Medicao de Energia Eletrica Utilizando Microcontrolador: mudanças entre as edições
De Wiki Cursos IFPR Foz
Ir para navegaçãoIr para pesquisar
| (95 revisões intermediárias por 2 usuários não estão sendo mostradas) | |||
| Linha 1: | Linha 1: | ||
=Medição da Energia Elétrica | =Medição da Energia Elétrica Utilizando Microcontrolador= | ||
=== | ==Objetivo== | ||
O objetivo deste projeto é construir dispositivos para a medição de '''energia elétrica''' um microcontrolador e transmitindo dados via rede sem fio a um Banco de Dados e Servidor Web. O sistema deve realizar a medição periódica dos dados de '''tensão e corrente elétrica''' instantâneos em um ponto de medição. A partir dos dados medidos calcula-se a '''potência instantânea''' que está sendo consumida, a qual deve ser armazenada em um '''banco de dados''' com a marca de tempo de cada medição. Para a obtenção da '''energia''' produzida em um período de tempo, um algoritmo deve fazer a integração das potências instantâneas geradas ao longo do período considerado e calcula a energia em quilowatts-hora. | |||
; | ;Projetos anteriores: Projeto Integrador do TADS (2018) <ref>[[Mídia:EcoCharge.pdf|AGUIAR, K. R., OLIVEIRA, L. F. M. E SCHWAAB, W. EcoCharge, Projeto Integrador TADS, IFPR, Foz do Iguaçu, julho, 2018.]]</ref> | ||
== | ==Fundamentos sobre Energia Elétrica== | ||
;[[Tensao, Corrente e Potencia CA]]: Material baseado na referência [https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/ac-power-theory/introduction '''Open Energy Monitor'''] com fundamentos sobre '''potência AC''' e '''medição da energia elétrica''' com Arduíno. | |||
==Sensor de Corrente ACS712== | ==Sensor de Corrente ACS712== | ||
O '''sensor de corrente''' ACS712 é um sensor de '''efeito hall''', capaz de medir correntes instantâneas de -30 A a 30 A (há modelos que medem de -20 A a 20 A e -5 A a 5 A). | O '''sensor de corrente''' ACS712 é um sensor de '''efeito hall''', capaz de medir '''correntes instantâneas''' de -30 A a 30 A (há modelos que medem de -20 A a 20 A e -5 A a 5 A). | ||
A saída do sensor é ligada em uma '''entrada analógica''' do Arduíno devolvendo valores de 0 V a 5 V, para correntes entre -30 A a 30 A respectivamente, com passos de 66 mV/A. Para os sensores de 20 A e 5 A os passos são 100 mV/A e 185 mV/A, respectivamente. | A saída do sensor é ligada em uma '''entrada analógica''' do Arduíno devolvendo valores de 0 V a 5 V, para correntes entre -30 A a 30 A, respectivamente, com passos de 66 mV/A. Para os sensores de 20 A e 5 A os passos são 100 mV/A e 185 mV/A, respectivamente. | ||
Para uma corrente de 0 A a tensão na entrada analógica é 2,5 V, chamada de tensão de ''offset''. | Para uma corrente de 0 A a tensão na entrada analógica é 2,5 V, chamada de tensão de ''offset''. | ||
;Leitura da '''corrente''' pelo '''sensor analógico''': A função '''map''' permite mapear diretamente o valor digital (0 a 1023) lido pelo sensor analógico (A0) diretamente em valores de corrente (-30 A a 30 A): | ;Leitura da '''corrente contínua''' pelo '''sensor analógico''': A função '''map''' permite mapear diretamente o valor digital (0 a 1023) lido pelo sensor analógico (A0) diretamente em valores de corrente contínua (-30 A a 30 A): | ||
int valorSensor = analogRead(A0); | int valorSensor = analogRead(A0); | ||
int corrente = map(valorSensor, 0, 1023, -30, 30); | int corrente = map(valorSensor, 0, 1023, -30, 30); | ||
