نظام مراقبة الطاقة الذكي: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

في ولاية كيرالا (الهند) ، تتم مراقبة استهلاك الطاقة وحسابه من خلال الزيارات الميدانية المتكررة من قبل فنيين من قسم الكهرباء / الطاقة لحساب أجرة الطاقة وهي مهمة تستغرق وقتًا طويلاً حيث سيكون هناك آلاف المنازل في المنطقة. لا يوجد شرط لفحص أو تحليل استهلاك الطاقة الفردي للمنازل في فترة زمنية أو إنشاء تقرير عن تدفق الطاقة في منطقة معينة. هذه ليست حالة ولاية كيرالا فقط ، ولكن في العديد من الأماكن في العالم. أقترح نظامًا ذكيًا لمراقبة الطاقة بمساعدة Arduino لتسهيل الفحص والمراقبة والتحليل وحساب أجرة الطاقة. النظام عن طريق التحميل المستمر لبيانات استهلاك الطاقة (باستخدام معرف مستخدم فريد) إلى قاعدة بيانات سحابية بمساعدة الاتصال السحابي للجهاز. سيسمح أيضًا بإنشاء مخططات وتقارير خاصة بالمستخدم أو منطقة محددة لتحليل استهلاك الطاقة وتدفق الطاقة لمنزل فردي أو منطقة.

اللوازم

1. اردوينو اونو
2. عرض شاشات الكريستال السائل
3. مستشعر التيار (ACS712)

الخطوة 1: مقدمة

في ولاية كيرالا (الهند) ، تتم مراقبة استهلاك الطاقة وحسابه من خلال الزيارات الميدانية المتكررة من قبل فنيين من قسم الكهرباء / الطاقة لحساب أجرة الطاقة وهي مهمة تستغرق وقتًا طويلاً حيث سيكون هناك آلاف المنازل في المنطقة. لا يوجد شرط لفحص أو تحليل استهلاك الطاقة الفردي للمنازل في فترة زمنية أو إنشاء تقرير عن تدفق الطاقة في منطقة معينة. هذه ليست حالة ولاية كيرالا فقط ، ولكن في العديد من الأماكن في العالم.

يتضمن هذا المشروع تطوير نظام ذكي لمراقبة الطاقة من شأنه تسهيل عمليات التفتيش والمراقبة والتحليل وحساب أجرة الطاقة. سيسمح النظام بالإضافة إلى ذلك بإنشاء مخططات وتقارير خاصة بالمستخدم أو منطقة محددة لتحليل استهلاك الطاقة وتدفق الطاقة. وحدة النظام التي سيتم منحها رمز مستخدم فريدًا لتحديد الوحدة السكنية الخاصة حيث يجب قياس استهلاك الطاقة. ستتم مراقبة استهلاك الطاقة بمساعدة مستشعر تيار متصل بلوحة Arduino باستخدام اتصال تناظري. سيتم تحميل بيانات استهلاك الطاقة ورمز المستخدم الفريد للمستخدم إلى خدمة سحابية مخصصة في الوقت الفعلي. سيتم الوصول إلى البيانات من السحابة وتحليلها من قبل قسم الطاقة لحساب استهلاك الطاقة الفردي ، وإنشاء مخططات الطاقة الفردية والجماعية ، وتوليد تقارير الطاقة وللفحص التفصيلي للطاقة. يمكن دمج وحدة شاشة LCD في النظام لعرض قيم قياس الطاقة في الوقت الفعلي. سيعمل النظام بشكل مستقل إذا تم توصيل مصدر طاقة محمول مثل بطارية خلية جافة أو بطارية Li-Po.

الخطوة الثانية: سير العمل

ينصب التركيز الرئيسي لهذا المشروع على تحسين وتقليل استهلاك الطاقة من قبل المستخدم. هذا لا يقلل فقط من تكاليف الطاقة الإجمالية ولكنه سيوفر الطاقة أيضًا.

يتم سحب الطاقة من أنابيب التيار المتردد وتمريرها عبر مستشعر التيار المدمج في الدائرة المنزلية. يتم استشعار تيار التيار المتردد الذي يمر عبر الحمل بواسطة وحدة الاستشعار الحالية (ACS712) ويتم تغذية بيانات الإخراج من المستشعر إلى الدبوس التناظري (A0) في Arduino UNO. بمجرد تلقي الإدخال التناظري بواسطة Arduino ، يكون قياس الطاقة / الطاقة داخل مخطط Arduino. ثم يتم عرض الطاقة والطاقة المحسوبة على وحدة شاشة LCD. في تحليل دارة التيار المتردد ، يتغير كل من الجهد والتيار جيبيًا بمرور الوقت.

القوة الحقيقية (P): هي الطاقة التي يستخدمها الجهاز لإنتاج عمل مفيد. يتم التعبير عنها بالكيلوواط.

القوة الحقيقية = الجهد (V) x الحالي (I) x cosΦ

القدرة التفاعلية (Q): تسمى هذه القدرة غالبًا القوة التخيلية وهي مقياس للقوة تتأرجح بين المصدر والحمل ، ولا تؤدي إلى أي عمل مفيد. يتم التعبير عنها في kVAr

الطاقة التفاعلية = الجهد (V) x الحالي (I) x sinΦ

القوة الظاهرة (S): تُعرَّف على أنها ناتج جهد الجذر التربيعي (RMS) وتيار RMS. يمكن تعريف هذا أيضًا على أنه ناتج عن القوة الحقيقية والمتفاعلة. يتم التعبير عنها في kVA

القوة الظاهرة = الجهد (V) x الحالي (I)

العلاقة بين القوة الحقيقية والتفاعلية والظاهرة:

القوة الحقيقية = القوة الظاهرة x cosΦ

القوة التفاعلية = القوة الظاهرة x الخطيئةΦ

نحن مهتمون فقط بالقوة الحقيقية للتحليل.

عامل القدرة (pf): نسبة القدرة الحقيقية إلى القدرة الظاهرة في دائرة ما يسمى عامل القدرة.

عامل القدرة = القوة الحقيقية / القوة الظاهرة

وبالتالي ، يمكننا قياس كل أشكال الطاقة بالإضافة إلى عامل القدرة عن طريق قياس الجهد والتيار في الدائرة. يناقش القسم التالي الخطوات المتخذة للحصول على القياسات المطلوبة لحساب استهلاك الطاقة.

يتم قياس تيار التيار المتردد بشكل تقليدي باستخدام محول التيار. تم اختيار ACS712 باعتباره المستشعر الحالي نظرًا لتكلفته المنخفضة وحجمه الأصغر. مستشعر التيار ACS712 هو مستشعر تيار هول الذي يقيس التيار بدقة عند إحداثه. يتم الكشف عن المجال المغناطيسي حول سلك التيار المتردد والذي يعطي جهد الخرج التناظري المكافئ. ثم تتم معالجة خرج الجهد التناظري بواسطة متحكم دقيق لقياس تدفق التيار خلال الحمل.

تأثير هول هو إنتاج فرق الجهد (جهد هول) عبر موصل كهربائي ، مستعرض للتيار الكهربائي في الموصل ومجال مغناطيسي عمودي على التيار.

الخطوة 3: الاختبار

يتم تحديث كود المصدر هنا.

يوضح الشكل الناتج التسلسلي من حساب الطاقة.

الخطوة 4: النموذج الأولي

الخطوة 5: المراجع

Instructables.com، electronicshub.org