Sensor de Voltaje para AC

Saludos.
He estado investigando en la Internet acerca de como medir voltaje en AC con Arduino y hay infinidad de información respecto al tema. Lo que me trae por acá es el hecho de que he simulado en proteus un diseño que me permite realizar una acción en función de la variación en los niveles de tensión en AC, específicamente necesito medir una tensión de 120VAC y me decante por el uso de transformador de 120VAC en primario a 12VAC en secundario. Mas allá agregue una etapa de rectificación para obviamente poder medir el voltaje en DC que es lo que naturalmente reciben los pines analógicos de Arduino, después de esa etapa de rectificación, dispuse de un divisor resistivo para limitar la tensión de entrada al Arduino. Ahora mi duda es: ¿Cómo puedo proteger esa entrada contra alguna elevación mas allá de la tensión permitida?, eso tomando en consideración que aun cuando el diseño contempla el uso de un transformador, el cual brinda aislamiento galvánico, es natural que incrementando la tensión en el primario, en el secundario sucederá lo mismo. Adjunto una captura de la simulación aparte del proyecto general. Les agradecería la ayuda que pudieran prestarme al respecto. Gracias.

Circuito.jpg

Pon un diodo zener de 4,7v o 5,1v en paralelo con R2

Gracias por responder, seria algo así como el circuito de la imagen adjunta?

Rediseño.jpg

Correcto

Gracias, hice una captura de los oscilogramas que me muestra Proteus con y sin el diodo que me recomendaste. Ahora debo hacer el ajuste para los valores máximos en el software, que se modificaron luego de incluir dicho diodo. ¿Qué me sugieres hacer? y de nuevo gracias por la ayuda.

Por no subes esos valores de 180 y 120 en un factor de 10 y pasas de 40 a 4mA en la carga del secundario?

Si miras la imagen del secundario con el osciloscopio (si tienes claro) estoy seguro que esta perderá distorsión.

El diodo 1n4732 es de 4.7V lo que te resta parte del fondo de escala. Busca uno de 5.1V mejor.

De acuerdo a tu red divisora 110VAC darán una salida de 4.8V pero como elegiste un zener de 4.7 ya comienzas a leer mal.
Entonces que ocurre cuando la tension sea de 120V? la salida luego del divisor seria de

Con 110VAC las cuentas dan => 110/12*120/300= 4.8V y tu zener lo recortará.

con 120VAC apenas un 10% mas tienes 120/12*120/300 = 5.23V menos que menos podras verlo

Considera un divisor para un 20% de sobretensión y usa un zener de 5.1V

Saludos surbyte, efectué los cambios sugeridos y resultó hasta el momento, sin embargo me queda la duda de la formula que utilizó para los calculos. Adjunto imagen para mejor descripción.

Bueno esta claro que esta recortando el Diodo Zener y esa no era la idea. La idea es medir la tensión del secundario y afectar todo por una constante para que nos de la tensión de entrada.

Entonces como ya te dije el Divisor esta mal.

Prueba con 1000 y 2000. Mantienes el valor global pero la atenuación será 1/3
12V seran 4V a la salida.

Hagamos un mejor cálculo.

110VAC x 20% = 110 x 1.2= 132.00 VAC
Este es nuestro valor maximo lo que generará en el secundario

N = V1/V2 = 110/12 = 9,1667

Entonces para una sobretensión del 20% => 132/9,1667= 14.4V
Y ahi no acaba porque estamos hablando de tension RMS
El valor pico será de 14.4 x 1.41 = 20.36V

Asi que este es el valor que vamos a usar para asegurarnos de que sea correctamente medido.

Este es un elemento de diseño y yo asginaré un valor de 4.9V para esos 20.36
Es decir que cuando a la entrada tengamos 110+20% a la salida tendremos un valor de 4.9V

20.36V/4.9V = 4.15605 es el factor resultante para el divisor resistivo.

Obtener esto será dificil pero nos aproximaremos y luego veremos que tan bien nos ajustamos.

Supongamos que la resistencia contra GND sea de 4.7k entonces la otra resistencia será de

4.7k x 4.15605 = 19.53k ohms valor no comercial.

Podemos adoptar 20k y ver como resulta todo.

R1 lado inferior 4k7 y R2 20k o sea dos de 10k en serie tenemos

Nominal Salida Vrms Salida Vpp ADC
110,00 12,00 16,97 3,99
121,00 13,20 18,67 4,39
132,00 14,40 20,36 4,79

Ahi ves que con esos valores lo máximo que leeras serán 4.79V para 132VAC de entrada.
Excelente!!!

