viernes, 27 de febrero de 2015

Medición de diversas variables electricas (110V/5A)



Objetivo: Determinar las magnitudes de las variables, voltaje, corriente, potencia, frecuencia y energía para condiciones máximas de 110V/5A AC.

Para poder obtener los datos necesarios utilizaremos los siguientes sensores:

Sensor de Voltaje

3508_0 - CE-VJ03-32MS2-0.5 AC Voltage Sensor 0-250V (60Hz)

CE-VJ03-32MS2-0.5 AC Voltage Sensor 0-250V (60Hz)

Este sensor de voltaje AC, puede medir hasta 250Vrms , se alimenta con una fuerte externa de 12V DC, el sensor tiene una salida analogica de 0-5V.

Especificaciones:
Voltaje Mínimo de Entrada (AC)
0 V AC
Voltaje Máximo de Entrada (AC)
250 V AC
Error de Medición Máximo
0.5 %
Frecuencia de Entrada
60 Hz
Tiempo máximo de respuesta
300 ms

Este sensor provee el valor de voltaje RMS, para obtenerlo es necesario aplicar la siguiente formula.
Vrms = Voltaje del Sensor*0.25


Sensor de CorrienteAllegro ACS712

Product Image

Para la medición de la corriente usaremos un circuito integrado de efecto hall, ya que podemos medir el valor de la corriente actual, con esto podremos calcular la frecuencia ya que la salida del sensor es de 0-5V aunque es ratiometrica, usaremos un cruce por cero con amplificadores operacionales, con esto obtendremos una salida digital de 0-5V la cual conectaremos a nuestro micro controlador.

Especificaciones.

Tiempo de Respuesta 5 microsegundos.
Aislamiento de voltaje de hasta 2.1 kVRMS.
Alimentacion simple de 5V.
Voltaje de salida proporcional a las corrientes de AC o DC.
Corrientes de entrada de hasta 30A.


Convertidor Analógico Digital
AD7992
Ya que se usara como microcontrolador la Raspberry Pi, obtaremos por usar un ADC externo en esta caso de Analog Devices el AD7992.

Especificaciones

Tiempo de respuesta de 2 microsegundos.
12 bit de resolución.
Comunicación I2C.
Salida de hasta 188kSPS.
Voltaje de Alimentación de 2.7V a 5.5V.


Diagrama de Bloques



Diagrama de Flujo para la obtención de las variables


Diseño de la tarjeta
A continuación se muestra el diseño esquemático del circuito, en el se pueden observar los sensores de voltaje y corriente que seleccionamos para nuestro trabajo. El sensor de corriente se conecta con un amplificador diferencial para quitar el offset de la señal, ya que el cero del sensor es 2.5V. Luego la señal pasa por un filtro pasa bajas con frecuencia de corte de 60Hz y ganancia 2, para eliminar el ruido que pueda tener la corriente eléctrica y por ultimo, pasa por un comparador que actua como cruce por cero para enviar la señal a un pin digital y que pueda ser leída por la RaspBerry Pi, de esta manera, se implemento un frecuencímetro. La señal filtrada y amplificada es enviada a un ADC para que envié la información por medio de una conexión I2C, ya que la RaspBerry Pi no cuenta con uno propio. El sensor de voltaje lo filtramos y enviamos a un ADC para su posterior envio a la RaspBerry Pi.



Para el diseño del circuito de la tarjeta electrónica se uso el software Proteus Design Suite, el cual se puede observar en la siguiente imagen:


Viendo el mismo diseño PCB desde una perspectiva de simulación, el circuito se vería de la siguiente forma una vez que se suelden los componentes:


El diseño del PCB tal como se muestra en las imágenes anteriores, es funcional, sin embargo existen otras consideraciones que podríamos agaragar para mejorar el diseño, agregando mayor protección a los componentes, como por ejemplo, separando la parte de acondicionamiento y adquisición de la señal de la parte de potencia, lo que nos daría una menor probabilidad de leer ruido. 









miércoles, 11 de febrero de 2015

Sensores De Corriente y Voltaje De ABB

Introducción
ABB es líder mundial en tecnologías de energía y automatización. Con sede en Zurich, Suiza, la compañía emplea a 150,000 personas y opera en alrededor de 100 países.
La empresa fue creada en 1988, pero su historia se extiende desde hace más de 120 años. El éxito de ABB ha sido impulsado sobre todo por un fuerte enfoque en la investigación y el desarrollo.
Hoy en día, ABB es el mayor proveedor de motores industriales y drives, de generadores para la industria eólica, de redes eléctricas en todo el mundo.
México está suscrito a la región Norteamérica al igual que Estados Unidos y Canadá, zona principal de negocio para el Grupo ABB.
Algunos de los sensores que distribuyen son:
Para corriente:
  • Sensores de corriente de fibra óptica FOCS.
  • Sensor combinado para interiores KEVCD.
  • Sensor combinado para interiores KEVCY_RE.
  • Sensor de corriente para servicio de interior  KECA.
  • Sensor de corriente para interiores KECA 80 C85.
  • Sensores de corriente para interiores KECA 80 C104; KECA 80 C165.


