ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Laboratório 3 Medição de tensão, corrente e fator de potência dos sistemas elétricos

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1 ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I Laboratório 3 Medição de tensão, corrente e fator de potência dos sistemas elétricos Objetivo: Esse procedimento de laboratório enfatiza o desenvolvimento de uma placa de interface para a utilização de um microcontrolador arduino due ser utilizado, primeiramente para a medição de tensão eficaz, corrente eficaz e fator de potência (todos na forma true rms) como primeira etapa para o projeto e a construção de um gerador de potência reativa para compensação de perda reativa nas linhas de transmissão e compensação de fator de potência estático para cargas locais (SVC Static VAR Compensator) O circuito da interface de potência é mostrada na figura 1 e é composto de um transformador comum utilizado como sensor de tensão, cuja saída pode ser ajustada para a calibração do valor eficaz da tensão que estásenso amostrada, juntamente com um circuito de polarização cuja finalidade é colocar a senoida amostrada no centro da região operacional do ADC do arduino due (3,3/2 V = 1,65 V). Figura 1

2 O circuito da interface é mostrado na figura 2 e tem um diodo zener como elemento de geração de uma tensão de referência para evitar possíveis flutuações da tensão de 12 V aplicada na alimentação da placa. Essa tensão de referência é utilizada para a obtenção de duas tensões de 1,65 V para a polarização do sinal obtido no centro da região operacional dos ADCs do arduino due, uma para a polarização da tensão e outra para a polarização da corrente. Esse valores podem ser lidos no terminal de saída da placa como mostra a figura 1. A interface de corrente utiliza um sensor de corrente que opera por efeito Hall e possui altíssima isolação entre a corrente sob medição e o sistema de geração do sinal relativa a mesma. A interface opera com corrente máxima de 10 ACC (a corrente de fundo de escala é programável via curtocircuitamento dos terminais de entrada de corrente do sensor).nesse caso a corrente máxima (de pico) que se pode aplicar ao sensor é portanto, esse valor máximo corresponde ao valor máximo levando em conta a polarização do sinal de aquisição, ou seja 14,14 corresponde a 1,65 V. Figura 2

3 OBSERVAÇÃO: PARA A AQUISIÇÃO CORRETA DOS VALORES DE TENSÂO E CORRENTE EFICAZES OS PONTOS DE CALIBRAÇÃO DEVEM ESTAR COM VALOR MÉDIO DE 1,65 V. Variações nesse valor gerarão valores de aquisição estranhos. Figura 3 A figura 3 mostra a placa de programação, baseada no arduino due juntamente com o display para a visualização dos dados. A obtenção dos dados de corrente e tensão pelo arduino due..vamos assumir que a frequência de amostragem utilizada pelo arduino due é de 2400 Hz, que a entrada A0 recebe o dado de tensão polarizado com valor médio 1,65 V (metade de 3,3 V que é o range total do ADC do arduino due) e a entrada A1 recebe o dado de corrente polarizado, também com 1,65 V. Isso é

4 mostrado na figura 3. Figura 3 A figura 3 mostra uma onda de tensão (amarela-maior amplitude pico a pico) de 3,02 Vpp que corresponde a 220 Vef e uma onda de corrente de 1,65 Vpp (verde) que corresponde a uma corrente de 10 Arms. As ondas estão defasadas, com u atraso da corrente, de 60º o que corresponde a um fator de potência de 0,5 e a potência ativa associada é de 1100 W. A figura 4 mostra o resultado da aplicação desse sinal ao sistema de medição e as conexões que deve ser realizadas para a operação do mesmo. O cálculo dos valores pode ser realizado por proporção, assim 3,30 Vpp em A0, corresponde a 242 Vef (valor máximo esperado) e 3,3 Vpp em A1 corresponde a 20 Aef. Utilizando esses dados podemos escrever uma relação simples para os valores esperados de tensão e corrente:

5 PARTE EXPERIMENTAL: Figura 4 Para a verificação do comportamento do sistema de aquisição vamos montar três circuitos de teste e verificar de os valores de tensão eficaz, corrente eficaz e fator de potência estão de acordo com a teoria. TESTE 1: Monte o circuito da figura 5 utilizando a interface de aquisição, note que o voltímetro deve estar em paralelo com a entrada, fixado em CA na escala de 700 V e o amperímetro deve estar em série com a carga e fixado na escala de 20 A (CA). O primeiro teste corresponde a colocar dois resistores de 122 Ω em paralelo entre os terminais de saída (conectores azuis da placa) e aplicando 220V na

6 entrada verificar se a tensão eficaz e a corrente eficaz indicada pelo sistema de aquisição corresponde aos valores mensurados pelo equipamento e nesse caso fator de potência devera ser unitário, assim as formas de onda da tensão e da corrente devem ter a mesma fase. Teste 2: Figura 5 Monte o circuito da figura 6 utilizando a interface de aquisição, e novamente note que o voltímetro deve estar em paralelo com a entrada, fixado em CA na escala de 700 V e o amperímetro deve estar em série com a carga e fixado na escala de 20 A (CA). Verifique se os valores indicados nos instrumentos correspondem aos valores obtidos pelo nosso sistema e se o fator de potência é aproximadamente: onde

7 Note que 113,1 Ω é um valor teórico baseado na indicação do painel da bancada. Você pode melhorar sua observação medindo a defasagem entre a crrente e a tensão diretamente no osciloscópio Figura 6 TESTE 3: Repetir o procedimento acima com o circuito da figura 7 e verifique se o fator de potência corresponde a aproximadamente:

8 Figura 7 Recomendação final: É fundamental que os valores de calibração de tensão e corrente estejam corretos para que ocorram leituras razoavelmente precisasfaça os seguintes procedimentos antes de inciar as medições. a) Verifique se as tensões dos sistema de polarização de corrente e tensão estão com valores muito próximos a 1,65 V nos próprios terminais da placa de aquisição, utilize o osciloscópio para realizar essa verificação. Caso não ocorra correspondência, ajuste utilize uma pequena chave de fenda para realizar o ajuste. b) Calibre o sensor de tensão (potenciometro do trafo) para que o valor eficaz indicado no display seja o mesmo do indicado no instrumento de controle. Se houver diferença faça o ajuste do potenciomentro para que isso ocorra.