TEK FAZLI ŞEBEKE ANALİZÖRLÜ AKILLI PRİZ PROJESİ

Başlatan seyityildirim, 06 Kasım 2016, 00:58:39

seyityildirim

Merhaba arkadaşlar..

Bu başlıkta bu projeyi adım adım yapıp tasarlayacağız inşallah..

Hem foruma güzel bir proje kazandırmış oluruz hep beraber.

Daha önce farklı iki başlıkta akım ve gerilim okuma ile ilgili kısımları biraz tartışmıştık.

@FxDev hocamın tavsiyesi ile proje için bir başlık açıp tüm aşamalarını burada yapmaya karar verdik.

Projenin ayrıntılarına yavaş yavaş inelim.

Evlerimizdeki prizlere takılabilecek mümkün olduğunca ekonomik ve ergonomik bir yapıda tasarlamaya çalışacağız. Tasarlanacak ürünün öngörülen özellikleri şu şekilde

•   Ürün üzerinde LCD veya GLCD bir ekran bulunacak. Bu ekran üzerinde akım, gerilim, güç, güç katsayısı gibi parametreler gösterilecek.

•   Güç katsayısı belirli bir değerin altına düştüğü anda bir röle yardımıyla sistem yükten ayrılacak.

•   Wifi, bluetooth gibi erişim vasıtalarıyla yine röle kullanarak sistem açılıp kapanabilecek. Ayrıca sistem parametreleri, komut geldiğinde internet arayüzüne , android arayüzüne gönderilecek.

•   İşin yazılım kısmında daha bir çok özellik var. Harmonik analizi bile yapılabilir.

Akım ve gerilim okumayı biraz tartışmıştık. Sırası gelince tekrar değineceğim.

Sistem için gerekli olan beslemeler trafo kullanılmadan yapılacak. Sebebi yer kaplaması ve maliyeti.

Yer ve maliyet adına taviz verdiğimiz ilk şey izolasyon yani güvenlik. Neyse

Şimdi trafosuz besleme kaynağı tasarlamakla başlayabiliriz. Neler mi beslenecek?

•   Sistemi yükten ayıracak röle ( 12V luk bir röle olabilir)

•   MCU olarak kullanacağımız STM32F4

•   Bluetooth ve wifi modül

İhtiyacımız olan en büyük gerilim değeri 12V. Bu 12V'u oluşturduktan sonra Mcu için gerekli olan besleme ayrı bir devre ile 12V Gerilimden düşürülerek yapılabilir.

Trafosuz besleme için iki yöntem var. Kapasitif ve rezistif.
Bu ikisini biraz kıyaslayalım.

•   Rezistif sistem kapasitif sisteme göre oldukça fazla güç tüketir. Sebebi direnç aktif güç çeker ve bunu ısı olarak harcar. Kondansatör neredeyse sıfır aktif güç çeker. Kapasitif sistemde direnç kullanılacak elbette ama rezistif sistemdeki kadar büyük değil.

•   Rezistif sistem kapasitife göre hem ucuz hem de daha az yer kaplar. (DESIGNER CIRCUITS, LLC nin design note dosyasında iddia ettiği bu.)

Rezistif sistem ucuz ve az yer kaplamasına karşın oldukça fazla güç tüketiyor. Bu da kendisini seçmemiz konusunda bizi rahatsız ediyor. Bunu bir sonraki yazıda kanıtlamaya çalışacağım

seyityildirim

#1
Aşağıdaki gibi bir rezistif besleme devresini düşünelim.



Kapasitif beslemeyi de koyayım da ikisini beraber düşünelim



Buradaki R1 direnci ilk enerjilenme sırasında olası bir patlamayı -sigorta attırmayı-ark çıkmasını vb engelliyor. Bildiğiniz gibi doğru polarma altında diyotların iç direnci sıfıra yakın kabul edilir. Devreye ilk enerji verildiğinde kondansatör boş olacağı için ( Kondansatörler de ilk anda kısa devre gibi davranır ) Faz-Nötr hattını kısa devreye düşürür. Bu da ark çıkmasına veya sigorta atmasına neden olur. Bunu engellemek için bir direnç kondansatörün akım hattına seri bağlanır ki yavaş yavaş şarj olsun.