R1 = 4k7
R2 = 20K

Perfectamente bien explicado Surbyte, sin embargo, ¿con este diseño queda protegida la entrada analógica del micro que es lo que principalmente me preocupa? ¿el zener cumplirá este cometido?. Ya lo simulo y comento luego de analizar los cálculos que me facilitó. Gracias

Si. porque lo que tu quieres es que no le lleguen mas de 5, pero tambien quiere leer bien.
Supongamos haya un problema electrico y se cae una fase como se dice habitualmente y se desequilibra el sistema trifásico.
Suele ocurrir que una fase cae a la mitad 55V suponte, y otra se va mas arriba , 150 V
Esta sobretensión quedará limitada por el zener.
Y como por diseño tu no esperas mas de 132, entonces seguirás midiendo incluso mas tensión pero cuando veas el máximo podras decir que es un exceso.
Prueba con el simulador entregando una tensión mayor y ve cuando el zener protege.

Desconozco si usaste lo del trifásico como ejemplo, pero por si las dudas aclaro que solo requiero medir un Vrms de 120 VAC (tensión nominal en mi pais). Los cálculos los basé en dicha tensión ya que como mencioné 120 volts es la tension que entrega el Proveedor eléctrico en mi pais. Corrijame si estoy mal por favor. Con respecto al divisor de tension, pude notar que recomendabas usar si asumiamos la resistencia a GND de 4.7k, segun los calculos, la resistencia superior debe ser de 20k, sin embargo, al usar tales valores en esa disposicion, el voltaje maximo llega a 2volts, inviertiendo la posicion de dichas resistencias, el voltaje alcanza el valor de 5.03 volts.

Desconozco si usaste lo del trifásico

Yo mencioné lo que ocurre en la distribución de energía a nivel media tensión y que por esa razón una fase (tu fase) puede alcanzar valores peligrosos para todo el equipamiento electrico.
Tal vez eso no pase en tu país, en el mio si, o mejor dicho en mi ciudad.

al usar tales valores en esa disposicion,

Quien hablo de 3 valores en un divisor de tensión? Siempre hay dos.. te dije el que va contra GND y el que va contra la salida del secundario.

surbyte:
Yo mencioné lo que ocurre en la distribución de energía a nivel media tensión y que por esa razón una fase (tu fase) puede alcanzar valores peligrosos para todo el equipamiento electrico.
Tal vez eso no pase en tu país, en el mio si, o mejor dicho en mi ciudad.

Quien hablo de 3 valores en un divisor de tensión? Siempre hay dos.. te dije el que va contra GND y el que va contra la salida del secundario.

Cuando dije de tales valores, me refería a la disposición de las dos resistencias, R1 la conectada a GND asumíamos, según tu explicación, que era de 4.7k y R2 el calculo arrojaba que se debe usar una de 20k. pero al conectarlas de esa forma, alcanzábamos valores de salida en el divisor de aprox 3 volts, lo que hice al ver tal detalle fue voltearlas en su posición, es decir, R2 4.7k y R1 la de GND 20k. Lo de las fluctuaciones de voltaje también pueden alcanzar valores peligrosos aquí en mi país. Disculpa mi confusión.

Bueno no mire tu imagen porque los valores R1 y R2 no se ven a menos que agrandes la imagen.

Para ti R1 es la de 20k y R2 es la de 4k7, por eso cuando yo la denominio te explico como va conectada.
Espero se entienda. No da para mucho.

En la tabla se lee la tensión que leería el AD. Los 2V que mencionas no pueden ser posibles

R1 lado inferior 4k7 y R2 20k o sea dos de 10k en serie tenemos

Nominal Salida Vrms Salida Vpp ADC
110,00 12,00 16,97 3,99
121,00 13,20 18,67 4,39
132,00 14,40 20,36 4,79

Los valores de la derecha son los que el ADC va a leer cuando a la entrada tengas 110/121 o 132 volts AC.
Asi que si hay dos resistencias y puestas como tu imaginaste no van, las pones al reves y debería coincidir con lo que yo puse.
Mas cuando dice

R1 lado inferior.

Gracias Surbyte, luego de realizar las respectivas modificaciones, me tropiezo con este problema: la tensión de salida en el divisor se mantiene casi sin alterarse incluso al modificar la tensión de entrada en el transformador. ¿Qué puedo estar haciendo mal?. Adjunto imagen para mejor explicacion.

jjcoronas2014:
Gracias Surbyte, luego de realizar las respectivas modificaciones, me tropiezo con este problema: la tensión de salida en el divisor se mantiene casi sin alterarse incluso al modificar la tensión de entrada en el transformador. ¿Qué puedo estar haciendo mal?. Adjunto imagen para mejor explicacion.

Corrijo un error en la imagen, la tensión de entrada no es de 90, es de 100 volts.