Ukur Frekuensi Induk Menggunakan Arduino: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Pada tanggal 3 April, Perdana Menteri India, Shri. Narendra Modi mengimbau masyarakat India untuk mematikan lampu dan menyalakan lampu (Diya) pada pukul 9.00 malam pada tanggal 5 April untuk menandai perjuangan India melawan Virus Corona. Tepat setelah pengumuman, ada kekacauan besar di media sosial yang mengatakan bahwa ini akan mengakibatkan pemadaman total karena kegagalan jaringan listrik.

Saya, sebagai mahasiswa teknik elektro, ingin melihat efek pengurangan beban secara tiba-tiba pada jaringan listrik. Salah satu parameter yang terpengaruh adalah Frekuensi. Jadi, saya memutuskan untuk membuat alat untuk mengukur frekuensi tegangan dari stopkontak di rumah saya. Harap dicatat bahwa untuk eksperimen kecil ini ketepatan nilai terukur tidak penting karena saya hanya ingin mengamati perubahan frekuensi.

Dalam Instruksi ini, saya akan dengan cepat menjelaskan bagaimana grid bisa gagal dan kemudian menunjukkan kepada Anda bagaimana saya mengukur frekuensi.

Langkah 1: Mengapa Khawatir?

Sebuah jaringan listrik bisa gagal karena banyak faktor salah satunya adalah pengurangan beban secara tiba-tiba. Saya akan mencoba menjelaskannya dengan cara yang paling sederhana sehingga orang yang tidak memiliki latar belakang kelistrikan dapat memahaminya.

Apa itu Frekuensi? Ini adalah berapa kali gelombang AC berulang dalam satu detik. Frekuensi di India adalah 50Hz yang berarti gelombang AC diulang 50 kali dalam satu detik.

Di setiap pembangkit listrik, ada turbin yang merupakan perangkat mekanis putar yang mengekstrak energi dari aliran fluida (uap, air, gas, dll) dan mengubahnya menjadi kerja yang berguna (energi mekanik). Turbin ini terhubung (kopel) ke generator. Sebuah generator kemudian mengubah energi mekanik ini menjadi energi listrik yang kita dapatkan di rumah kita.

Mari kita pertimbangkan pembangkit listrik tenaga uap untuk penjelasan ini. Di sini, uap bertekanan tinggi digunakan untuk memutar turbin yang pada gilirannya memutar generator dan listrik dihasilkan. Saya tidak akan membahas cara kerja generator tetapi ingatlah bahwa frekuensi tegangan yang dihasilkan berhubungan langsung dengan kecepatan putaran generator. Jika kecepatan meningkat, frekuensi meningkat, dan sebaliknya. Asumsikan bahwa generator tidak terhubung ke beban apapun. Generator dibawa ke kecepatan dengan meningkatkan masukan uap ke turbin sampai frekuensi menjadi 50Hz. Generator sekarang siap untuk memberikan daya. Segera setelah generator terhubung ke beban (atau grid), arus mulai mengalir melalui belitannya dan kecepatannya berkurang dan begitu pula frekuensinya. Tetapi sesuai standar peraturan, frekuensi harus berada dalam pita tertentu. Di India adalah +/- 3% yaitu 48.5Hz hingga 51.5Hz. Sekarang, untuk mengkompensasi pengurangan frekuensi karena penurunan kecepatan, input uap dinaikkan hingga frekuensi menjadi 50Hz lagi. Proses ini berlangsung. Beban bertambah, kecepatan berkurang, frekuensi berkurang, masukan uap bertambah dan generator dihidupkan. Semua ini dilakukan secara otomatis menggunakan perangkat yang disebut Gubernur. Ini memonitor kecepatan (atau frekuensi) generator dan menyesuaikan input uap yang sesuai. Karena sebagian besar bagian bersifat mekanis, dibutuhkan beberapa detik (yaitu konstanta waktu tinggi) agar perubahan diterapkan.

Sekarang, mari kita pertimbangkan bahwa seluruh beban pada generator tiba-tiba dihilangkan. Generator mempercepat di atas kecepatan normalnya karena kami sebelumnya telah meningkatkan masukan uap untuk mengimbangi peningkatan beban. Sebelum governor dapat merasakan dan mengubah masukan uap, kecepatan generator sangat cepat sehingga frekuensi melewati batas atasnya. Karena ini tidak diizinkan sesuai dengan standar peraturan, generator trip (atau terputus) dari jaringan karena frekuensi berlebih.

Di India, kami memiliki One Nation - One Grid yang berarti semua generator di India terhubung ke satu grid. Ini membantu dalam mengirimkan daya ke bagian mana pun di negara ini. Tapi ada satu kelemahan. Sebuah kesalahan besar di salah satu bagian negara dapat menyebar dengan cepat ke bagian lain yang mengakibatkan tersandungnya seluruh jaringan. Jadi, seluruh negara dibiarkan tanpa kekuatan!

Langkah 2: Rencana

Rencananya adalah untuk mengukur frekuensi tegangan pada interval tertentu.

Trafo center-tapped digunakan untuk menurunkan tegangan 230V AC menjadi 15V AC.

Modul RTC menyediakan waktu aktual.

Kedua data (Waktu dan Frekuensi) kemudian disimpan dalam kartu Micro SD dalam dua file terpisah. Setelah pengujian selesai, data dapat diimpor ke lembar Excel untuk menghasilkan grafik.

