner.

Celkový popis

Převodník pro měření proudu využívá měřící proudový transformátor CT08CL10 a převodník pro snímání napětí z měřícího transformátoru je vyrobený na univerzální vrtané destičce. Při výrobě snímače je velice důležité aby použité rezistory v odporovém děliči měli naprosto shodné hodnoty, stejně tak i použitý zátěžový rezistor pro snímání napětí na sekundárním výstupu z měřícího proudového transformátoru. Hodnota rezistorů v děliči je důležitá pro správné rozdělení napětí 5VDC na hodnotu 2.5V DC, zátěžový (snímací) rezistor zase ovlivňuje přesnost měření. Jeho hodnotu je možné výpočtem hodnoty jiného rezistoru upravit v programu. Zobrazovaná hodnota proudu je v RMS a v programu je současně vypočítaná fiktivní hodnota spotřeby ve Wattech. Ta se počítá v programu z napětí sítě 230V AC které je vynásobeno vypočítaným RMS proudem a je pouze orientační. Pro zobrazení na LCD displeji je použit displej 2 x 16 znaků nebo 4 x 20 znaků se sériovým řadičem. Pro připojení LCD displeje s Arduino Uno je použito tří vodičů +5V, -5V a výstupního signálu TXD z desky Arduino Uno na PINU 2, na řadiči je nastavena komunikační rychlost 2400 Bd tato rychlost musí být nastavena i v programu a klidová úroveň „T“. Napájení převodníku i LCD displeje je z desky Arduino Uno napájené ze vstupního konektoru pro připojení napájení 8 – 12V DC. Na obrázku č.01 je schéma zapojení převodníku pro měření napětí na zátěžovém rezistoru z měřícího proudového transformátoru proudu, na obrázku č.02 je schéma připojení převodníku k desce Arduino Uno pro zobrazování na LCD. Výhoda používání těchto měřících transformátorů (CT) pro měření AC proudu je v galvanickém oddělení primárního vinutí od sekundárního vynutí.

Upozornění : při zapojování a měření AC proudu se pracuje s napětím sítě 230VAC, toto napětí je životu nebezpečné A JE NUTNÉ PRACOVAT OPATRNĚ!

Popis převodníku pro měřící transformátor proudu

Připojení sekundárního vynutí měřícího proudového transformátoru (CT) se zátěžovým rezistorem přímo na vstupy A/D převodníku není zrovna vhodné řešení. Protože proudový transformátor (CT) pouze poskytuje na sekundární straně plovoucí napětí přes zátěžový rezistor, z tohoto důvodu je použit uvedený převodník, aby bylo možné načítat surové napětí který poskytne DC offset k AC napětí tak aby byl použitelný. Tento převodník na Obr. č.01 poskytuje DC offset (~ 2.5V) k průběhu střídavého napětí místo toho, aby byl udržován v rozsahu DC. Popsaný převodník je vlastně obyčejný rezistorový dělič napětí z napájecího napětí 5V DC na napětí 2.5V DC ke kterému je připojen jeden sekundární vývod z měřícího transformátoru proudu se zátěžovým rezistorem a druhý vývod sekundárního vinutí z měřícího transformátoru proudu se zátěžovým rezistorem je připojen na vstup A/D převodníku Arduino Uno. V případě potřeby je možné prodloužit přívodní vodiče měřícího transformátoru proudu, použijeme dvoužilový stíněný kabel k mikrofonu nebo je možné použít i stíněný UTP kabel. Převodník umožňuje nejjednodušším způsobem měřit AC proud pomocí měřícího proudového transformátoru (CT).

Popis měřícího transformátoru proudu CT08CL10 snímače 20A AC

Měřící transformátor proudu umožňuje měřit AC proud do 20A, z dokumentace v [1] k tomuto měřícímu transformátoru proudu je udávaný převodní poměr 2000 : 1. Udávaný zátěžový rezistor pro tento proud je 100R, výstupní proud na sekundární straně měřícího transformátoru je s tímto zátěžovým rezistorem 0,01A. Výpočtem z těchto hodnot dostaneme výstupní napětí na zátěžovém rezistoru 1V, 20A / 2000závitů = 0.01A, 100R x 0.01A = 1V. Dalším výpočtem „√2 x vypočítané napětí“ (√2 x 1V = 1.41V P-P) si zkontrolujeme hodnotu napětí na zátěžového rezistoru tak aby výstupní napětí na připojeném vstupu A/D převodníku nepřesáhlo referenční hodnotu 2.5V převodníku v tomto případě je vypočítané napětí 1.41V P-P v pořádku. Pokud by vypočítané napětí přesáhlo hodnotu 2.5V volíme jinou hodnotu zátěžového rezistoru na sekundární straně měřícího transformátoru proudu (CT) a hodnoty s tímto zátěžovým rezistorem znova vypočítáme. S tímto převodníkem pro měření proudu s měřícím transformátorem proudu CT08CL10 je možné využít i měřící transformátor proudu SCT-013-000. Tento měřící transformátor umožňuje měřit maximální proud 100A AC, má převodní poměr 100A : 0.05A a počet závitů 2000, změnou zátěžového rezistoru v přípravku na hodnotu 33R je možné měřit AC proud v celém uvedeném rozsahu 0 – 100A.

NIKDY SE NESMÍ OSADIT MĚŘÍCÍ TRANSFORMÁTOR PROUDU DO EL. OKRUHU BEZ TOHO ABY BYLI VÝVODY NA SEKUNDÁRNÍ STRANĚ ROZPOJENY!. POKUD NENÍ PŘIPOJEN NA SEKUNDÁRNÍ VINUTÍ ŽÁDNÝ SNÍMACÍ PRVEK TYTO VÝVODY SE MUSÍ ZKRATOVAT!