// mostrar valor da corrente lido pelo sensor | // mostrar valor da corrente lido pelo sensor | ||
== | ==Projetos sobre Medição de Corrente e Potência CA== | ||
A leitura | |||
A leitura da '''corrente''' pelo '''sensor ACS712''' é '''instantânea'''. Portanto, para medição de '''corrente alternada''' é necessário fazer amostragens em todo o '''ciclo da senoide''' da corrente alternada e depois calcular a '''corrente eficaz''' ou '''corrente RMS'''. | |||
===Corrente eficaz e corrente de pico=== | |||
A '''corrente eficaz''' é a corrente que equivaleria a uma '''corrente contínua''' sobre uma carga. Esta corrente pode ser calculada de maneira simplificada para uma '''onda senoidal''' pela expressão: | |||
<math>I_{eficaz} = I_{pico} / \sqrt{2} </math> | <math>I_{eficaz} = I_{pico} / \sqrt{2} </math> | ||
Portanto, para calcular o '''valor eficaz''' de uma '''corrente alternada''' pode-se implementar um algoritmo que faça '''amostragens''' do valor da corrente alternada e determine a '''corrente de pico''', a partir do qual pode-se então determinar a '''corrente eficaz'''. | |||
;Exemplo de projeto: Usa '''valor de pico''' para calcular o '''valor eficaz''' de uma '''corrente alternada''': | |||
*https://portal.vidadesilicio.com.br/acs712-medindo-corrente-eletrica-alternada-continua/ | |||
:Implementa um algoritmo que realiza 300 medições da '''corrente instantânea''', espaçadas uma das outras por 0,6 ms, encontra o '''valor de pico''' da corrente e calcula a '''corrente eficaz'''. | |||
===Corrente RMS=== | |||
<math> | |||
O '''valor eficaz''' de uma '''corrente alternada''' também é chamado de '''RMS''' ('''''root mean square'''''). | |||
O valor '''RMS''' é uma medida estatística calculada a partir da '''raiz do valor quadrático médio''' da forma de onda, dada pela expressão: | |||
<math> | |||
x_{\mathrm{rms}} = | x_{\mathrm{rms}} = | ||
\sqrt {{1 \over N} \sum_{i=1}^{N} x_i^2} = | \sqrt {{1 \over N} \sum_{i=1}^{N} x_i^2} = | ||
\sqrt {{x_1^2 + x_2^2 + \cdots + x_N^2} \over N} | \sqrt {{x_1^2 + x_2^2 + \cdots + x_N^2} \over N} | ||
</math | </math> | ||
; | ;Exemplo de projetos: Usam a '''raiz do valor quadrático médio''' para calcular a '''corrente RMS''': | ||
:A | *https://github.com/openenergymonitor/EmonLib | ||
:A '''biblioteca EmonLib''' possui funções prontas para realizar a amostragem da corrente alternada e fornecer o valor eficaz. | |||
: | *https://learn.openenergymonitor.org/electricity-monitoring/ac-power-theory/arduino-maths | ||
:Ilustra as funções e cálculos realizados pela '''biblioteca Emonlib''' para Arduíno. | |||
:O calculo realiza 50 a 100 amostragens a cada 20 ms. 100 para amostragem somente de corrente e 50 para amostragens de tensão e corrente. O número de amostragens é limitado pela leitura analógica do Arduíno e pelo tempo de cálculo. | |||
*https://pastebin.com/NupAhKUc | |||
:Mostra o código usando calculo da raiz do valor médio quadrático. | |||
*https://www.filipeflop.com/blog/medidor-de-corrente-ac-acs712-emonlib/ | |||
:Utiliza a biblioteca '''Emonlib'''. | |||
=== | ==Potência e Energia Elétrica== | ||
A '''potência elétrica''' indica a quantidade de energia utilizada em um dado tempo em um circuito. É medida em '''Watts (W)''' e é dada pelo produto entre a tensão e a corrente elétrica. | |||
# | P = V . I | ||
# | |||
# | A '''energia elétrica''' é a potência elétrica demandada por uma carga durante uma unidade de tempo. | ||
No sistema internacional a unidade de energia é o '''Joule''' (J). | |||
