PIC18F2550 AC Harmonik Bozulma Ölçer

Harmonik bozulma ölçer AC beslemesinin kalitesini ölçmek için tasarlanmış. Daha önce paylaşılan PIC18F2550 proje geliştirme kartı ve tam dalga doğrultucu devresi ile uygulanmış.

AC güç hattı, 220VAC düşürücü izolasyon trafosu ile ölçülüyor. 10-bit ADC’ye giriş sinyali tam dalga doğrultularak uygulanıyor. Yazılım, temel frekansın (50Hz) genliğini ve 3. harmoniği (150Hz) bulmaya yarayan DFT (Ayrık Fourier Dönüşümü) hesaplamasını gerçekleştiriyor. DFT hesaplaması ADC verileri 32 noktalı 10 bit çözünürlükte.

Ayrıca PIC18F2550 AC Harmonik Bozulma Ölçer projesinin Alarm ve aşırı yük göstergesi olan ikinci versiyonu bulunuyor. Uydulamaların kaynak Mikro-C kodları var.

The 3rd harmonic distortion meter has been designed for measuring the quality of AC supply. The meter is built with a PIC18F2550 project board and the full wave rectifier front-end circuit. The AC power line, 220VAC is measured through the step down isolation transformer. The input signal to the 10-bit ADC is full wave rectified. The software performs DFT calculation finding the amplitude of the fundamental frequency and the 3rd harmonic. The distortion is computed by the ratio of the amplitude of the 3rd harmonic to the fundamental frequency. The meter has been tested with the square wave signal resulting 33% distortion. For low voltage AC utility, 220V, the reading showed approx. 3%. The meter can be applied for high voltage application with the appropriate signal conditioning.

Nowadays an increasing of the electronic devices having nonlinear characteristics are many used at home and office. Such devices mostly are computer based equipment with a low power factor switch mode power supply. The input circuit of the power supply uses a diode-capacitor at the front-end circuit. The current drawn is charging capacitor only near the peak voltage. Thus for a given feeder having finite impedance, there will be a lost from voltage dropped near the peak voltage resulting flattened top distortion of the AC voltage. To measure how high the distortion of AC voltage is, we may decompose it into the summation of sinusoid waves using DFT. The PIC harmonic distortion meter shows a method for finding the amplitude of the fundamental frequency and the 3rd harmonic. The reading shows percentage of the 3rd harmonic distortion.

PIC proje kartı ile AC voltajının kalitesini ölçen basit bir araç.

Harmonik bozulma ölçer, AC kaynağının kalitesini ölçmek için tasarlanmıştır. Sayaç, bir PIC18F2550 proje kartı ve tam dalga doğrultucu ön uç devresi ile oluşturulmuştur. AC güç hattı, 220VAC, düşürücü izolasyon trafosu aracılığıyla ölçülür. 10 bitlik ADC’ye giriş sinyali tam dalga doğrultulmuştur. Yazılım, temel frekansın ve harmoniğin genliğini bularak DFT hesaplaması yapar.

Bozulma, harmoniğin genliğinin temel frekansa oranı ile hesaplanır. Metre, %33 bozulma ile sonuçlanan kare dalga sinyali ile test edilmiştir. Düşük voltajlı AC şebekesi için, 220V, okuma yakl. %3 Sayaç, uygun sinyal koşullandırma ile yüksek voltaj uygulaması için uygulanabilir.

Günümüzde lineer olmayan özelliklere sahip elektronik cihazların artması ev ve ofislerde çokça kullanılmaktadır. Bu tür cihazlar çoğunlukla düşük güç faktörlü anahtar modlu güç kaynağına sahip bilgisayar tabanlı ekipmanlardır. Güç kaynağının giriş devresi, ön uç devrede bir diyot kapasitör kullanır. Çekilen akım, yalnızca tepe voltajının yakınında kondansatörü şarj ediyor.

Bu nedenle, sonlu empedansa sahip belirli bir besleyici için, AC voltajının düzleştirilmiş üst bozulmasıyla sonuçlanan tepe voltajının yakınında düşen voltajdan bir kayıp olacaktır. AC geriliminin distorsiyonunun ne kadar yüksek olduğunu ölçmek için, onu DFT kullanarak sinüzoidal dalgaların toplamına ayırabiliriz. PIC harmonik bozulma ölçer, temel frekansın ve 3. harmoniğin genliğini bulmak için bir yöntem gösterir. Okuma, 3. harmonik bozulmanın yüzdesini gösterir.

Dalga şekli bozulmasını ölçmek için, Toplam Harmonik Bozulmanın miktarını, THD’yi (denklem 1) kullanırız. THD, harmonik bileşenlerin gücünün temel frekansın gücüne oranıdır. Endişemiz voltaj bozulmasıdır, sadece harmonik bileşenlerin, Vn’nin rms’sinin ve temel frekansın, V1’in rms’sinin toplamını bulabiliriz.

Harmonik problemin çoğu 3. bileşenden kaynaklanır. 3. harmonik, temel bileşenden 2. en yüksek enerji olduğu için. Bu nedenle, denklem 2’yi kullanarak yalnızca 3. harmonik bozulmayı bulmakla ilgileniyoruz.

Ayrık Fourier Dönüşümü, DFT Periyodik dalga biçimi f(t)’yi, Ayrık Fourier Dönüşümü’nü (denklem 3) kullanarak kolayca birkaç sinüzoidal dalga biçiminin toplamına ayrıştırabiliriz. A0, DC bileşenlerinin genliğidir. AC voltaj dalga biçimi için A0 sıfırdır.

Her harmoniğin genliği, denklem 4’ten hesaplanabilir. Her harmonik için Bv ve Cv katsayıları, karşılık gelen sinüs dalgası ve kosinüs dalgasının sırasıyla giriş sinyaliyle çarpılmasıyla kolayca hesaplanır (denklem 5 ve 6). Burada delta t numuneler arasındaki zamandır, T periyottur, Vy giriş sinyalidir.

AC sinyali pozitif döngü ve negatif döngü arasında simetriye sahip olduğundan. Sadece yarım çevrimi yakalayarak harmonik bileşeni bulabiliriz. Bu, hesaplama süresini yarı yarıya azaltır.

PIC Harmonik Bozulma Ölçerin donanımı, izole trafodan AC sinyali alan giriş devresine sahip bir PIC18F2550 proje kartıdır. PIC çipinin 0 ila +5V ADC girişi için bir sinyal aralığı sağlamak üzere köprü diyot ve 20k voltaj bölücü ile yaptık.

Kaynak: chaokhun.kmitl.ac.th/~kswichit/