Rezistif beslemede gerilimi düşüren yapı sadece R1. Kapasitif beslemede ise R1 ve C1.

Diyelim ki 100 mA lik bir kaynağa ihtiyacımız var. İşe Ohm kanunu ile başlıyoruz.

I=U/R  ==>  0,1=220/R ==> R= 2200 Ohm.

  Yani 220V gerilim altında 100 mA lik bir akım sınırlaması yapmak istiyorsak 2,2 K bir dirence ihtiyacımız olacak. Bu direncin gücü de ;

P=I².R  ==>  P=(0,1.0,1).2200 ==> P=22 Watt 

Yani 220V gerilim üzerinde 100 mA akım sınırlaması için 2.2 K 22W bir dirence ihtiyacımız var. Çok büyük bir güç. Bu tür devrelerde kondansatör kullanılmasının nedeni işte bu güçtür. Dirençler şebekeden aktif güç çekerler, bu nedenle de ısınırlar. Kondansatörlerin çektiği aktif güç oldukça düşüktür. Bunun için ısınma sorunları fazla olmaz. İşte  kondansatörlerin XC sinden istifade ederek direnç olarak kullanılma nedenleri bu. Şimdi  yukarıda hesapladığımız 2.2 k lık  22 watt direnç yerine nasıl bir kondansatör bağlarız onu hesaplayalım;

İhtiyacımız olan direnç 2.2 K idi. Bunu hesaplarken R1 direncini de unutmamamız gerekiyor. 100 Ohm luk bir şarj direnci kullandığımızı varsayalım.  Hesap şöyle yapılıyor;

Z  = 2200 ohm  ( R1 direnci ile C1 Kondansatörünün toplam direnci - AC devre Empedansı olarak bilinir. )
XC= ?? ohm
R  = 100 ohm

Z²=XC² + R²  ==> 2200²=XC² + 100²  ==> XC²=2200² - 100²  ==>  XC= 2198 ohm

Toplam empedansı kullanarak ihtiyacımız olan XC değerini bulmuş olduk. Şimdi bu XC ye karşılık gelen kapasite değerini bulalım;

XC= 2198 ohm
Pi  = 3,14
F   = 50 Hz
C  = ?? µF

XC=1/(2.pi.F.C)  ==> 2198=1/(2 . 3,14 . 50 . C)    ==>2198=1/(314 . C) ==> C=1,4 µF

Şimdi de Şarj direncinin gücünü hesaplayalım;

P=R.I²   ==> P=100 . 0,1²   ==> P= 1,0 Watt

Yani 220 V 50 Hz lik bir gerilime 100 ohm 1,4 µF lık bir kondansatörü seri olarak bağlarsak, bu hat üzerinden 100 mA akım çekebiliriz.

Özetle ;

Yukarıdaki örnek için Rezistif beslemede kullanacağımız direnç değeri 22k değerinde ve 22W güce sahip olması gerekirken kapasitif beslemede 1 Watt lık 100 ohm ve buna seri bağlı 1.4 uF lık kapasitör yeterli oldu.

Not: Yukarıdaki hesaplamalar etepic.com forum sitesinde inventor isimli üyenin açıklamalarından esinlenilmiştir. dileyen daha ayrıntılısını bulmak isterse http://etepic.com/index.php?topic=657.0


seyityildirim

#2
Şimdi soru sorma zamanı :)

Tamam kapasitif besleme kullanacağız dedik. ( itirazınız yoksa )

Diyelim ki ani bir kesinti oldu.

C1 kondansatörü üzerinde yüksek bir gerilim kalabilir. Bu da hiç güvenli değil.

Bunu engellemek için C1 kondansatörüne paralel bir direnç bağlamak yeterli gibi.

C1 kapasitörünün kaç saniyede deşarj olmasını istiyorsak RC zaman sabiti ile hesaplanıp bulunabilir.

Şimdi sorulara başlayayım.

1. Öncelikle buraya kadar anlatmaya çalıştığım yerde bir sıkıntı var mı?

2. Ani bir kesintide C1 kapasitörünün deşarj olma süresi ne olmalıdır?

3. Şebekeyi yükten ayırmak için kullanılacak röle kaç amper ile tetiklenmeli ? Buna göre besleme kaynağının elemanlarının değeri ayarlanacak.

