Medicao de Energia Eletrica Utilizando Microcontrolador

Medição da Energia Elétrica em Ponto de Consumo

Projeto Integrador do TADS - 2018

Alunos

Kaio Rocha Aguiar, Luis Felipe Miglioli De Oliveira, William Schwaab

Orientador

Evandro Cantú

Colaborador

Charles Buzanello

Objetivo

O objetivo deste projeto é construir um dispositivo para a medição da energia elétrica de um ponto de consumo utilizando um microcontrolador e transmitindo dados via rede sem fio a um Web Server. O sistema deve realizar a medição periódica de dados de tensão e corrente elétrica instantâneos fornecido pelo ponto de consumo. A partir dos dados medidos calcula-se a potência instantânea de geração, 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.

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 o sensor de 30 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 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):

int valorSensor = analogRead(A0);
int corrente = map(valorSensor, 0, 1023, -30, 30);
// mostrar valor da corrente lido pelo sensor

Corrente Alternada

A leitura do corrente pelo sensor ACS712 é instantânea. Portanto, para medição de corrente alternada é necessário fazer amostragens em todo o ciclo da corrente alternada, que é de 60 Hz no Brasil, e depois calcular a corrente eficaz.

Corrente eficaz

É a corrente que equivaleria a corrente contínua sobre uma carga. A corrente eficaz é dada pela expressão:

$I_{eficaz}=I_{pico}/{\sqrt {2}}$

Portanto, deve-se implementar um algoritmo que faça amostragens do valor da da corrente alternada e determine a corrente de pico, a partir do qual pode-se então determinar a corrente eficaz.

Frequência e período

A corrente alternada na rede de distribuição de energia elétrica no Brasil utiliza uma frequência de 60 Hz.

A relação entre frequência (f) e o período (T) em segundos é:

$f={\frac {1}{T}}$

Logo, o período de um ciclo completo da corrente alternada é de 16,67 ms.

Algumas referências

• Implementa um algoritmo que realiza 300 medições da corrente instantânea, espaçadas a cada 0,6 ms, encontra o valor de pico da corrente e calcula a corrente eficaz.
• Utiliza a biblioteca Emolib (Arduino Energy Monitoring Library) , que possui funções prontas para realizar a amostragem da corrente alternada e fornecer o valor eficaz. Este autor realiza amostras em 20 ciclos completos da corrente.

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