No período que estende-se da semana passada até hoje nossa equipe está tendo problemas pertinentes no que se refere a codificação e leitura dos sensores.
Na postagem do dia 01/08, onde postamos um vídeo ilustrando o funcionamento do nosso sensor de tensão e explicando sua performance, percebemos, depois de realizar a medição com o multímetro, que o sensor de corrente estava realizando uma leitura incorreta. À vista disso partimos para a revisão minuciosa a cerca do código fonte e, simultaneamente, o acoplamento do nosso sensor de tensão ao circuito com o objetivo de testa-lo e corrigir, caso houvesse, seus erros.
Além da interpretação incorreta por parte do sensor, o nosso microprocessador (Arduíno Mega) manifestou erros em alguns momentos das simulações feitas.
Na presente data (15/08), recorremos ao nosso orientador Emanuel Benício para questionar o que poderia ser o problema do Arduíno e este, atenciosamente, nos concedeu o Arduíno Uno para, caso seja necessário, a utilização deste em nosso circuito ao invés do Mega. Recorremos também a Plínio Barbosa para entender o que poderia estar causando os empecilhos do sensor de corrente e tensão assim como as anomalias presentes em nosso microprocessador.
Assim sendo, a equipe tem ciência de que precisa realizar um progresso imediato e certeiro para que o que o objetivo proposto seja concretizado corretamente.
segunda-feira, 15 de agosto de 2016
segunda-feira, 8 de agosto de 2016
Sinais em nosso circuito
O estudo dos sinais que são emitidos dos mais variados meios do setor elétrico é crucial para que o desempenho dos diferentes equipamentos, sejam eles digitais ou analógicos, seja satisfatório e eficiente. No que se refere aos elementos inerentes ao nosso circuito podemos, de muitos, citar os harmônicos e os ruídos.
Os harmônicos são resultados de cargas não lineares conectadas a rede, cargas estas cuja forma de onda de sua corrente não segue a mesma forma de onda senoidal da tensão de alimentação (tensão que provem da rede elétrica). Essas cargas são causadoras de correntes harmônicas que, por consequência, geram tensões harmônicas por meio das impedâncias que contem na rede. Uma harmônica é um integrante de uma onda periódica e tem sua frequência definida por um múltiplo da frequência fundamental que, no caso da rede elétrica, é de 60Hz. No nosso caso, considerando as redes trifásicas, encontramos principalmente as harmônicas ímpares. Como principais fontes de harmônicos pode-se citar os conversores de CC (Corrente Contínua), lâmpadas fluorescente/fosforescentes, chaveamento de cargas resistivas dentre outros.
A partir destes exemplos podemos perceber que nosso circuito, como era esperado, está suscetível aos harmônicas, de forma que um dos transtornos que estas poderão ocasionar será nos capacitores por conta do aumento da corrente RMS do circuito. Essas correntes, que terão alta frequência, tentarão alcançar um caminho menor de impedâncias e será justamente através dos capacitores que elas encontrarão um caminho alternativo. Considerando esta possibilidade, faz-se necessários a utilização de um filtro de harmônicas que consiste, basicamente, em um capacitor para correção de fator de potência combinado em série com um reator (indutor). Este protegerá os capacitores contra harmônicas e contra correntes de surto.
O estudo dos sinais que são emitidos dos mais variados meios do setor elétrico é crucial para que o desempenho dos diferentes equipamentos, sejam eles digitais ou analógicos, seja satisfatório e eficiente. No que se refere aos elementos inerentes ao nosso circuito podemos, de muitos, citar os harmônicos e os ruídos.
Os harmônicos são resultados de cargas não lineares conectadas a rede, cargas estas cuja forma de onda de sua corrente não segue a mesma forma de onda senoidal da tensão de alimentação (tensão que provem da rede elétrica). Essas cargas são causadoras de correntes harmônicas que, por consequência, geram tensões harmônicas por meio das impedâncias que contem na rede. Uma harmônica é um integrante de uma onda periódica e tem sua frequência definida por um múltiplo da frequência fundamental que, no caso da rede elétrica, é de 60Hz. No nosso caso, considerando as redes trifásicas, encontramos principalmente as harmônicas ímpares. Como principais fontes de harmônicos pode-se citar os conversores de CC (Corrente Contínua), lâmpadas fluorescente/fosforescentes, chaveamento de cargas resistivas dentre outros.
