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Topic: ¿Mejor método para medir desfase eléctrico? (Read 5235 times) previous topic - next topic

nouss

Hola.

Me gustaría que me aconsejarais sobre cual sería la mejor manera, o la más precisa, de medir el factor de potencia (o el desfase entre tensión e intensidad) con Arduino.

La idea es hacerlo y programarlo yo, no usar directamente sistemas como el de Openenergy, ya que 1º quiero entender que se está haciendo en cada paso o sentencia del programa y 2º quiero saber como de buenos son los cálculos que se realizan.

He pensado, para tomar las medidas, en medir la tensión AC (previamente reducida con un divisor a un orden de unos 2,5v AC) y subir mediante un amplificador operacional o un sumador los valores a positivo, sumandole otros 2,5v. de esta forma la tensión oscilará en los valores que permite la entrada analógica de Arduino.

Para la intensidad ya no se que es mejor, si usar un SCT 013-030 o un medidor invasivo... La cosa es que no tengo demasiado claro como hacerlo de la mejor manera. No quiero gastarme el dinero y luego ver que no me vale para lo que quiero.

Si pudieses orientarme para ver cual es la mejor opción, te lo agradecería.

Un saludo.

surbyte

Para responderte, hay que ir a la definición de defasaje entre tensión y corriente.

tension y corriente se pueden representar como sinusoides, cuando estan en fase ambas empiezan y terminan al mismo tiempo mas alla de sus amplitudes.
Eso ocurre en CA solo para resistencias ideales, pensemos que para las reales (si no son bobinadas también).

Ahora cuando se aplica CA a una carga inductiva o capacitiva tenemos un defasaje, producto del atraso o adelanto de la corriente respecto de la tensión.
Atraso con la inductancia, y adelanto con la capacitancia.



Del gráfico se ve la manera fácil de medir ese factor de potencia o coseno de Phi.
Si disparas un contador con el cruce por cero de la tensión y lo detienes con el cruce por cero de la corriente, tienes tu defasaje.

Como haces eso.. pues aprovechamos lo dicho anteriormente.
Cruce por cero de la tensión, es usar un optoacoplador conectado a la carga en cuestión en paralelo tal como esta.
Cruce por cero de la corriente, es otro optoacoplador (idem al anterior en código) pero conectado a una resistencia en serie con la misma carga.
Aca debemos tener cuidado que esta resistencia serie no altere demasiado la lectura. Asi que debería ser de bajo valor, pero tal que alcance a polarizar debidamente el diodo emisor del opto.
Si la resistencia en serie esta por debajo de un 1% se considera que no estamos alterando suficientemente la medición. Al menos lo que recuerdo.

Entonces disparas una interrupción del arduino con el primer el cruce por cero de la tensión, lo que incia la cuenta de un timer.
Dicha cuenta se detendrá con el disparo del segundo cruce por cero.
Luego habra que pensar como darnos que estamos en adelanto o atraso. pero algo que tambien se debe hacer es que en sucesivos cruces por cero de la tensión se debe leer el tiempo del semiclo, para luego poder establecer en que situación estamos.
 

nouss

Hola surbyte, gracias por tu respuesta.

La idea del uso de los opto también me la había planteado pero no tenía muy claro como programarlos y conectarlos al Arduino. Podría combinar la idea que propones de los optoacopladores con lo que comentaba para tomar las medidas de tensión e intensidad y así disponer por un lado del f.d.p. y por otro de la potencia aparente. Con estos valores ya creo que puedo calcular todo lo que necesito con Arduino mediante código.

Gran respuesta y genialmente explicado, como siempre, surbyte. Eres uno de los cracks del foro.

Un saludo.

surbyte

Tengo varios proyectos hechos pero no son de tu agrado.

Este es uno con optos pero no es exactamente el que habia pensado

http://www.compendiumarcana.com/forumpics/opto_power.png
No lo encuentro entre mis links guardados.



Cito este por ejemplo que no aisla el arduino de las mediciones asi que si decides hacerlo mucho cuidado con manipular el Arduino.

DIY wattmeter with an Arduino
Creo que es el mismo. Se ve mejor



Tengo este otro que usa conversores AD SPI que permiten aislarlos y usa un transformador de corriente de modo que tambien aisla la corriente del arduino.

Home Energy Monitor



nouss

Genial aporte, muchas gracias.

