PROYECTO FINALDISEO Y CONSTRUCCIN DE UN MEDIDOR DE POTENCIA

PABLO ANDRES RAMIREZ CASASJOSE ROJASWILMAR ALARCON

UNIVERSIDAD LOS LIBERTADORES, FACULTAD DE INGENIERABOGOT, COLOMBIA

SistemasDinmicos

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RESUMEN

Este proyecto tuvo como finalidad disear y construir un prototipo de medidor electrnico de potencia.

Este sistema de medicin se compone circuito integrado que mide la potencia elctrica es el ADE7757 de Analog Devices. Este circuito integrado multiplica las seales de corriente y voltaje en un multiplicador analgico en su interior.

De esta manera se obtiene la potencia activa real, la cual se enva por un puerto el cual genera un pulso digital de frecuencia proporcional a la potencia activa medida.

La introduccin y continua mejora de elementos digitales en dispositivos, que antes se consideraban ntegramente analgicos, han causado una revolucin en los diversos campos de los sistemas electrnicos.

Dichos cambios han logrado integrar sistemas que, hasta hace unos aos, no se consideraban dentro de la misma rea temtica.

El presente proyecto busca ampliar la aplicacin de la electrnica digital fusionando el rea de Electricidad con la de Comunicaciones y desarrollando un Sistema de control digital basado en la tecnologa del microcontrolador dsPIC30F4013.

PALABRAS CLAVES

Medidor potencia, sensores, sistema de control, comunicaciones.

KEY WORD

Power meter , sensors , control system , communications .

ABSTRACT

This project aimed to design and build a prototype electronic power meter.

This measurement system integrated circuit comprises measuring the electrical power is the ADE7757 from Analog Devices. This integrated circuit multiplies the current and voltage signals into an analog multiplier inside.

Thus the actual active power is obtained , which is sent by a port which generates a digital pulse frequency proportional to the measured active power .

The introduction and continuous improvement of digital elements in devices previously considered fully analog, have caused a revolution in the various fields of electronic systems .

These changes have integrated systems , until recently , were not considered in the same subject area .

This project seeks to extend the application of digital electronics Electricity fusing area with Communications and developing a digital control system based on dsPIC30F4013 microcontroller technology .

INTRODUCCIN

El principio fundamental de la potencia activa es la multiplicacin de las seales de corriente. sta se realiza en los circuitos de los medidores.

En la actualidad la energa elctrica es uno de los principales factores que rige la vida moderna y los sistemas de medicin de energa juegan un papel importante en la relacin econmico entre las empresas generadoras, transmisoras, distribuidoras de energa y los consumidores. Por ello, se hace necesario el desarrollo de medidores electrnicos de energa que superan en funcionamiento a los medidores electromecnicos en trminos de funcionalidad y utilidad.

OBJETIVOS

Disear y construir un circuito de medicin de potencia

MATERIALES

R=24K R= 2 KR=120 Amplificador Operacional= LM741CNC=220 ufDiodo=1N4728ATOROIDE

MARCO TERICO

MEDIDORES ELCTRICOS:

Un sistema de medicin de parmetros elctricos es aquel capaz de registrar todas aquellas variables elctricas de inters que endeterminado momento proporcionen informacin para establecer el comportamiento de un sistema de potencia.

El contar con un sistema de medicin permanente lleva a los usuarios tarde o temprano a lograr mejoras en el sistema elctrico y a la obtencin de ahorros de energa sustentados en una base real de comparacin.

El contador o medidor de consumo elctrico es un dispositivo que mide el consumo de energa elctrica de un circuito o un servicio elctrico,siendo sta la aplicacin usual.

Existen medidores electromecnicos y electrnicos. Los medidores electromecnicos utilizan bobinados de corriente y de tensin para crear corrientes parsitas en un disco que, bajo la influencia de los campos magnticos, produce un giro que mueve las agujas de la cartula. Los medidores electrnicos utilizan convertidores analgico-digitales para hacer la conversin. Las tensiones mximas que soportan los medidores elctricos son de aproximadamente 600 voltios y las corrientes mximas pueden ser de hasta 200 amperios. Cuando las tensiones y las corrientes exceden estos lmites se requieren transformadores de medicin de tensin y de corriente. Se utilizan factores de conversin para calcular el consumo en dichos casos. Existe una clasificacin de los medidores elctricos dependiendo de sus caractersticas.

TIPOS DE MEDIDORES:

MECANISMOS INDICADORES

A) Instrumentos de magneto permanente y bobina mvil.

En la Figura 1 se puede apreciar un sistema mvil de este tipo, usualmente llamado Instrumento DArsonval. Utiliza una bobina quetermina en un par de resortes antagnicos en espiral, a travs de los cuales circula la corriente a medir. La bobina esta dentro del campo magntico casi homogneo que produce un imn permanente y se desplaza con un movimiento giratorio. El Angulo de rotacin es proporcional a la corriente que circula por la bobina. Una aguja, indica la posicin de ste sobre una escala calibrada en trminos de corriente o voltaje. Este mecanismo indicador solo responde a la corriente continua y presenta una calibracin casi lineal. El "shunt" magntico, que altera laintensidad del campo, se emplea para la calibracin.

Figura1. Mecanismo de un medidor con magneto permanente.

B) Instrumentos electrodinammetros.