A partir destes exemplos podemos perceber que nosso circuito, como era esperado, está suscetível aos harmônicas, de forma que um dos transtornos que estas poderão ocasionar será nos capacitores por conta do aumento da corrente RMS do circuito. Essas correntes, que terão alta frequência, tentarão alcançar um caminho menor de impedâncias e será justamente através dos capacitores que elas encontrarão um caminho alternativo. Considerando esta possibilidade, faz-se necessários a utilização de um filtro de harmônicas que consiste, basicamente, em um capacitor para correção de fator de potência combinado em série com um reator (indutor). Este protegerá os capacitores contra harmônicas e contra correntes de surto.
Os harmônicos são resultados de cargas não lineares conectadas a rede, cargas estas cuja forma de onda de sua corrente não segue a mesma forma de onda senoidal da tensão de alimentação (tensão que provem da rede elétrica). Essas cargas são causadoras de correntes harmônicas que, por consequência, geram tensões harmônicas por meio das impedâncias que contem na rede. Uma harmônica é um integrante de uma onda periódica e tem sua frequência definida por um múltiplo da frequência fundamental que, no caso da rede elétrica, é de 60Hz. No nosso caso, considerando as redes trifásicas, encontramos principalmente as harmônicas ímpares. Como principais fontes de harmônicos pode-se citar os conversores de CC (Corrente Contínua), lâmpadas fluorescente/fosforescentes, chaveamento de cargas resistivas dentre outros.
A partir destes exemplos podemos perceber que nosso circuito, como era esperado, está suscetível aos harmônicas, de forma que um dos transtornos que estas poderão ocasionar será nos capacitores por conta do aumento da corrente RMS do circuito. Essas correntes, que terão alta frequência, tentarão alcançar um caminho menor de impedâncias e será justamente através dos capacitores que elas encontrarão um caminho alternativo. Considerando esta possibilidade, faz-se necessários a utilização de um filtro de harmônicas que consiste, basicamente, em um capacitor para correção de fator de potência combinado em série com um reator (indutor). Este protegerá os capacitores contra harmônicas e contra correntes de surto.
Figura 1: Comportamento de harmônicas
Fonte: http://ohmic.com.br/site/produtos-filtros-harmonicos-saiba-mais
No que se refere aos ruídos, Lathi diz que “os sinais, no processo de transmissão, sempre são contaminados por alguns sinais indesejáveis. Na verdade, qualquer tipo de processamento, realizado em um sinal, tende a introduzir alguns distúrbios indesejáveis, que chamaremos de ruído. Assim, o ruído é um sinal indesejável que não esta, de modo algum, relacionados com o sinal desejado.” (1987, p. 249).
O ruído branco é o sinal que possui componentes de todas as frequências do espectro e que possui a mesma quantidade de energia para toda a faixa de frequência. Este é inerente em qualquer rede de energia, porém alternativas podem ser tomadas para amenizar suas perturbações.
Em nosso projeto, o ruído branco poderia vir a acarretar danos na comunicação de dados em nossa CPU de forma que os sinais que transmitem as informações requisitadas possam vir a ser distorcidas ou mascaradas pelos ruídos podendo, dessa forma, acarretar em erros na medição das grandezas.
Para minimizar os danos/perturbações causados por ruídos alguns métodos como uma boa conservação do aterramento elétrico/eletrônico dando preferência a um aterramento da rede elétrica e a blindagem das estruturas por onde passa o cabeamento da rede elétrica são procedimentos que são levados em conta.
O ruído branco é o sinal que possui componentes de todas as frequências do espectro e que possui a mesma quantidade de energia para toda a faixa de frequência. Este é inerente em qualquer rede de energia, porém alternativas podem ser tomadas para amenizar suas perturbações.