Cevaplarınızı bekliyorum.

frederic

İlgili siteden şu uyarıyı da araya sıkıştıralım.

Kullanılacak kondansatörün mutlaka kutupsuz olması gerekiyor. Yani üzerinde ACV-AC ya da ~ işareti olmalı. Aksi halde kondansatörünüz patlar.

mert3162

Çok güzel bir proje olacağa benziyor ilgi ile izliyorum.Hocam hesaplarınızı çok basit bir dil ile anlattığınız için ayrıca teşekkür ederim.Lise öğrencilerinin bile anlayabileceği bir dille yazıyorsunuz.Belki buralardan faydalanan birileride çıkar.
|^^^^^^^^^^^^\ ||\
|__PICPROJE.ORG __
||'""|""\___
| _____________ l | |__|__|___| )
(@!)!(@)"""""**|(@) (@)****|(@)---------

 Üstadlarım nonstradam & Logan

ayhani

#5
Alıntı yapılan: seyityildirim - 06 Kasım 2016, 00:58:39

İhtiyacımız olan en büyük gerilim değeri 12V. Bu 12V'u oluşturduktan sonra Mcu için gerekli olan besleme ayrı bir devre ile 12V Gerilimden düşürülerek yapılabilir.

Trafosuz besleme için iki yöntem var. Kapasitif ve rezistif.
Bu ikisini biraz kıyaslayalım.

•   Rezistif sistem kapasitif sisteme göre oldukça fazla güç tüketir. Sebebi direnç aktif güç çeker ve bunu ısı olarak harcar. Kondansatör neredeyse sıfır aktif güç çeker. Kapasitif sistemde direnç kullanılacak elbette ama rezistif sistemdeki kadar büyük değil.

•   Rezistif sistem kapasitife göre hem ucuz hem de daha az yer kaplar. (DESIGNER CIRCUITS, LLC nin design note dosyasında iddia ettiği bu.)

Rezistif sistem ucuz ve az yer kaplamasına karşın oldukça fazla güç tüketiyor. Bu da kendisini seçmemiz konusunda bizi rahatsız ediyor. Bunu bir sonraki yazıda kanıtlamaya çalışacağım


Ben uzaktan kumandalı priz tasarladım. Size 1-2 tavsiyede bulunayım.

1-Besleme olarak trafosuz sistem yerine aşağıdaki üründen kullanın. Trafosuz sistemdeki kondansatör  kadar yer kaplıyor. Benim yaptığım devrede 12v 16a'lik röle olan devreyi sorunsuz çalıştırdı.

http://urun.gittigidiyor.com/ev-bahce/3-watt-power-led-surucu-led-adaptor-12v-3-1w-245887946



2- Cihaz üzerinde lcd vs olmasın maliyet ve işçilik artar, hemde yer darlığından dolayı tasarım zorlaşır. Bunu yerine bir android uygulama olsun direk ondan izleyelim.

3-Altınkaya AD-140D tam bu projeye göre
http://www.altinkaya.com.tr/Adaptor_Kutulari/AD-140.html#
En iyi bildiğim şey hiçbir şey bilmediğimdir.

seyityildirim

#6
@ayhani hocam tavsiyeleriniz için teşekkür ederim. Umarım projenin sonuna kadar takip eder, tavsiyelerde bulunursunuz.

Alıntı yapılan: ayhani - 06 Kasım 2016, 13:33:06

3-Altınkaya AD-140D tam bu projeye göre
http://www.altinkaya.com.tr/Adaptor_Kutulari/AD-140.html#


Bluetooth ve/veya wifi modülü düşündüğümüzde bu adaptör kutularına sığdırmamız biraz zor gibi geldi. Ancak sitede .dxf uzantılı çizim dosyasını vermiş.

Kendi tasarımımıza  göre boyutlarını değiştirip 3d yazıcıdan çıktı alabiliriz.

Alıntı yapılan: ayhani - 06 Kasım 2016, 13:33:06

1-Besleme olarak trafosuz sistem yerine aşağıdaki üründen kullanın. Trafosuz sistemdeki kondansatör  kadar yer kaplıyor. Benim yaptığım devrede 12v 16a'lik röle olan devreyi sorunsuz çalıştırdı.