Un instrumento dinamomtrico es muy similar al sistema DArsonval pero en lugar de utilizar un imn permanente posee una bobina mvil que gira en el campo establecido por la corriente de una bobina de campo que la rodea, tal y como se observa en la Figura 2. La escala de estos dispositivos tiene una relacin cuadrtica: el momento de torsin es proporcional al producto de los amperios - vuelta de la bobina mvil y los amperios - vuelta de la bobina de campo. La conexin de las bobinas de campo y de la bobina mvil en serie brinda la respuesta en trminos del cuadrado de la corriente, haciendo del dinammetro un instrumento de lectura RMS para corriente o voltaje.

Figura2. Mecanismo bsico de un instrumento dinamomtrico.

C) Instrumentos digitales multifuncionales:

Un instrumento digital multifuncional es un dispositivo electrnico que puede hacer mediciones de voltaje, corriente y/o resistencia; esto lo consigue al convertir la seal de entrada analgica en una representacin digital, la cual puede ser muestreada como una lectura digital por el instrumento.

Los avances en la tecnologa han hecho que los instrumentos digitales puedan ser capaces de obtener una gran precisin en la medicin de voltajes, corrientes y resistencias alrededor de su rango de trabajo.

Las seales de entradas analgicas AC son convertidas a seales equivalentes digitales mediante transductores de entrada llamadosConversores Analgicos Digitales (ADC); luego, dichos valores digitales ingresan a un mdulo de control dentro del equipo de medicin el cual se encarga de procesar los datos ingresados y dar como resultado un valor que ser equivalente al voltaje, corriente o potencia, segn sea el algoritmo de control del dispositivo de medicin.

Figura3. Diagrama bsico de un medidor digital

D) Medidores de potencia activa digital:

Para el clculo digital, se debe considerar un paso previo para muestrear y convertir a datos binarios los valores de las seales analgicas de voltaje y corriente. Al igual que la lgica del clculo RMS digital, los instrumentos usan dos mtodos: el mtodo terico y el mtodo del filtro pasa-bajos.

Figura4. Grfica de las seales de la potencia activa.

E) Medidores de potencia reactiva analgica:

Por lo general son medidores de potencia activa ordinarios en los que la bobina de corriente se inserta en serie con la carga de la manera usual, en tanto que la bobina de voltaje se arregla para recibir un voltaje en cuadratura con el voltaje de la carga.

F) Medidores de potencia reactiva digital:

La implementacin digital de la potencia reactiva se torna compleja en un sistema electrnico y ms an a un costo razonable, pues requiere un dedicado procesamiento digital de seales.

APLICACIN DE LOS MEDIDORES:

Algunas de las aplicaciones dentro de los sistemas de medicin de parmetros elctricos son las siguientes:

Identificar aquellas cargas que contribuyen en mayor medida al consumo de energa, demanda mxima y/o bajo factor de potencia.

Determinar la eficiencia con la que se utiliza la energa elctrica en una empresa.

Un sistema de medicin de parmetros elctricos es aquel capaz de registrar todas aquellas variables elctricas de inters que endeterminado momento proporcionen informacin para establecer el comportamiento de un sistema de potencia.

El contar con un sistema de medicin permanente lleva a los usuarios tarde o temprano a lograr mejoras en el sistema elctrico y a la obtencin de ahorros de energa sustentados en una base real de comparacin.

CALCULO

Teniendo 120V de la red y para 1A entonces:

Figura 5: Circuito de medicin de seales

Como entonces

Ganancia en los amplificadores:

Figura 6: Circuito amplificadores

SIMULACION Y PRUEBA EN FUNCIONAMIENTO

Figura 7: Circuito Medidor de potencia

Figura 8: Simulacin

Figura 9: Muestra de osciloscopio del circuito

La lnea amarilla es la salida del sistema en la cual se tiene un voltaje de 1,5v y la lnea azul es el voltaje de referencia el cual tiene el mismo voltaje, la lnea amarilla esta en un nivel dc puesto que el amplificador de salida invierte la seal para dejarla en un nivel dc .

Figura 10: Montaje del circuito

Figura 11: Seales obtenidas

ANALISIS DE RESULTADOS

- De la investigacin sobres transductores de corriente. Tericamente la bobina de Rogowski es la mejor opcin de sensor de corriente para ser usado en la construccin del sistema integrado de medicin de energa, ofreciendo las mejoras caractersticas y teniendo en cuenta que los productos ADE poseen un integrador digital internamente, de forma que la bobina puede ir directamente acoplada al circuito integrado encargado de energa. Este tipo de sensor puede convertirse en la tecnologa elegida para las prximas generaciones de medidores de energa

CONCLUSIONES

- Se estudi los integrados de medicin de energa de la familia ADE, perteneciente a la firma Analog Devices, que tiene como propsito comn medir energa.

- Se comprob que el mpy634kp es ms que un integrado de medicin de energa sino que tambin permite el monitoreo de potencia activa, clculo de valores corrientes eficaces, as como otras funciones que hace de este integrado la solucin perfecta a cualquier problema de medicin de energa.

- El sistema de medicin propuesto es compacto, y al ser electrnico es ms verstil que los sistemas de medicin electromecnicos.

- Gracias a las sugerencias hechas por el profesor se corrigi parte del diseo para lograr obtener el resultado deseado.

BIBLIOGRAFIA

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