Em nosso projeto, o ruído branco poderia vir a acarretar danos na comunicação de dados em nossa CPU de forma que os sinais que transmitem as informações requisitadas possam vir a ser distorcidas ou mascaradas pelos ruídos podendo, dessa forma, acarretar em erros na medição das grandezas.
Para minimizar os danos/perturbações causados por ruídos alguns métodos como uma boa conservação do aterramento elétrico/eletrônico dando preferência a um aterramento da rede elétrica e a blindagem das estruturas por onde passa o cabeamento da rede elétrica são procedimentos que são levados em conta.
Referências:
LATHI, B. P. Sistemas de Comunicação. Guanabara, S.A., 1987.
FILHO, Sidnei Noceti Filho. Fundamentos Sobre Ruídos. Departamento de Engenharia Elétrica da UFSC, Santa Catarina. Disponível em: <http://www.etelj.com.br/etelj/artigos/151280402b0bc1accfaea913d6301caf.pdf>. Acesso em: 06 ago. 2016.
STAROSTA, José. Correntes harmônicas em instalações elétricas. Portal O Setor Elétrico, São Paulo, Set. 2011. Disponível em: <http://www.osetoreletrico.com.br/web/colunistas/jose-starosta/701-correntes-harmonicas-em-instalacoes-eletricas--parte-1-quando-e-como-filtrar-filtros-passivos-ou-filtros-ativos.html>. Acesso em: 07 ago. 2016.
segunda-feira, 1 de agosto de 2016
Funcionamento do circuito
Para entender um pouco mais a cerca de como nosso dispositivo funcionará internamente, falaremos sobre nossa CPU (Arduíno) e, resumidamente, de que forma se dará o processo de acionamento do circuito para que seu objetivo principal - a correção do fator de potência das cargas - seja alcançado de modo preciso.
Utilizado, também, para controlar diferentes dispositivos, o Arduíno é uma plataforma física de desenvolvimento que utiliza microcontroladores da ATEMEL.
Este dispositivo dispõe de portas analógicas e digitais, pinos de alimentação, conector USB e dentre outras entradas as quais são demonstradas na Figura 1, que mostra de forma resumida as divisões do Arduíno MEGA
Em nosso projeto utilizaremos o Arduíno MEGA. Seu conector USB servirá para a comunicação do nosso dispositivo com o computador, já que este terá o código fonte para o processamento do Arduíno em questão. Portas analógicas serão utilizadas para a conexão dos sensores (corrente e tensão) no equipamento, já as digitais serão empregadas para o acoplamento do nosso display LCD, ligação do módulo relé, dentre outras funcionalidades do nosso circuito.
Por meio do código fonte controlaremos as funções do dispositivo de modo que os relés sejam corretamente acionados, a leitura da corrente, tensão e potências de cada carga seja executada de forma fiel ao esperado e o fator de potência seja verdadeiramente corrigido.
Figura 1: Resumo de recursos da Arduino MEGA 2560
Fonte: http://www.embarcados.com.br/arduino-mega-2560/
No vídeo a seguir demonstramos como, até o momento, está integrado o nosso circuito.
Funcionamento do circuito com o sensor de corrente
Figura 2: Circuito com sensor de corrente
Fonte: Própria
Figura 3: Ligação do sensor de corrente
Fonte: Própria
Como visto, é possível perceber que ainda não dispomos do sensor de tensão acoplado ao circuito, situação essa que será contornada até o final desta semana juntamente com a simulação dos sensores com as respectivas cargas bem como a funcionalidade do nosso código fonte quando estiver operando em conjunto com o circuito!
http://www.embarcados.com.br/arduino-mega-2560/
http://www.mundodoshackers.com.br/o-que-e-e-para-que-serve-o-arduino
segunda-feira, 25 de julho de 2016
Frequência de Amostragem
De acordo com o Teorema de Nyquist,
para que um sinal seja restabelecido para sua configuração original de forma
precisa, é fundamental que a frequência de amostragem seja maior que o dobro da frequência máxima contida no sinal analógico.