Trafosuz sistemde kondansatör linkini verdiğiniz devreden daha küçük sanırsam. Örneğin 1uF 250V luk kondansatör http://www.ersinelektronik.com/1uF-250V-Polyester-Kondansator,PR-9828.html sitesindeki ölçüleri;
En:8mm
Uzunluk:26mm
Yükseklik:16mm

Bununla beraber besleme devresini dışarıdan almak yerine kendimiz tasarlasak daha iyi olur düşüncesindeyim. Hem bir şeyler öğrenmiş/öğretmiş oluruz.

Ayrıca dışarıdan hazır devre parçası aldığımızda devrenin geri kalanı için tasarlayacağımız pcb ye monte işlemi kolay mı olur zor mu olur bilemiyorum.

Devrenin tek kart üzerinde durması daha şık olur diye düşünüyorum.

Lcd için düşüncelerinize katılıyorum.


FxDev

@seyityildirim Yeni yetişebildim.
Trafosuz tasarımın en en en büyük avantajı maliyet + üretim basitliğidir. Bu cihazın girişine mutlaka "Gas Discharge Tube" de konulmalı yıldırım vs. gibi korumalar için. Varistor'u da unutmamak gerek. 16A röle iyi güzel olacaktır ama 16A akarken ısırlara dikkat edilmeli. Ayrıca içerisinde sigorta konulup konulmayacağına da karar verilmeli.

12V röle kullanımı uygun olacaktır. 12V->3.3V dönüşümü rahat yapılabilir. Akım ölçüm ve gerilim ölçüm safhasında S/P/Q güçleri de hesaplanabilir. Hatta iyi bir hızda kullanılırsa STM32F4 harmonik analizler de yapılabilirsin.

Bence sistemin içerisinde bluetooth olsun, bu bluetooth collector adlı cihazla haberleşsin ve o da internete açılsın. Bulabilirsen Wi-Fi modül onla da direk internete girilebilir. Ekran olmasa da bir gösterge şart bence, ama yine de ekran konulacaksa 1 inc büyüklüğündeki OLED ekranlar mükemmel olur. 64x128 pixel ve kontrastları harika. Benim sitemde örnekleri olacaktı.

Bundan sonrası ise yazılım. Ama öncelikle ne kullanacağına ve güç değerine karar verelim. Trafosuz kaynağı ortaya çıkaralım.

Kutu ise tam bu işler için gerçekten muhteşemmiş!
Forumda bazı bağnaz kişiler tarafından engellenip, atıldım. Tüm bu bağnaz kişilere rağmen Atatürkçülüğü sonuna kadar savunacağım; onlar da bağnazlıklarında boğulacaklar. Haberleşme için: info[at]firatdeveci.com / ©firatdeveci.com - ße Different Everytime!

seyityildirim

Araştırdığım kadarıyla "Gas Discharge Tube" devre girişine aşağıdaki gibi bağlanıyor.



Varistörün de devreye bağlanma şekli aynı. Şimdi ikisini beraber kullanmaya gerek var mı ? İkisi birlikte bağlanacak ise birbirine seri olacak şekilde devre girişine

sigortadan sonra paralel mi bağlanacak ?

@FxDev hocam

Alıntı yapılan: FxDev - 06 Kasım 2016, 15:10:00

Bence sistemin içerisinde bluetooth olsun, bu bluetooth collector adlı cihazla haberleşsin ve o da internete açılsın. Bulabilirsen Wi-Fi modül onla da direk internete girilebilir.


burada bahsettiğiniz collector cihazı nasıl birşey olacak ? ayrı olarak bir cihaz daha mı bulunacak ?

Alıntı yapılan: FxDev - 06 Kasım 2016, 15:10:00
@seyityildirim Yeni yetişebildim.
Ekran olmasa da bir gösterge şart bence, ama yine de ekran konulacaksa 1 inc büyüklüğündeki OLED ekranlar mükemmel olur. 64x128 pixel ve kontrastları harika. Benim sitemde örnekleri olacaktı.

Hocam tasarlanacak ürün düşünüldüğünde oledler de biraz pahalı değil mi ?

FxDev

@seyityildirim: İkisinin görevi farklı. Birisi anlık yüksek gerilimlerden sistemi korur, diğeri ise daha uzun sürede işlevini yerine getirir. Sadece varistör kullanmak sistemi kurtarmaz. Oradaki Z1 wirewound tip direnç olabilir ama 16A'lerde sıkıntı olur, o yüzden Z1 senin sigortan olacak. Z2'de varistör. Sigortayı en başa da koyabilirsin, olası bir hatada tüm sistemi korur.

Tüm cihazlar bluetooth olacak, bu cihazlar ana bir master başka bir devreye bluetooth ile bağlanacak. Bu master kartta internete açılacak. Diğer kart şebekeye bağlı olabilir, hatta içerisinde pil de koyabilirsin, bir çok görev üstlenebilir. Bu bir konsept tabi, direk bunla uğraşmayarak cihazın kendisine de wifi yerleştirilebilir.

Oled pahalı mı? Şöyle düşünmek lazım, rafa bu ürünü koyduğunda, ekranlı olanı mı kullanırsın ekransız olanı mı, aradaki 10-20TL farkı ekran için kullanıcı verir mi? Bence olmuşken olsun, istemiyorsan kaldırırsın zaten. Indikatör olması her zaman için benim tercihim olur örneğin.
Forumda bazı bağnaz kişiler tarafından engellenip, atıldım. Tüm bu bağnaz kişilere rağmen Atatürkçülüğü sonuna kadar savunacağım; onlar da bağnazlıklarında boğulacaklar. Haberleşme için: info[at]firatdeveci.com / ©firatdeveci.com - ße Different Everytime!

LukeSkywalker


seyityildirim

@FxDev hocam bahsettiğiniz master kart falan bana biraz karmaşık geldi. Wi-fi modül olması daha iyi olabilir. Ancak şöyle bir durum var.

Hem bluetooth hem wifi modülün olması alanı arttırıyor. Wi-fi modülle internete açılacak. Sadece wi-fi olursa evde telefondan kontrol etmek zorlaşır.

Telefonla kontrol etmek için bluetooth modül de olsun istiyorum. Şu durumda iki modül de bulunacak gibi. Yine önerilere açığız tabi.

Sigortanın girişte olması daha iyi gibi. Girişte ilk sigorta, sonra paralel GDT, sonra parelel varistor. Bu şekilde anladım.

Oled hakkında ikna oldum :)

Alıntı yapılan: LukeSkywalker - 06 Kasım 2016, 16:14:50
Daha önce çin üretimi benzer bir ürünü incelemiştim.
Belki fikir verir :
https://mikrodunya.wordpress.com/2016/10/16/itead-akilli-ev-urunleri-smart-home/

Teşekkürler hocam. Tasarım konusunda referans olabilir.


seyityildirim

@Cemre.  hocam bahsettiğiniz ürün IoT uygulamalar için oldukça iyi bir ürüne benziyor. Teşekkürler..

FxDev

#14
Aslında ESP32 çok iyi bir fiyata sahip, artı ürünün içerisinde mikrodenetleyici de olduğundan tam bu uygulamaya özel. Zaten bunun için çıkarıldı bu cihazlar. Ama ADC'dir diğer birimlerdir bakmak gerekiyor, programlaması ise tam bir muamma ama bir tane alıp denemeler yapmak gerek diye düşünüyorum. Bir tane alıp denemeler yapmak lazım aslında.

Bu cihazların eksik yanlarından bir tanesi bence güç ölçümü ve analizi yapmıyor oluşu. Güç analizi bence bu cihazlarda olmazsa olmazlardan. Örneğin, eve gelmeden klimaları aç dediniz, ya da ışığı aç dediniz, röle bozulmuş ya da evdeki bağlantıda problem oldu, bunu anlayıp kullanıcıya geri dönüş yapmak gerek.

Şimdi biraz inceledim, bir tane sipariş geçmek lazım, ESP8266'dan daha iyi bir ortam sunuyor ESP32. Hatta şöyle diyelim, ESP32 ile birlikte artık işlemcilerin içerisinde gömülü Bluetooth + Wifi'yi sık sık göreceğiz demektir.
Forumda bazı bağnaz kişiler tarafından engellenip, atıldım. Tüm bu bağnaz kişilere rağmen Atatürkçülüğü sonuna kadar savunacağım; onlar da bağnazlıklarında boğulacaklar. Haberleşme için: info[at]firatdeveci.com / ©firatdeveci.com - ße Different Everytime!