1 J = 1 W . s | |||
Entretanto, as concessionárias de energia normalmente medem a energia elétrica consumida em '''kWh'''. No caso, o consumo de 1 kWh significa que a carga com potência de 1 kW (1000 W) ligada durante 1 hora (3600 s). | |||
1 kWh = 1 J / 3600000 | |||
===Medição da energia elétrica=== | |||
Para medir a '''energia elétrica''' consumida por um ponto de consumo, pode-se realizar a medição periódica de dados de '''tensão''' (Volts) e '''corrente''' (Amperes) '''instantâneos''', possibilitando calcular a '''potência instantânea''' (Watts): | |||
P = V . I | |||
A '''potência instantânea''' então pode ser armazenada em um banco de dados com a marca de tempo de cada medição. | |||
Para a obtenção da '''energia elétrica''' consumida em um período de tempo, um algoritmo deve a '''integração''' das potências instantâneas geradas ao longo do período considerado e calcular a energia produzida: | |||
[[Arquivo:PotenciaGeracao.png]] | |||
;Algoritmo de medição para Arduíno: | |||
#Medir a '''corrente RMS''' (A) a cada '''segundo''' (s); | |||
#Calcular a '''potencia aparente''' (W) a cada '''segundo'''; | |||
#:P<sub>Aparente</sub> = I<sub>RMS</sub> * V<sub>RMS</sub> | |||
#Realizar o '''somatório das potências''' ao longo do tempo, que resulta na '''energia''' (J); | |||
#:E = ∑ P<sub>Aparente</sub> | |||
#Calcular a '''energia''' (kWh); | |||
#:E<sub>kWh</sub> = E<sub>J</sub> / 3600000 | |||
==Referências== | ==Referências== | ||
<references /> | <references /> | ||
---- | |||
[[Usuário:Evandro.cantu|Evandro.cantu]] ([[Usuário Discussão:Evandro.cantu|discussão]]) 14h58min de 8 de agosto de 2022 (-03) | |||
---- | ---- | ||
[[Categoria: | [[Categoria:IoT]] [[Categoria:Energia Eletrica]] | ||
Edição atual tal como às 01h49min de 23 de agosto de 2023
Medição da Energia Elétrica Utilizando Microcontrolador
Objetivo
O objetivo deste projeto é construir dispositivos para a medição de energia elétrica um microcontrolador e transmitindo dados via rede sem fio a um Banco de Dados e Servidor Web. O sistema deve realizar a medição periódica dos dados de tensão e corrente elétrica instantâneos em um ponto de medição. A partir dos dados medidos calcula-se a potência instantânea que está sendo consumida, a qual deve ser armazenada em um banco de dados com a marca de tempo de cada medição. Para a obtenção da energia produzida em um período de tempo, um algoritmo deve fazer a integração das potências instantâneas geradas ao longo do período considerado e calcula a energia em quilowatts-hora.
- Projetos anteriores
- Projeto Integrador do TADS (2018) [1]
Fundamentos sobre Energia Elétrica
- Tensao, Corrente e Potencia CA
- Material baseado na referência Open Energy Monitor com fundamentos sobre potência AC e medição da energia elétrica com Arduíno.
Sensor de Corrente ACS712
O sensor de corrente ACS712 é um sensor de efeito hall, capaz de medir correntes instantâneas de -30 A a 30 A (há modelos que medem de -20 A a 20 A e -5 A a 5 A).
A saída do sensor é ligada em uma entrada analógica do Arduíno devolvendo valores de 0 V a 5 V, para correntes entre -30 A a 30 A, respectivamente, com passos de 66 mV/A. Para os sensores de 20 A e 5 A os passos são 100 mV/A e 185 mV/A, respectivamente. Para uma corrente de 0 A a tensão na entrada analógica é 2,5 V, chamada de tensão de offset.