Layar LCD akan digunakan untuk menampilkan frekuensi.

Awas! Anda akan berhadapan dengan tegangan listrik AC yang fatal. Lanjutkan hanya jika Anda tahu apa yang Anda lakukan. Listrik tidak memberikan kesempatan kedua

Langkah 3: Hal-hal yang Anda Butuhkan

1x Arduino Nano

1x16x2 Layar LCD

1x DS3231 Modul Jam Waktu Nyata

1x Modul Kartu Micro SD

1x Trafo yang Disadap Tengah (15V-0-15V)

2x 10k Resistor

1x 1k Resistor

1x 39k Resistor

1x 2N2222A NPN Transistor

1x 1N4007 Dioda

Langkah 4: Menyatukan Segalanya

Skema untuk build terlampir di sini. Saya akan membuatnya di papan tempat memotong roti tetapi Anda dapat membuatnya lebih permanen dengan menggunakan papan perf atau membuat PCB khusus.

Memilih nilai 'R3' yang benar untuk transformator Anda:

R3 dan R4 membentuk pembagi tegangan dan nilai dipilih sedemikian rupa sehingga puncak tegangan AC tidak melebihi 5V. Jadi, jika Anda berencana untuk menggunakan transformator lain dengan peringkat yang berbeda, maka Anda harus mengubah R3 juga. Ingat bahwa peringkat tegangan yang diberikan pada transformator dalam RMS. Dalam kasus saya, itu adalah 15-0-15.

Gunakan multimeter untuk memverifikasinya. Tegangan yang diukur sebagian besar akan lebih besar dari 15V. Dalam kasus saya, itu sekitar 17.5V. Nilai puncaknya adalah 17,5 x sqrt(2) = 24,74V. Tegangan ini jauh lebih tinggi dari tegangan maksimum Gate-Emitter (6V) Transistor 2N2222A. Kita dapat menghitung nilai R3 menggunakan rumus pembagi tegangan yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Koneksi untuk Modul Kartu SD:

Modul menggunakan SPI untuk komunikasi.

• MISO ke D12
• MOSI ke D11
• SCK ke D13
• CS/SS hingga D10 (Anda dapat menggunakan pin apa saja untuk Chip Select)

Pastikan kartu SD diformat terlebih dahulu sebagai FAT.

Koneksi untuk Modul RTC

Modul ini menggunakan I2C untuk komunikasi.

• SDA ke A4
• SCL ke A5

Koneksi untuk Layar LCD

• RST ke D9
• EN ke D8
• D4 ke D7
• D5 hingga D6
• D6 hingga D5
• D7 sampai D4
• R/W ke GND

Langkah 5: Saatnya Coding

Kode telah dilampirkan di sini. Download dan buka menggunakan Arduino IDE. Sebelum mengunggah, pastikan Anda menginstal Pustaka DS3231. Saya menemukan beberapa informasi berguna di situs web ini.

Menyiapkan RTC:

1. Masukkan baterai sel koin tipe 2032.
2. Buka DS3231_Serial_Easy dari contoh seperti yang ditunjukkan.
3. Batalkan komentar 3 baris dan masukkan waktu dan tanggal seperti yang ditunjukkan pada gambar.
4. Unggah sketsa ke Arduino dan buka monitor serial. Atur baud rate ke 115200. Anda seharusnya dapat melihat waktu yang terus diperbarui setiap 1 detik.
5. Sekarang, cabut Arduino dan pasang lagi setelah beberapa detik. Lihat serial monitornya. Itu harus menunjukkan waktu nyata.

Selesai! RTC telah disiapkan. Langkah ini harus dilakukan hanya sekali untuk mengatur tanggal dan waktu.

Langkah 6: Memproses Data

Setelah tes selesai, lepaskan kartu micro SD dari modul dan sambungkan ke komputer Anda menggunakan pembaca kartu. Akan ada dua file teks bernama FREQ.txt dan TIME.txt.

Salin konten dari file-file ini dan tempel di lembar excel di dua kolom terpisah (Waktu dan Frekuensi).

Klik Sisipkan> Bagan. Excel harus secara otomatis memeriksa data pada lembar dan memplot grafik.

Tingkatkan resolusi sumbu vertikal sehingga fluktuasi terlihat jelas. Di Google Spreadsheet, Sesuaikan> Sumbu vertikal> Min. = 49,5 dan Maks. = 50,5

Langkah 7: Hasil

Kita dapat dengan jelas melihat sedikit peningkatan frekuensi saat beban terputus sekitar pukul 21:00 (21:00) dan penurunan frekuensi sekitar pukul 21:10 (21:10) saat beban dihidupkan kembali. Tidak ada salahnya untuk grid sebagai frekuensi baik dalam toleransi band (+/- 3%) yaitu 48.5Hz ke 51.5Hz.

Sebuah tweet dari Menteri Negara di Pemerintahan India, Mr. R K Singh menegaskan bahwa hasil yang saya dapatkan cukup akurat.

Terima kasih telah bertahan sampai akhir. Semoga Anda semua menyukai proyek ini dan belajar sesuatu yang baru hari ini. Beri tahu saya jika Anda membuatnya sendiri. Berlangganan ke saluran YouTube saya untuk lebih banyak proyek serupa.