Para voltajes:
  • Sensores de voltaje para interiores KEVA B.
  • Sensores de voltaje para interiores KEVA A.
  • Sensor de voltaje para interiores KEVA C.
  • Sensor de voltaje para servicio exterior VLS (15 – 35kV).
  • Sensor de bajo voltaje para servicio exterior LVS.
  • Indicadores pasivos de voltaje VisiVolt™.


Familia KEVCD
El sensor de corriente se basa en el principio de la bobina de Rogowski. El sensor consiste en un núcleo de aire bobinado, inmune de cualquier riesgo de saturación ya que no tiene núcleo ferromagnético. Es lineal en todo el rango de medición. Rango primario de aplicación 6-24kV.
 

El sensor de tensión se basa en un divisor resistivo. También este sensor es no saturable y lineal en todo el rango de medición.
Algunos accesorios para este sensor es el cable de transmisión de datos y un monitor para su visualización:

Familia KEVCY_RE
  • Alta precisión.
  • Alta linealidad.
  • Rango dinámico grande.
  • No saturable.
  • Pequeñas dimensiones, peso ligero.
  • Sólo unos pocos tipos para toda la gama de productos.

El sensor de corriente se basa en el principio de la bobina de Rogowski. El sensor consiste en un núcleo de aire bobinado, inmune de cualquier riesgo de saturación ya que no tiene núcleo ferromagnético. Es lineal en todo el rango de medición. Rangos de aplicación: Corriente <630A, voltaje <40.5kV.
El sensor de tensión se basa en un divisor capacitivo. También este sensor es no saturable y lineal en todo el rango de medición. En los sensores combi un electrodo de acoplamiento está integrado en la misma parte de resina de fundición compacta.

KECA
  • Alta linealidad.
  • Amplio rango dinámico.
  • Sin saturación.
  • Pequeño tamaño, peso ligero.
  • Pocos tipos para el entero rango de productos.
  • Ingeniería y Logística simplificadas.
El Sensor de Intensidad está basado en el principio de la bobina de Rogowski. El sensor consiste en un inductor con núcleo de aire inmune a todo riesgo de saturación ya que no tiene núcleo ferromagnético. Es lineal en todo su rango de medida. La señal de salida es una señal de tensión (mV), proporcional a la intensidad. Una transformación digital de esta tensión de salida lleva a la medida de intensidad.
Los sensores de corriente son para medida y/o protección. Existen tres tipos diferentes (80 A, 300 A y 800 A), los cuales cubren el rango de 4 a 1600A así como del 5 al 200% de la intensidad asignada.

KECA 80 C85

El tipo de sensor de corriente KECA 80 C85 es para uso en la medición actual de aislamiento de gas celdas de media tensión. El diseño del sensor de corriente se ha optimizado para ser fácilmente montado en los T-conectores del cable blindado y por lo tanto hace que el sensor sea adecuado para los propósitos de modernización.


Los sensores de corriente pueden ser utilizados tanto para fines de medición y de protección. Para aplicaciones que requieren rangos de corrientes superiores a 2500A.

KEVA B
  • Alta linealidad.
  • Rango dinámico grande.
  • No ferroresonancia.
  • Pequeñas dimensiones, peso ligero.
  • Sólo un tipo de gama de productos entera.


El sensor de tensión se basa en un divisor resistivo. Este sensor es no saturable y lineal en todo el rango de medición. La señal de salida es una tensión, que es proporcional a la tensión primaria.
El sensor de tensión KEVA B ha sido diseñado para ser utilizado como un aislador de poste, pero puede ser utilizado como una unidad independiente también. Para aplicaciones con un voltaje menor a 17.5kV.

VLS
Los sensores de VLS, parte de la familia de productos DistribuSense™. Para aplicaciones de 150 a 25kV. Algunas aplicaciones:
  • Detección tensión de condensadores para la optimización a través del control de tensión.
  • Detección en reconectadores e interruptores para localización de fallas.
  • Sensor de alimentación, para regular la tensión.

Los beneficios del uso de sensores de VLS para su sistema incluyen:
  • Proporciona una salida estándar de 120 V con rangos estándar.
  • Se instala en vivo utilizando un diseño ligero y compacto.
  • Ofrece lecturas de voltaje, precisos y fiables en los puntos a lo largo de la red.
  • Se integra con una variedad de dispositivos electrónicos inteligentes (IED).


LVS
El LVS, parte de los sensores de corriente y voltaje de la familia de productos DistribuSense ™, se instala directamente sobre el cable secundario de un transformador de distribución de montaje en poste para proporcionar mediciones de corriente y voltaje al dispositivo electrónico inteligente conectada. El LVS proporciona información esencial para los servicios públicos para mejorar la fiabilidad y eficiencia del suministro de energía a través de las siguientes soluciones:
  • Comparación de datos del medidor para la protección de los ingresos.
  • Perfiles de carga para la planificación de los sistemas de red de rejilla.
  • La supervisión de activos para la programación de mantenimiento preventivo.
  • Identificación de la interrupción del sistema para mejorar la respuesta de interrupción.
  • Medición de la tensión para apoyar la conservación de la regulación de voltaje.

