Sensores y
Actuadores
Foro #3
Equipo: 8
Tema:
Circuitos integrados para medición de energía eléctrica
Introducción.
La adopción de la electrónica por parte de las empresas de
servicios públicos ha crecido rápidamente durante los últimos años, en
consecuencia las empresas de energía eléctrica se ven favorecidas de los
medidores electrónicos, en aspectos como lograr disminuir la incertidumbre en
la medición para tener menores dudas sobre las facturaciones, reducir el margen
de pérdidas y aprovechar funciones adicionales.
Los medidores de energía, técnicamente son aquellos que
miden la cantidad de energía eléctrica en una carga.
Existen medidores electromecánicos, medidores
electromecánicos con registradores electrónicos y electrónicos.
· Los medidores electromecánicos utilizan
bobinados de corriente y de tensión para crear corrientes parásitas en un disco,
que bajo la influencia de los campos magnéticos produce un giro, este gira entre
los entrehierros de dos electroimanes, uno de muchas vueltas y alambre delgado,
conectado en paralelo a la tensión de línea, llamado bobina voltimétrica y otro
de pocas vueltas y alambre grueso, conectado en serie con la corriente de
línea, llamado bobina amperométrica. El eje del disco del medidor está asociado
a un engranaje sin fin, que produce el accionamiento de un contador mecánico o
numerador, que es finalmente el indicador de energía. Pero la linealidad con
respecto a la temperatura y el tiempo produjeron no buenos resultados.
· Los medidores electromecánicos con registradores
electrónico, el disco giratorio del medidor de inducción se configura para
generar un tren de pulsos mediante un captador óptico que sensa marcas grabadas
en su cara superior. Estos pulsos son procesados por un sistema digital el cual
calcula y registra valores de energía y de demanda.
· Los medidores electrónicos utilizan
convertidores analógicos-digitales para hacer la conversión.
· La mayoría de
los medidores electrónicos son calibrados por software. Es decir, las
constantes de calibración son introducidas al medidor y quedan depositadas en
una memoria EEPROM . Esto hace que el medidor no cambie su calibración no
importa el tiempo transcurrido.
Las ventajas comunes de los medidores electrónicos son:
- Calibración inalterable.
- Exactitud.
- Menor posibilidad de fraude.
- No requiere mantenimiento
- Amplio rango de tensión y corriente.
- Multimedición.
- Lectura automática.
- Comunicación a distancia.
- Medición de instrumentación.
Instrumentación
La mayoría de los medidores electrónicos tienen la
posibilidad de efectuar la medición de magnitudes de instrumentación, tales
como tensión, corriente, ángulo de fase, factor de potencia, etc., e incluso
hay algunos que pueden medir distorsión armónica de tensión y corriente.
Medidor electrónico comercial
Se trata de medidores para medición de energía activa y de
uso domiciliario, cuyo registrador en general puede ser un registrador mecánico
o un display de cristal líquido LCD.
El medidor tiene una fuente de alimentación capacitiva
protegida contra picos de alta tensión, que toma la tensión de línea y
proporciona 5 Volts regulados al circuito. La fuente de alimentación posee una
protección con un varistor de alta energía, que le permite soportar impulsos de
12 kV con una impedancia del generador de sólo 2 ohm.
El circuito integrado de medición de energía recibe muestras
de la tensión a través de un divisor
resistivo y de la corriente, a través de un shunt de aleación de cobre.
Por medio de estas muestras, el circuito integrado computa la energía y
proporciona pulsos cuya cantidad es proporcional a la energía activa.
Una salida del integrado activa al motor paso a paso del registrador
mecánico, que cuenta y registra la energía activa. Otra salida se conecta a un
led rojo de testeo, utilizado para la prueba del medidor y a un opto acoplador
que proporciona una salida de pulsos opcional.
Siguiendo estos mismo principios existen los circuitos
integrados para medir energía.
Circuitos integrados
para medir energía.
Los contadores son equipos que cuentan la energía activa
(kW.h). Los circuitos integrados de la
familia ADE 77xx están empleados en circuitos de medida de energía eléctrica
(por ej. contadores de energía eléctrica activa). Para construir un circuito de
medida requieren pocos elementos añadidos exteriores - en un circuito integrado
están incluidos todos los bloques necesarios. Disponen de un transductor ADS
integrado, circuito de control de alimentación y carga, así como tensión
interior de referencia. Pueden dirigir contadores electromecánicos.
Comerciales:
- ALGODUE ELETTRONICA
- FRER
- CONTREL
- SAIA BURGESS CONTROLS
- DOSSENA
- BOLEVO
- SOCEMEC
- LOVATO ELECTRIC
- ECT.
Encapsulados
- ANALOG DEVICE
- CIRRUS LOGIC
CARACTERISTICAS DE ALGUNOS CIRCUITOS INTEGRADOS.
ANALOG
DEVICES ADE7759ARSZ-ND
Interfaz SPI
Carcasa SSOP20
Montaje SMD
Tensión de alimentación 5V
CC
Propiedades de circuitos integrados Unifásico
Número de canales 2
Frecuencia 14kHz
ANALOG
DEVICES ADE7754ARZ
Fabricante ANALOG
DEVICES
Tipo de circuito integrado contador de energía eléctrica
Tipo de red 3
fásica
Carcasa SO24
Montaje SMD
Precisión de medida 0.1%
Interfaz: SPI
Pulse
CIRRUS LOGIC CS5461A-ISZ
Fabricante CIRRUS
LOGIC
Tipo de circuito integrado contador
de energía eléctrica
Carcasa SSOP24
Montaje SMD
Tensión de alimentación 4.75...5.25V
CC
Propiedades de circuitos integrados unifásico
Corriente de alimentación CC 2.9mA
Frecuencia 4096kHz
Pérdidas de potencia 500mW
Precisión de medida 0.1%
Impedancia de entrada 30kΩ
Circuitos de acondicionamiento:
Para el cálculo de la potencia y energía,
estos integrados tienen canales de entrada tanto para tensión como de
corriente. Estos en su mayoría poseen un PGA para la obtención de la señal de
tensión, mientras que la entrada de corriente en su mayoría debe ser obtenida
de un transductor de corriente con un nivel máximo de entrada de 1v.
Sensado de la señal de corriente se
sugiere utilizar un sensor de efecto Hall por sus excelentes características de
linealidad. En la figura se muestra su conexión al canal de corriente.
Sensado de la señal de tensión, por
medio de un diviso de tensión se inyecta al segundo canl de conversión A/D
dicha señal. Se sugiere utilizar las resistencias de alta presión según indique
las hojas de datos.
Se debe tener en cuenta que la mayoría de los transductores
de corriente tienen un cambio de fase, sin embargo este error de fase puede
corregirse escribiendo en los registros de calibración de Fase.
En cuanto al filtrado de las señales, siempre existe un
pequeño error llamado “solapamiento”, muy común en los sistemas de muestreo,
por lo que se recomienda utilizar un filtro pasa-bajos en las entradas
analógicas del integrado. Este puede ser analógico (Filtro RC) con frecuencia
de esquina de 10Khz. Se debe tener en cuenta que frecuencias por debajo de
-3dB, se verá directamente reflejado en la componente fundamental de
frecuencia, por lo que se debe tener una tolerancia apta para reducir estos
errores.
REFERENCIAS:
