Medicao de Energia Eletrica Utilizando Microcontrolador: mudanças entre as edições

De Wiki Cursos IFPR Foz
Ir para navegaçãoIr para pesquisar
Sem resumo de edição
Linha 12: Linha 12:
===Bolsa de Iniciação Científica IFPR/CNPq 2018-2019===
===Bolsa de Iniciação Científica IFPR/CNPq 2018-2019===


;Bolsista: João Victor Oliveira
;Bolsista:
;Voluntários: Fernando Apolinário <br/> Rafhael Pereira Zrenner
:João Victor Oliveira (até mar 2019)
:Matheus Eduardo Viana (após abr 2019)
;Orientador: Evandro Cantú
;Orientador: Evandro Cantú



Edição das 19h10min de 2 de maio de 2019

Medição da Energia Elétrica em Ponto de Consumo

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 Servidor Web. O sistema deve realizar a medição periódica dos dados de tensão e corrente elétrica instantâneos fornecido pelo ponto de consumo. A partir dos dados medidos calcula-se a potência instantânea 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.

Projeto Integrador do TADS - 2018-1

Alunos
Kaio Rocha Aguiar
Luis Felipe Miglioli De Oliveira
William Schwaab

Neste projeto foi implementada uma solução completa para a medida da energia consumida por um ponto de consumo [1]

Bolsa de Iniciação Científica IFPR/CNPq 2018-2019

Bolsista
João Victor Oliveira (até mar 2019)
Matheus Eduardo Viana (após abr 2019)
Orientador
Evandro Cantú

O objetivo deste trabalho é continuar o desenvolvimento do projeto, migrando a implementação do sensor para o microcontrolador ESP8266 e construindo uma nova aplicação para medida da energia gerada por um aerogerador [2].

Fundamentos sobre Tensão, Corrente e Potência CA

Tensão, Corrente e Potência 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
  1. Medir a corrente RMS (A) a cada segundo (s);
  2. Calcular a potencia aparente (W) a cada segundo;
    PAparente = IRMS * VRMS
  3. Realizar o somatório das potências ao longo do tempo, que resulta na energia (J);
    E = ∑ PAparente
  4. Calcular a energia (kWh);
    EkWh = EJ / 3600000

ESP8266

ESP8266
Página Wiki

Referências


--Evandro.cantu (discussão) 09h35min de 26 de março de 2018 (BRT)