Projeto de Instrumentação Eletrônica. Medidor Digital Monofásico de Energia Elétrica

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA INSTRUMENTAÇÃO ELETRÔNICA Projeto de Instrumentação Eletrônica Medidor Digital Monofásico de Energia Elétrica Discente: Victor Costa de Andrade Pimentel Docente: Prof. M.Sc. Luciano Fontes Cavalcanti

2 Introdução Medidor Monofásico Digital de Energia Elétrica Instrumento eletrônico, construído com a utilização de circuitos microcontrolados, que seja capaz de mensurar o consumo de energia elétrica Unidade utilizada: kwh (quilowatt-hora) O protótipo a ser desenvolvido deverá fornecer o consumo em kwh, a tensão e a corrente elétrica RMS fornecidas a uma carga, podendo ser utilizado para diversas aplicações

3 Caracterização do Instrumento Medidor Monofásico Digital de Energia O instrumento deve medir os valores da tensão e da corrente elétrica envolvidos na operação de um aparelho eletrônico Esses valores serão conformados, sendo repassados às entradas analógicas de um microcontrolador PIC Já no dispositivo de processamento, os valores de tensão e corrente serão multiplicados via software, obtendo-se a potência instantânea consumida por um determinado aparelho O valor medido será então apresentado através de um display LCD

4 Caracterização do Instrumento Protótipo do Medidor Monofásico Digital de Energia A carga deve ser conectada de forma que o instrumento possa monitorar a tensão aplicada e a corrente solicitada pela carga Módulos da arquitetura do sistema Circuito de alimentação Transformador/Retificador ou Conversor Buck? Aquisição, condicionamento e ajuste de sinais Sensores, Amplificadores Operacionais, Conversores A/D do PIC Processamento e visualização dos dados (IHM) PIC16f877A e Display LCD

5 Caracterização do Instrumento Módulo de alimentação Transformador e circuito de retificação ou conversor Buck PIC Conversores A/D Processamento Saída (LCD) Sensores de tensão e corrente por efeito Hall Amplificadores operacionais (circuito deslocador de sinais) Módulo de aquisição e condicionamento de sinais Módulo de processamento dos sinais

6 Módulo de alimentação Deve-se fornecer ao microcontrolador PIC uma tensão de alimentação de 5V Deve-se fornecer ao circuito de aquisição e condicionamento de sinais (sensores de efeito Hall e AmpOps) tensão simétrica de +15V/- 15V

7 Módulo de aquisição e condicionamento dos sinais Deve-se adequar a saída dos sensores de efeito Hall aos níveis de operação das entradas analógicas do PIC (5V) Ajuste numa escala entre -2,5V e +2,5V Em seguida esse sinal é deslocado por um circuito deslocador de sinais (AmpOps) ficando nos nível de +5V a 0V Após passar pelos conversores A/D, esse deslocamento utilizado para a adequação do sinal é subtraído via software para a obtenção dos valores do sinal real que deverá ser processado

8 Módulo de processamento e saída O processamento será realizado com a implementação de um firmware em linguagem C,utilizando um compilador dessa linguagem, no PIC A potência instantânea é dada pelo produto da tensão e da corrente que passa pelo equipamento Como o sinal elétrico medido tem natureza alternada, calculamos a potência média, que corresponderá à potência ativa Os valores são repassados ao PIC de forma discreta, sendo a potência média dada pela soma das potências instantâneas a cada amostra realizada, dividido pelo número de amostras

9 Módulo de processamento e saída Sabemos que a potência é a quantidade de energia por unidade de tempo, assim, a energia elétrica num intervalo de tempo de t1 a t2, será dada por Para sinais discretos, teremos Para a saída do valor do consumo de energia medido, será utilizado um display LCD

10 Informações adicionais O presente projeto relaciona-se com os seguintes trabalhos desenvolvidos desenvolvidos em períodos anteriores Isael Calistrano Jácome - Sensores de corrente e de tensão - Apresentações Carlos Michel de A. Mendes e Igor Grimaldi Lyra Lima - Sensor de tensão e corrente Artur Henrique e Jonas Damasceno - Fonte de tensão e voltímetro digital - Apresentações Boanerges Víctor Soares de Araújo - Projeto de um medidor de corrente e tensão - Apresentações

11 Correlação com a disciplina Nota-se evidente que o presente projeto utiliza importantes conceitos relacionados à disciplina Instrumentação Eletrônica, dentre os quais Transdutores e sensores Instrumentos digitais Características dos Instrumentos de medição Microcontroladores em Instrumentação eletrônica Interfaces Conversores A/D Amplificadores para instrumentação Interface Homem-Máquina

12 Prospecção Tecnológica Foi realizada uma busca por patentes relacionadas ao tema do projeto, destacando-se algumas consideradas mais relevantes Medidor digital de energia elétrica com inteface para leitura automatizada [x] Proporciona rápido, preciso e simples sistema de leitura do consumo residencial/industrial de energia elétrica Desenvolvido para ser utilizado pelas concessionárias de distribuição de energia Utiliza microntontrolador para integração e conversão das medições, bem como para transmissão do valor do consumo via interface de comunicação Acumula as medidas de consumo de energia elétrica, podendo a concessionária de energia realizar a aquisição das medições a qualquer momento

13 Medidor digital de energia elétrica com interface para leitura automatizada

14 Prospecção Tecnológica Medidor eletrônico digital de energia elétrica com pré-venda automática por cartão Compreende fornecimento de energia pela pré-venda automática com utilização de smart card Realiza medição do consumo ativo (kwh) e do consumo reativo (kvarh) de energia em sistema monofásico ou polifásico Medidor interliga-se a uma unidade de monitoração e controle, sendo os sinais analógicos enviados a um multiplicador que calcula a potência, que é integrada no tempo por um microcontrolador, obtendo-se a energia consumida, a qual é apresentada num display LCD

15 Prospecção Tecnológica Medidor de eletricidade eletrônico-digital Medição da quantidade de kilowatts-hora (kwh) consumida por uma instalação através da diferença de leituras em intervalos de tempo pré determinados

16 Prospecção Tecnológica Medidor para medir a energia elétrica Utiliza o processamento digital de sinais para prover o consumo de energia elétrica Compreende Sensor de tensão Sensor de corrente Conversor A/D Compensador de fase Memória

17 Referências Bibliográficas [1] Lima, E. Santos; Protótipo de Tarifador Digital de Energia Elétrica. Monografia do curso de Engenharia Elétrica na Universidade Católica de Goiás [2] Donato, E. Batista; Wattímetro digital de baixo custo. Trabalho de conclusão de curso. Universidade de Viçosa. Minas Gerais [3] Cavalcanti, Luciano F.; Apontamentos da disciplina Instrumentação Eletrônica. UFRN [4] Vahid, F.; Sistemas Digitais: projeto, otimização e HDLs. tradução: Anatólio Laschuk. - Porto Alegre: Artmed, [5] Lessa, Tiago; Saraiva, Ícaro; Cruz, Ségio; Varela, A. Themoteo; Medidor e registrador eletrônico de tensão trifásica. II CONNEPI [6] Medidor digital de energia elétrica com interface para leitura automatizada. Disponível em: [7] Medidor eletrônico digital de energia elétrica com pré-venda automática por cartão. Disponível em: [8] Medidor de eletricidade eletônico-digital. Disponível em: [9] Medidor para medir a energia elétrica. Disponível em:

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