- Leitura da corrente contínua pelo sensor analógico
- A função map permite mapear diretamente o valor digital (0 a 1023) lido pelo sensor analógico (A0) diretamente em valores de corrente contínua (-30 A a 30 A):
int valorSensor = analogRead(A0); int corrente = map(valorSensor, 0, 1023, -30, 30); // mostrar valor da corrente lido pelo sensor
Projetos sobre Medição de Corrente e Potência CA
A leitura da corrente pelo sensor ACS712 é instantânea. Portanto, para medição de corrente alternada é necessário fazer amostragens em todo o ciclo da senoide da corrente alternada e depois calcular a corrente eficaz ou corrente RMS.
Corrente eficaz e corrente de pico
A corrente eficaz é a corrente que equivaleria a uma corrente contínua sobre uma carga. Esta corrente pode ser calculada de maneira simplificada para uma onda senoidal pela expressão:
Portanto, para calcular o valor eficaz de uma corrente alternada pode-se implementar um algoritmo que faça amostragens do valor da corrente alternada e determine a corrente de pico, a partir do qual pode-se então determinar a corrente eficaz.
- Exemplo de projeto
- Usa valor de pico para calcular o valor eficaz de uma corrente alternada:
- Implementa um algoritmo que realiza 300 medições da corrente instantânea, espaçadas uma das outras por 0,6 ms, encontra o valor de pico da corrente e calcula a corrente eficaz.
Corrente RMS
O valor eficaz de uma corrente alternada também é chamado de RMS (root mean square).
O valor RMS é uma medida estatística calculada a partir da raiz do valor quadrático médio da forma de onda, dada pela expressão:
- Exemplo de projetos
- Usam a raiz do valor quadrático médio para calcular a corrente RMS:
- A biblioteca EmonLib possui funções prontas para realizar a amostragem da corrente alternada e fornecer o valor eficaz.
- Ilustra as funções e cálculos realizados pela biblioteca Emonlib para Arduíno.
- O calculo realiza 50 a 100 amostragens a cada 20 ms. 100 para amostragem somente de corrente e 50 para amostragens de tensão e corrente. O número de amostragens é limitado pela leitura analógica do Arduíno e pelo tempo de cálculo.
- Mostra o código usando calculo da raiz do valor médio quadrático.
- Utiliza a biblioteca Emonlib.
Potência e Energia Elétrica
A potência elétrica indica a quantidade de energia utilizada em um dado tempo em um circuito. É medida em Watts (W) e é dada pelo produto entre a tensão e a corrente elétrica.
P = V . I
A energia elétrica é a potência elétrica demandada por uma carga durante uma unidade de tempo.
No sistema internacional a unidade de energia é o Joule (J).
1 J = 1 W . s
Entretanto, as concessionárias de energia normalmente medem a energia elétrica consumida em kWh. No caso, o consumo de 1 kWh significa que a carga com potência de 1 kW (1000 W) ligada durante 1 hora (3600 s).
1 kWh = 1 J / 3600000
Medição da energia elétrica
Para medir a energia elétrica consumida por um ponto de consumo, pode-se realizar a medição periódica de dados de tensão (Volts) e corrente (Amperes) instantâneos, possibilitando calcular a potência instantânea (Watts):
P = V . I
A potência instantânea então pode ser armazenada em um banco de dados com a marca de tempo de cada medição.
Para a obtenção da energia elétrica consumida em um período de tempo, um algoritmo deve a integração das potências instantâneas geradas ao longo do período considerado e calcular a energia produzida:
- Algoritmo de medição para Arduíno
- Medir a corrente RMS (A) a cada segundo (s);
- Calcular a potencia aparente (W) a cada segundo;
- PAparente = IRMS * VRMS
- Realizar o somatório das potências ao longo do tempo, que resulta na energia (J);
- E = ∑ PAparente
- Calcular a energia (kWh);
- EkWh = EJ / 3600000
Referências
Evandro.cantu (discussão) 14h58min de 8 de agosto de 2022 (-03)
