sensor eletrônico de tensão para medição - PUC

Anais do XVIII Encontro de Iniciação Científica - ISSN 1982-0178
III Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação da PUC-Campinas - ISSN 2237-0420
24 e 25 de setembro de 2013
SENSOR ELETRÔNICO DE TENSÃO PARA MEDIÇÃO
INTELIGENTE DE ENERGIA ELÉTRICA
Carolina Fernandes Frangeto
Faculdade de Engenharia Elétrica
CEATEC
[email protected]
Resumo: Este resumo descreve uma maneira de
fazer a medição de tensão na rede elétrica, para poder comparar com parâmetros de qualidade de serviço da rede.
Palavras-chave: Sensores sem fio, Identificação não
Intrusiva, Medição Inteligente de Energia.
Área do Conhecimento: Engenharias – Engenharia
Elétrica.
1. INTRODUÇÃO
Com o grande aumento do uso de equipamentos de
telecomunicações hoje em dia, torna-se pertinente a
quantificação do consumo de energia desses equipamentos. Esse consumo de energia pode estar diretamente ligado à qualidade da rede na qual se transfere os dados e características de desempenho da
rede como, por exemplo, relação sinal-ruído, perda
de pacotes e necessidade de retransmissão de dados, dessa maneira pode haver um aumento do consumo de energia necessário para a realização da
troca de informações [3, 4, 6]. Dada a sua grande
utilização nas redes atuais, esse plano de Iniciação
Científica tem como objetivo a elaboração de um
sensor tensão para futura implementação de um sistema para monitoramento do consumo de energia.
2. METODOLOGIA
Inicialmente, foi idealizado um circuito que tivesse a
capacidade de reduzir sua tensão de entrada para
até 3 volts e retificar a onda deixando o sinal de saída o mais retilíneo possível, pois esse é o nível de
tensão requerido por microcontroladores em geral.
Assim poderia ser criada uma tabela com a relação
da tensão de entrada/saída. A partir deste circuito
inicial, foram trabalhadas todas as opções de melhorias e ajustes, resultando no circuito ilustrado na Figura 1.
2.1. Processo de retirada do transformador
Alexandre de Assis Mota
Grupo de Pesquisa Eficiência Energética
CEATEC
[email protected]
O transformador neste circuito tinha a função de reduzir a tensão de entrada, porém seu maior custo e
peso motivaram explorar a possibilidade de sua
substituição por um divisor de tensão com um custo
bem menor. Pensou-se inicialmente em usar um divisor de tensão capacitivo, pois com sua capacitância
iria reduzir a tensão e, além disso, não haveria perda
de energia durante este processo. Contudo, essa
abordagem não funcionou como o esperado, acabando por interferir no funcionamento do circuito. A
seguir, foi adotado um divisor de tensão resistivo que
atendia quase todas as necessidades. Os resistores
têm um baixo custo, porém existe uma pequena perda de tensão durante o processo de transformação
de energia elétrica em energia térmica (efeito joule).
Essa perda foi considerada aceitável para os propósitos do sensor (medição de energia). Finalmente, pelo
fato da tensão da entrada ser na faixa de 110 volts
ou 220 volts, foram especificados resistores de potência de um watt.
Figura 1. Diagrama esquemático do circuito inicial.
2.2. Melhorias no circuito inicial
Primeiramente foi constituída por quatro e depois por
dois diodos. Essa solução não era satisfatória pela
queda de tensão nas junções P-N. Assim, a função
de retificar a onda foi substituída por um retificadorinversor de onda completa de constituído por amplificadores operacionais. Essa abordagem foi adotada
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com a função de se evitar ao máximo qualquer perda
de tensão desnecessária, o que comprometeria a
precisão do sensor. O retificador é inversor, pois inverte o sinal da tensão de saída, o que não interfere
no funcionamento do circuito. Os amplificadores operacionais foram alimentados com tensões de +12
volts e -12 volts, o que motivou a construção de um
circuito semelhante a uma fonte simétrica, que poderia fornecer essas tensões, ilustrado na Figura 2.Foi
necessário o acréscimo de um diodo no circuito depois do retificador, para isolamento entre estágios e
conexão posterior ao microcontrolador, mesmo sofrendo a perda de 0,7 volts na tensão de saída, possibilitando o direcionamento da corrente e o melhor
funcionamento do circuito.Para uma retificação de
onda mais retilínea possível é necessário a diminuição da tensão de Ripple, que nesse caso se traduz
como uma pequena ondulação. Consequentemente,
um filtro capacitivo, constituído por um capacitor e
um resistor em paralelo, foi colocado na saída.
3. RESULTADOS
Foram obtidos resultados para duas diferentes abordagens. O primeiro, com a utilização de um resistor
variável ligado em série com o circuito parcial ilustrado na figura 2 [1, 2, 5]. Este procedimento foi realizado para verificar a variação de tensão na saída, decorrente da variação da tensão na entrada (Rede).
ções descritas anteriormente para melhorar o seu
funcionamento. Já a figura 5 ilustra a onda completamente retificada, analisada por um osciloscópio,
durante os testes em bancada.
Figura 4. Circuito final
Figura 5. Onda visualizada no osciloscópio antes e depois
da retificação
A prototipação foi iniciada, implementado-se o circuito final no software Eagle, para obtenção da placa de
circuito impresso com layout ilustrado na figura 6.
Figura 2. Circuito parcial.
A partir da montagem desse circuito, foi possível obter os dados ilustrados na Figura 3.
Figura 6. Fonte simétrica e sensor de tensão no Eagle.
Figura 3. Característica linear dos resultados obtidos.
O segundo resultado foi obtido a partir do circuito
final, ilustrado na figura 4, que sofreu todas as altera-
4. CONCLUSÔES
A partir dos testes experimentais foi possível efetuarmos as medidas do sensor de tensão. O sensor
apresenta precisão suficiente para a finalidade a que
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se destina (medição de energia) e poderá ser integrado a medidor de energia inteligente, o que se dará
no projeto de Iniciação Científica em caráter de renovação, pela bolsista, no período 2013-2014..
REFERÊNCIAS
[1] Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos – 8ª
edição – Boylestad, Robert L.; Nashelsky, Louis.
[2] Fundamentos de Análise de Circuitos Elétricos –
4ª edição – Johnson, David E.; Hilburn, John L.;
Johnson, Johnny R.
[3] Alvarenga, L. (2009). Medição Inteligente de Energia e Eficiência Energética. In.: Painel Setorial
[4] INMETRO – Medição Inteligente de Energia no
Brasil: Desafios e Oportunidades. Rio de Janeiro, 14
de maio de 2009.
[5] Branquinho, O. C. (2011). Plataforma Radiuino
para Estudos em Redes de Sensores Sem Fio. Capturado Online de http:// www.radiuino.cc, em 30-092011.
[6] Landero, Maria Antonia. (1989), La Informacion
Aplicada al Desarrollo de los Edificios Inteligentes.
Revista MPU, v.362, Madrid, Espanha.