Conhecendo essa condição e sabendo-se
que a frequência do sinal da nossa rede é de 60 Hz, correlacionamos estes dois fatores para a determinação da frequência de amostragem (Fa) que tem de ser usada em nosso projeto.
Utilizamos então o software Matlab para o cálculo dessa frequência para o sinal de 60 Hz. No programa, a função senoidal (Equação 1) foi inserida e, em seguida, o sinal da rede (f) definido como 60 Hz e o período de amostragem (T) foram sendo modificados a fim de encontrar o mínimo valor para a obtenção ideal do sinal.
Seguindo a condição do Teorema de Nyquist, aplicamos primeiramente uma frequência igual ao dobro da frequência do sinal da rede, ou seja, 120Hz. Porém, o que se percebeu foi uma amostragem de sinal com uma frequência ainda não satisfatória.
A medida que as grandezas foram sendo alteradas, chegou-se a um valor de frequência de amostragem suficiente para a reconstrução do sinal de forma precisa.
O valor encontrado foi de 2,78 kHz, como mostra a Figura 1.
y(t) = sen(2*pi*f*T) Equação 1.
Fa = 1/T Equação 2.
Figura 1: Sinal
de 60 Hz amostrado em 2,78 kHz.
Fonte: Printscreen do Matlab.
Referências Bibliográficas
EISENCRAFT,
M. Processamento Digital de Sinais. Disponível em: <professor.ufabc.edu.br/marcio.eisencraft/pds/EN2610-Aula11.pdf>
. Acesso em : 22 jul 2016.
ADADE,
A. Som no MATLAB. Disponível em: http://www.mec.ita.br/~adade/Matlab/Web/som.htm. Acesso
em: 22 jul 2016.segunda-feira, 18 de julho de 2016
Aquisição de Materiais
Na terça-feira (12/07/2016), alguns componentes da equipe realizaram a compra de alguns materiais que se fazem necessários para a realização do projeto.
Alguns desses materiais foram:
Referências:
SADIKU, Alexander. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 5 ed. São Paulo: AMG Editora Ltda. 2013. pgs. 568 e 569;
Luis Caldas. Amplificadores Operacionais. Disponível em:<http://luiscaldas.com.br/unip/eletronicaIII/exercicios/resolvidos/lista07.pdf>.
Acesso em: 15 jul 2016.
Alguns desses materiais foram:
Figura 1:Sensor de Corrente.
Fonte: Própria.
Figura 2: Botões de acionamento.
Fonte: Própria.
Figura 3: Placa de fenolite para impressão do circuito.
Fonte: Própria.
Na busca por um sensor de tensão que atendesse as nossas expectativas, alguns modelos foram cogitados pela nossa equipe para serem utilizados, porém, antes mesmo de decidirmos qual seria o dispositivo e comprarmos, tomamos conhecimento de que o Técnico em Mecatrônica, Plínio Barbosa da Silva, que atualmente trabalha na Área de Microeletrônica e Eletrônica Embarcada da Faculdade de Tecnologia SENAI Cimatec, podia nos conceder um sensor tensão de sua própria autoria.
Tal sensor utiliza amplificadores operacionais (Ampops) para medir a tensão instantânea que vem da rede elétrica e foi adotado por nossa equipe por atender as especificações do PI que participamos.
Como funciona o sensor:
O circuito abaixo utiliza o primeiro Ampop (o de cima, da esquerda para direita) para subtrair as tensões de fase e neutro para minimizar possíveis ruídos provenientes da rede elétrica, além de atenuar a tensão para aproximadamente 1,6 volt (V), enquanto que o segundo Ampop é utilizado nesse exemplo para dar um offset1 de 2,5 V. Dois filtros passa-baixa2 que permitem a passagem de sinais de frequência inferiores à 60 Hz para um microcontrolador à ser conectado, que em nosso caso será o Arduíno MEGA.
O circuito abaixo utiliza o primeiro Ampop (o de cima, da esquerda para direita) para subtrair as tensões de fase e neutro para minimizar possíveis ruídos provenientes da rede elétrica, além de atenuar a tensão para aproximadamente 1,6 volt (V), enquanto que o segundo Ampop é utilizado nesse exemplo para dar um offset1 de 2,5 V. Dois filtros passa-baixa2 que permitem a passagem de sinais de frequência inferiores à 60 Hz para um microcontrolador à ser conectado, que em nosso caso será o Arduíno MEGA.
Figura 4: Esquemático do CI do sensor de tensão.
Figura 5: Sensor de tensão.
Fonte: Própria.
Figura 6: Sensor de tensão.
Fonte: Própria.
Sendo assim, já obtemos boa parte dos componentes eletrônicos de nosso dispositivo levando em conta que já possuímos a nossa CPU, que será o Arduino MEGA, o display, jumpers (cabos conectores para o circuito no protoboard), resistores, LED's e a tomada.
Figura 7: Pequena parte do circuito montado
Fonte: Própria
Figura 8: Materiais
Fonte: Própria
1Offset: O offset é definido como uma tensão residual que aparece na saída do Ampop quando as entradas inversora e não inversora são iguais a zero. Muitos Ampops possuem entradas para compensações onde um potenciômetro é utilizado e outros circuitos com Ampops onde existe uma compensação automática do offset através de um circuito de realimentação.
2Filtro passa-baixa: Filtro é um circuito projetado para deixar passar sinais com frequências desejadas e rejeitar ou atenuar outros. O filtro passa-baixa deixa passar frequências baixas e rejeita frequências altas.
Referências:
SADIKU, Alexander. Fundamentos de Circuitos Elétricos. 5 ed. São Paulo: AMG Editora Ltda. 2013. pgs. 568 e 569;
Luis Caldas. Amplificadores Operacionais. Disponível em:<http://luiscaldas.com.br/unip/eletronicaIII/exercicios/resolvidos/lista07.pdf>.
Acesso em: 15 jul 2016.
domingo, 10 de julho de 2016
Disjuntor DR e Termomagnético
Dois dos materiais que se fazem obrigatórios em nosso projeto são dois tipos de disjuntores: o DR (Diferencial Residual) e o Termomagnético.
O disjuntor DR tem como principal função indicar onde há uma fuga
de corrente e, quando houver, desarmar o circuito. Considerado um dispositivo
de proteção por conta de preservar pessoas e animais contra impactos
decorrentes de um choque elétrico, o disjuntor DR funciona de forma que quando
a parcela de corrente elétrica que entra nele for igual a parcela de corrente
que sai, ele permanecerá armado, ou seja, no mesmo estado que estava. Caso
contrário, quando a corrente que sai é menor do que a que entra, o dispositivo
entenderá que está acontecendo uma fuga de corrente elétrica e, comparando as
gradezas, caso o valor seja maior do que o DR consegue dimensionar, o circuito
irá desarmar e interromper a passagem de corrente em todo o circuito.
Na Norma NBR 5410 existe um item que fala justamente
sobre esse tipo de disjuntor e os casos onde este é obrigatório:
1. Em circuitos que sirvam a pontos de utilização
situados em locais que contenham chuveiro ou banheira.
2. Em circuitos que alimentam tomadas situadas em áreas externas à
edificação.
3. Em circuitos que
alimentam tomadas situadas em áreas internas que possam vir a alimentar
equipamentos na área externa. (aplicável a
nosso projeto)
4. Em circuitos que sirvam a pontos de utilização situados em
cozinhas, copas, lavanderias, áreas de serviço, garagens e demais dependências
internas normalmente molhadas ou sujeitas a lavagens.
Já o disjuntor termomagnético interromperá o fluxo de energia
sempre que reconhecer picos de corrente que ultrapassem o seu valor limite de
funcionamento. Sendo assim, ele é responsável por monitorar e controlar a
corrente elétrica do circuito e interromperá seu funcionamento, casos esses
picos ocorram, para que impactos negativos não decorram à instalação elétrica
que está sendo protegida.
Em nosso projeto ligaremos quatro equipamentos individualmente e,
posteriormente, todos eles juntos em uma régua de tomadas. Comumente, quando
liga-se muitos aparelhos em uma mesma tomada, a intensidade da corrente
elétrica que passa pelo circuito é aumentada e, quando esta intensidade excede
a capacidade que foi calculada para o projeto, há uma sobrecarga elétrica, o
que pode acarretar em curto-circuitos e queima dos aparelhos conectados. E será
justamente contra esse tipo de pertubações que o disjuntor termomagnético
protegerá nosso protótipo contra eventuais sobrecargas.
Dos materiais que já possuímos, os disjuntores fazem parte do
conjunto.
Figura 1: Disjuntor DR
Fonte: Própria
Figura 2: Disjuntor Termomagnético
Fonte: Própria
Figura 3: Especificações do disjuntor termomagnético
Fonte: Própria
Referências:
FazFacil - Disjuntor DR. Disponível em: <http://www.fazfacil.com.br/reforma-construcao/dispositivo-dr/>
FazFacil - Disjuntor DR. Disponível em: <http://www.fazfacil.com.br/reforma-construcao/dispositivo-dr/>
Acesso em 08 jul 2016;
Tecnogera - Como funciona um disjuntor termomagnético. Disponível em: <http://www.tecnogerageradores.com.br/blog/como-funciona-um-disjuntor-termomagnetico/>
Tecnogera - Como funciona um disjuntor termomagnético. Disponível em: <http://www.tecnogerageradores.com.br/blog/como-funciona-um-disjuntor-termomagnetico/>
Acesso em: 08 jul 2016;
Saber Elétrica - Funcionamento Aplicação e Função do Disjuntor DR. Disponível em: <http://www.sabereletrica.com.br/funcionamento-do-disjuntor-dr>
Acesso em: 09 jul 2016.
Saber Elétrica - Funcionamento Aplicação e Função do Disjuntor DR. Disponível em: <http://www.sabereletrica.com.br/funcionamento-do-disjuntor-dr>
Acesso em: 09 jul 2016.
segunda-feira, 4 de julho de 2016
Dimensionamento das cargas
No dia 28/06 realizamos uma prática com a orientação do Professor Frederico Cesário para a verificação da tensão, corrente, potência ativa (P), potência reativa (Q), potência aparente (S) e o valor do fator de potência (FP) das quatro cargas que serão utilizadas mais a junção de todas as cargas conectadas.
O principal objetivo da prática em si era, através dessas medições, encontrarmos a capacitância necessária para correção do FP e, dessa forma, dimensionarmos o banco de capacitores que será utilizado e acionado pelo módulo relé.
Figura 1: Painel de simulação.
Fonte: Própria.
Figura 2: Medição da lâmpada incandescente.
Fonte: Própria.
Para dimensionar a carga capacitiva máxima para a redução do fator de potência, foi necessário calcular as potências reativas não corrigidas, ou seja, as potências reativas (Q1) considerando o fator de potência inicial (FP1). Depois, repetiu-se a operação, considerando o fator de potência de 0,95 (FP2), a fim de determinar a potência reativa corrigida (Q2). Ao subtrair as potências Q1 e Q2, temos a potência que deverá ser consumida pelo banco de capacitores. Como a relação entre a potência consumida e a capacitância pode ser facilmente obtida, foi possível determinar a grandeza.
Figura 2: Dimensionamento da capacitância para todas as cargas conectadas simultaneamente.
Fonte: Pint screen do Mathcad Prime 3.1 no sistema operacional Windows 10
Os valores de capacitâncias encontrados foram os seguintes:
CARGA
|
|
Motor de Indução
|
21.85
|
Lâmpada Incandescente
|
0
|
Lâmpada Fluorescente
|
2.85
|
Fonte de Notebook
|
10.765
|
Todas as cargas conectadas
|
26.275
|
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