Medición de AC 220V/25A

Implementación de un circuito para medición de variables eléctricas, de una señal AC de 220V/25A.

Objetivo General:

Implementar un circuito mediante la tarjeta de FRDM-KL25Z que sea capaz de medir y desplegar en una interfaz digital parámetros de variables eléctricas de una señal de 220 V / 25 A.
Entre las variables eléctricas que mediremos son:

• Voltaje
• Corriente 
• Frecuencia
• Potencia
• Energía

Objetivo particular:

Para esta entrada en particular se encontrara la propuesta del circuito que se decidió implementar, Esta propuesta consta del esquemático del circuito, datos técnicos de los dispositivos empleados (consideraciones), cotizaciones y diagrama general que se manejara el circuito.

Consideración general:

En este caso debemos tomar en cuenta la senal que mediremos, esta es una corriente alterna, por lo que no podemos usarla en nuestra tarjeta FRDM-KL25Z directamente; se necesita una serie de pasos para su tratamiento. Debemos considerar la energía para los sistemas de suministro electrifico son 60 HZ.
El propósito de un sistema de medición es observar, cuantificar y procesar la información. Así que el proceso que debemos seguir en general es:

Datos técnicos de cada variable:

Voltaje:

Transductor de voltaje LV 25-P

Transductor de voltaje de Efecto Hall, nos permite realizar mediciones de voltajes DC y AC.

Cuenta con aislamiento galvánico entre el primario y secundario del dispositivo.  

Realiza la medición de voltaje mediante una entrada de corriente en el primario, para ello se hace uso de una resistencia a la entrada del primario, la cual generará una relación proporcional de corriente de acuerdo al valor del voltaje de entrada.

Especificaciones:

• Sensor de Voltaje AC
• Rango: 10 - 500V (AC)
•  Precisión: +/- 0.9%
•  Error: < 2%
• Salida: Corriente de 0 a 25mA
• Alimentación; +/-15V (DC)
• Temperatura de operación: - 25...+ 85 C
• Tiempo de respuesta: < 40 microsegundos

   Corriente

Transductor de corriente LA 25-NP. Transductor de corriente de Efecto Hall, nos permite realizar mediciones de corriente DC y AC.

Cuenta con aislamiento galvánico entre el primario y secundario del dispositivo

Especificaciones:

• Corriente nominal en el primario (RMS): 25A
• Rango de medición de corriente: 0...+/- 36A
•  Precisión: +/- 5%
• Error de linealidad: < 0.2%
• Temperatura de operación: - 25...+ 85 C
• Tiempo de respuesta: < 1microsegundo
• Voltaje de alimentación: +/- 15V

Frecuencia (Cruce por cero)

Para poder medir la frecuencia se utilizará un sensor detector de cruce por cero, para esto se usa un circuito comparador. Este método permite que el microcontrolador detecte el inicio de un flanco en este caso cruzar por cero, entonces ejecutara la rutina para medir el tiempo entre un pulso y otro obteniendo el periodo, posteriormente se calcula la frecuencia dentro del micro controlador.

Potencia y Energía

El cálculo de potencia y energía se realiza por cálculo dentro del micro controlador, en este momento ya contaremos con la señal de voltaje y corriente que se obtuvieron con los sensores mencionados antes y para tal propósito se usaran en parte las ecuaciones que se comentaron en la entrada anterior de este mismo blog.

Alimentación:

Para la alimentación de nuestro circuito se decidió usar una fuente, esta se escogió de acuerdo a las especificaciones de los componentes que usaremos. Tanto el sensor de voltaje como el de corriente requieren una alimentación de +/-15 Volts DC, decidimos buscar una fuente fija que nos ayudara con ese voltaje, se decidió por el siguiente producto.

La fuente HF20W-T-B maneja +/-15V DC y 5V DC, por lo cual es perfecta para la alimentación de los sensores y de la electrónica para el procesamiento de la señal. Así está la conectaremos directamente del toma corrientes.

Tratamiento de señal y lectura de los sensores:

Tratamiento de señal.

El sensor tiene una salida de corriente que va de 0 a 25mA que corresponden de manera lineal a la lectura de Voltaje, dicha corriente se convertirá a voltaje para su tratamiento y posterior lectura por parte del micro controlador, la conversión se llevara a cabo con un arreglo de un amplificador de transimpedancia.

Filtros

Para nuestras mediciones se creara un filtro pasa bajas a 60Hz, para tal propósito nos apoyaremos en un PSoC CY8C21X23, con el cual podemos programar hasta 4 entradas que servirán como filtros de segundo grado, entonces esto nos servirá para colocar en la medición de la variable de voltaje, corriente y frecuencia.

Diagrama de bloque: