Download Diapositiva 1 - El repositorio ESPE

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO
EXTENSIÓN LATACUNGA
DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MEDIDOR DE
ENERGÍA ELÉCTRICA DIGITAL CON CONEXIÓN
INALÁMBRICA A UN COMPUTADOR, PARA EL
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS”
JOSÉ LUIS ORTIZ BONILLA
OBJETIVO FINAL
• Diseñar e implementar un medidor
electrónico de energía eléctrica con
conexión Inalámbrica a un computador
para el Laboratorio de Máquinas Eléctricas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Diseñar y Construir medidor de Energía
Eléctrica.
• Registrar las variables eléctricas.
• Adaptar este sistema en forma inalámbrica
• Facilitar la visualización de las variables
eléctricas en el Laboratorio de Máquinas
Eléctricas.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA
• Implementación de nueva tecnología al
Laboratorio de Máquinas Eléctricas.
• Se contará con un sistema de medición
preciso de parámetros Eléctricos.
• Aportar con el avance científico a la
Escuela Politécnica del Ejército.
DESCRIPCIÓN DEL MEDIDOR
ELECTRÓNICO
• En este trabajo se ha desarrollado un sistema para medir
energía eléctrica empleando dispositivos electrónicos de
última generación, de una manera rápida y confiable.
Los componentes empleados permiten una gran
flexibilidad de desarrollo que facilitan que el prototipo
sea permanentemente mejorado sin ulteriores
inversiones. Las grandes compañías internacionales que
desarrollan sistemas electrónicos de medición de energía
utilizan circuitos integrados del mismo tipo que los
presentados en este proyecto, como Analog Devices,
Cirrus Logic, CR Magnetics y Microchip.
REQUERIMIENTO:
Se requiere que el aparato sea capaz de
medir o calcular los siguientes valores:
• Corriente y Voltaje utilizados y su
correspondiente desfase φ.
•Potencia instantánea, activa y reactiva.
COMPONENTES DEL SISTEMA:
DIAGRAMA DE BLOQUES:
SENSORES DE CORRIENTE:
SHUNT DE CORRIENTE DE BAJA
RESISTENCIA:
• Solución de más bajo costo y alta
confiabilidad.
• Lectura sencilla con excelente precisión.
• Solución popular para la medición de
corriente.
FUNCIONAMIENTO DE LAS
RESISTENCIA SHUNT
• El shunt es una carga resistiva a través de
la cual se deriva una corriente eléctrica.
• Es utilizada para determinar la intensidad
de corriente eléctrica que fluye a través de
esta carga, mediante la medición de la
diferencia de tensión o voltaje a través de
ella, valiéndose de ello de la ley de Ohm (I
= V/R).
FUNCIONAMIENTO DE LAS
RESISTENCIA SHUNT
SENSORES DE VOLTAJE
• Es indispensable para obtener el desfase
entre la corriente y el voltaje, para el
calculo de la potencia activa y reactiva.
• Se utilizó un transformador de voltaje, por
ser una solución barata y de fácil diseño.
• Además se puede utilizar este mismo
transformador como una fuente para el
circuito.
UNIDAD DE PROCESAMIENTO:
• Debe encargarse de obtener los datos
desde los sensores.
• Debe obtener el valor de la Corriente.
• Debe Calcular la potencia activa, reactiva y
aparente.
• Entrega los datos a un PC.
dsPIC30F4013
• Cumple las aplicaciones de adquisición de
datos (Esclavo).
• Cumple las funciones de Cerebro
(Maestro).
• Es responsable del buen funcionamiento
del circuito al que gobierna.
• Procesa la información adquirida en su
memoria. (Programa de aplicación)
CARACTERISTICAS DEL
dsPIC30F4013
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
arquitectura harvard modificada
- 84 instrucciones básicas
- ancho de instrucciones de 24 bits
- Ancho de datos de 16 bits.
- Almacenamiento 48 kbytes en su memoria de
programa
- RAM de 2 kbytes y una EEPROM de 1 kbyte
- Velocidad de operación de 30 MIPS
- 33 fuentes de interrupción
- 16 registros de trabajo de 16 bits
- 2 acumuladores de 40 bits.
INTERFAZ USUARIO
Interfaz física del usuario:
• LCD (Liquid Crystal Display) de 128x64
caracteres.
DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN
INALÁMBRICA
ZIG-BEE.
• Es un protocolo de comunicaciones inalámbricas
basada en el estándar de comunicaciones IEEE
802.15.4.
• Comunicación a través de una única frecuencia.
• El alcance depende de la potencia de transmisión
del dispositivo.
• Su velocidad de transmisión es de hasta 256kbps.
• Una red Zig-Bee la puede formar teoricamente,
hasta 65535 equipos.
DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN
INALÁMBRICA
Entre las necesidades que satisface el
módulo son:
• Bajo costo.
• Ultra-bajo consumo de energía.
• Uso de bandas de radio libres y sin
necesidad de licencias.
• Instalación barata y simple.
• Redes flexibles y extensibles.
DISPOSITIVO DE COMUNICACIÓN
INALÁMBRICA
Uso del protocolo Zig-Bee:
• Reemplazo de comunicación por cable.
• Comunicación serial inalámbrica.
INTERFAZ COMPUTADOR:
• Es necesario transmitir los datos a un
•
computador y para esto se logra realizar la
adquisición de datos mediante el receptor ZigBee.
Se utiliza el puerto serial, con el protocolo USB
(Universal Serial Bus), para este propósito.
SOFTWARE DE ADQUISICIÓN DE
DATOS:
• Programación en Labview.
• Adquisición de datos mediante la interfase de comunicación NI-VISA.
• Programación utilizando herramientas del Software.
CONCLUSIONES:
• En el presente trabajo se logró proponer un sistema de
•
•
medición requerido con comunicación inalámbrica a un
computador, con lo cuál se cumple el objetivo de esta
tesis de grado.
Se ha logrado obtener un proyecto en el cual se pueden
adquirir datos confiables puesto que en los experimentos
realizados con el patrón de medida, los resultados
llegaron a ser satisfactorios.
El sistema de medición propuesto es compacto, y al ser
electrónico es más versátil que los sistemas de medición
electromecánicos.
CONCLUSIONES:
• Las etapas de software y hardware desarrolladas en el
•
presente trabajo pueden ser utilizadas como plataforma
para trabajos futuros en los que se requiere resolver
problemas de control electrónico relacionados con la
línea de energía.
La comunicación que se implementó en el diseño, el cual
fue el protocolo Zig-Bee, es un medio de comunicación
muy confiable, puesto que los datos enviados no
presentan perdidas en la recepción y se logró obtener
una comunicación inalámbrica con un margen de error
mínimo.
CONCLUSIONES:
• La adecuación de comunicación serial que se
•
implementó fue satisfactoria para su diseño, ya que se
pudieron obtener datos independientes desde los
microcontroladores esclavos, hasta el microcontrolador
maestro, permitiendo así, que los datos no se mezclen y
produzca un margen elevado de error o cálculos que no
se apeguen a la realidad.
El medidor de energía eléctrica presentó muchas
dificultades en la etapa de programación del código
fuente, puesto que los cálculos para la obtención de los
resultados cumplen con rigurosas ecuaciones
matemáticas y es muy difícil adecuarlas en el software
de programación
CONCLUSIONES:
• Sin duda alguna, la culminación del
presente proyecto es un logro para su
diseñador pues se termina una etapa de
arduo trabajo y de mucho tiempo de
investigación científica para realizarlo.
RECOMENDACIONES:
• El presente proyecto se presenta como un
•
prototipo totalmente funcional, el cual podría ser
modificado para futuras aplicaciones en el
Laboratorio de Máquinas Eléctricas.
En el presente proyecto se presentaron muchos
inconvenientes en la parte de programación
puesto que se debe tener mucho cuidado con la
lógica ya que variables no definidas pueden
afectar a la programación.
RECOMENDACIONES:
• Se debe elegir con cuidado los dispositivos
•
electrónicos a utilizar especialmente el
microcontrolador ya que es muy importante
reconocer las bondades de dichos dispositivos.
Es necesario la auto preparación para poder
adquirir los conocimientos suficientes y realizar
proyectos electrónicos de tal magnitud, puesto
que los dispositivos que se presentan a menudo
con mayor rapidez de actualización adquieren
mayor grado de complejidad en su ingeniería.
RECOMENDACIONES:
• Se recomienda utilizar los software que puedan
•
tener accesibilidad con el sistema actual del
computador en el cual se trabaje ya que los
Firmwares de los mismos, se actualizan
periódicamente y cada vez más rápido.
Se recomienda la manipulación precisa y
delicada de los dispositivos electrónicos, ya que
si no se los trata con cuidado se echan a perder
y se convierten en un problema a la hora de
presentarse un error en el diseño.
RECOMENDACIONES:
• En el mercado actual existen un número elevado de
•
fabricantes de dispositivos electrónicos, sin embargo se
recomienda que se utilicen los dispositivos de marcas
conocidas y de renombre, ya que su construcción es más
minuciosa y su versatilidad ayuda mucho al momento de
realizar cualquier proyecto electrónico.
Los sensores que existen en el mercado actual, son
dispositivos electrónicos variados y abundantes, sin
embargo se recomienda la utilización de marcas
confiables que vayan acorde con el diseño propuesto, ya
que no todos los tipos de sensores que existen, cumplen
con las mismas características y no se apegarían a un
diseño específico.
RECOMENDACIONES:
• Para la comunicación inalámbrica es
•
recomendable utilizar un protocolo conocido y
fácil de usar, pues ya que es la parte final del
proyecto, no es propicio encontrar una barrera
más en la implementación y estudio de un
protocolo de difíciles prestaciones
El protocolo de comunicaciones VISA debe ser
correctamente instalado en el software Labview
puesto que si no se tiene una versión que se
acople al computador, la comunicación serial
entre los dispositivos no se va a poder realizar.