La verdad es que están fenomenal los esquemas que me has puesto, pero mi nivel aún no llega a todo lo que quiero :_(

¿Podrías explicarme, de una manera simple, como conecto el optoacoplador de paso por cero de tensión y el de intensidad al circuito eléctrico y al arduino? no se si es mucho pedir, pero si fuese algo concreto, lo más detallado que puedas y simple me ayudaría mucho a entenderlo todo.

Una vez más gracias por todo surbyte, me está siendo de mucha ayuda.

surbyte

#5
Apr 13, 2015, 01:34 am Last Edit: Apr 13, 2015, 05:58 am by surbyte
Bueno, a veces me ocurre que confundo el sentido de las cosas.
Lo que te postee está bien, para medir potencia pero para hacer lo que quieres no tiene mucho sentido asi que te doy otra sugerencia mas apropiada.





Estos son ejemplos válidos para detectar el cruce por cero de la tensión.
Para la corriente necesito saber hasta que corriente estará consumiendo la carga para poder sugerirte algo.

Cuando tengamos los dos optos, veremos con disparar un timer con el cruce por cero de la tensión para luego apagarlo con el cruce x cero de la corriente.

MEJOR SOLUCION
Siempre hay una solución óptima para todo, y aca esta



El inconveniente puede ser el opto 2501-1 pero cuestión de ver sus características y reemplazarlo por algo conseguible y quien dice que tal vez lo puedas conseguir.

Este circuito es muy simple.
En la parte superior el esquema solo presenta un diodo rectivicador de media onda 1N4007, también tiene otro pero ese proteje el diodo del optoacoplador contra la tensión inversa que podría quemarlo, en cambio deja circular corriente por la resistencia y evita que lo haga por el diodo optoacoplador.
A el solo le llegan 0.7 V.
Por supuesto que tendremos del otro lado del opto un señal en sincronía con el cruce por cero del semiciclo positivo. Cuando la señal tenga tal valor que el diodo del opto conduzca, tendremos un cero en OUTv (salida tensión) y cuando pase por cero tendremos un 1 o VCC que se mantendrá durante el semiciclo negativo.

En el esquema se ven D3-D4 y D5. D3-D4 estan en directa permitiendo que U2 se polarice debidamente. Esto genera una onda cuadrada que coincide con el cruce por cero de la corriente de carga.
Por lo tanto tienes OV y OI con los dos cruces.
Puedes empezar usando OV para que dispare una interrupción y OI para que lo haga con otra.
Y probemos de manera simple con micros();
Sabemos que 10mseg son 180 grados  entonces 10*1000 uSeg = 10 mSeg
X grados = XuSeg * 180/(10000) será tu ángulo
Me falta ver como nos daremos cuenta si es atraso o adelanto. Supongo que si supera 10mSeg es porque esta del otro lado y esta adelantado.
En ese caso, solo lo hará en una lectura y luego inviertes que medir, comienzas midiendo por corriente y terminas pro tensión.



 

nouss

Gracias surbyte. Esto lo veo más concreto y me puede ayudar bastante.

Siento no haber respondido antes pero ando resolviendo otros frentes...También estoy mirando optoacopladores específicos para paso por cero y métodos aproximativos.

Un saludo.

surbyte

Hay muchos optos que pueden servirte, tal vez lo unico que requieras sea un opto que tenga una If (corriente directa del diodo) lo mas baja posible y de ese modo tus resistencias para el divisor resistivo para medir tensión serán menos voluminosas por la potencia que deben disipar.

Recuerda que P = V*I = (I*R)*R = I*R^2 => entonces si If fuera 10mA tendriamos (10mA^2)*33K=3.3W
No coincide con lo sugerido en el esquema, Porque?
veamos al revés,
para 220VAC con 33k obtendríamos una If = 220/33000= 6.66mA
el opto puede entonces ser reemplazado por un simple 4n25 que es facilmente conseguible, digo esto porque si mira la hoja de datos del 4N25 veras que su If máxima es de 60mA y la del PS2501 es de 80mA. Por lo tanto trabajar en condiciones menores será mas cómodo para el 4N25 que para el PS2501.

En el otro extremo tendremos igualmente gracias a los dos diodos los 1.4 V necesarios para polarizar el diodo del opto que sensa corriente.

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