Las unidades LVS están diseñados con salidas de corriente y voltaje estándar al poder y se conectan con dispositivos electrónicos inteligentes estándar, tales como medidores y otros nodos de la red inteligente para enviar datos a través de las redes de AMI o SCADA existentes. Esto permite que las empresas personalizar su solución de sistema para adaptarse a la estrategia de red de distribución específica para alcanzar los objetivos de modernización de la red.
Otros beneficios clave para el uso de la LVS incluyen:
  • Señal de salida.
  • Fijación de voltaje integrado para la medición de salida de 120V y potencia.
  • Pequeño, ligero, y se instala en directo.
  • Accesorio simple para el control de transformador de distribución.
  • Diseñado y probado para aplicaciones en exteriores.

VisiVolt

Características claves del producto:
  • Aplicable en cualquier sistema descubierto de media tensión; para instalación permanente.
  • Para sistemas nominales de voltajes entre 3kV a 36kV.
  • Información disponible a toda la hora sobre el estado de la presencia del voltaje del sistema.
  • Apto para su uso al aire libre e interiores.
  • Buena visibilidad en cualquier condición de iluminación.
  • Dispositivo pasivo y mantenimiento completamente libre.
  • Resistente a las sobrecargas de voltaje y las fallas de corriente.
  • De fácil Instalación utilizando ataduras de cables.
  • De pequeño tamaño y diseño compacto.
El indicador pasivo del voltaje es una barra de distribución-montada -tipo que indica la presencia de voltaje, desarrollada para ser utilizada en sistemas al aire libre y de interior. Se adapta para la instalación permanente en barras de distribución y conductores pelados o aislados de metal en sistemas de media tensión. VisiVolt indica la presencia del voltaje mostrando una grande y visible flecha luminosa en su LCD. El recinto de silicón del VisiVolt asegura su correcto funcionamiento en condiciones al aire libre mientras que su color anaranjado fluorescente proporciona buena visibilidad entre los otros elementos del sistema.

FOCS
FOCS de ABB es una familia de alta precisión sensores de corriente de fibra óptica desarrollados para medir corriente continua. El uso fácil y flexible caracteriza a esta innovación técnica.
Basado en el efecto magneto-óptico (efecto Faraday) en una fibra óptica de un solo extremo alrededor del conductor actual, el FOCS puede medir corrientes continuas unidireccionales o bidireccionales de hasta 500kA con una precisión de 0,1% del valor medido.

Las características clave del producto se pueden describir como:
  • Diseño compacto para un montaje rápido y fácil, instalación y transporte.
  • Inmune a las interferencias electromagnéticas debidas a la medición óptica y por lo tanto no hay necesidad de centrar magnética, estudios de barras o sujetos a efectos de saturación que reducen la precisión.
  • Alta precisión de 0,1% del valor medido para calcular la eficiencia de la planta precisa.
  • Ninguna estructura especial de construcción para la protección y el alojamiento del sensor.
  • Medición de corriente óptico para el aislamiento galvánico del sistema y bajo consumo de energía.

lunes, 9 de febrero de 2015

Práctica 1 - Lectura de ADC

Objetivo: Leer un valor analógico y desplegarlo en pantalla.

Para cumplir los objetivos de la práctica, implementamos un divisor de voltaje con una fotoresistencia y una resistencia de 100kΩ para medir el valor de voltaje del circuito. Para la medición del voltaje se uso el ADC de un Arduino Leonardo con 10 bits de resolución, dado que la RaspBerry no cuenta con uno propio.
El protocolo de comunicación que se implemento para la transferencia de datos entre los microcontroladores y la computadora fue de tipo UART puesto que la RaspBerry recibe y envía sus datos digitales con un voltaje máximo de 3.3V se hizo un divisor de voltaje a la salida del Tx del Arduino que va a la entrada del Rx de la RaspBerry.
En el siguiente esquema se puede apreciar las conexiones realizadas entre el Arduino y la RaspBerry.

El código Arduino que se muestra a continuación lee el valor del voltaje del circuito a través del Pin A0 y lo convierte a digital y al mismo tiempo hace la conversión de rangos de que van de 0 a 1023 y lo escala de 0 a 5000mV, este valor se envía a través del puerto continuamente hacia la RaspBerry.
El código implementado en la RaspBerry se muestra a continuación, el cual crea una pequeña interfaz de usuario, que despega el valor del voltaje recibido. Este valor es recibido como un "String", se cconvierte a "Float" para su posterior manipulación y se divide entra 1000 para convertir valores de mV a V.
A continuación se muestran las imágenes de la interfaz de usuario resultante del código anterior y la comparación con la lectura realizada con el multimetro.

Dejamos un pequeño vídeo de la práctica: