Informe n°7
Acondicionamiento de señales de potencia
Juan Manuel Trejos Lopez, Jhoan Felipe Hernández Múnera, Hernán Darío Pantoja Benavides
Grupo n°1
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Laboratorio de Medidas e Instrumentación – Programa de Ingeniería Eléctrica
Universidad Tecnológica de Pereira – mayo 11 del 2020
Resumen – en el siguiente trabajo se utiliza el acondicionamiento
de señales mediante amplificadores operacionales con el fin de
adaptarlas a valores requeridos por una determinada DAQ,
además, se analiza el comportamiento de las tensiones de cada
elemento de un circuito RC haciendo uso de Multisim y labVIEW.
I. INTRODUCCIÓN
Para el des empeño adecuado de casi cualquier tipo de sistema
eléctrico, es necesario tomar decisiones basadas en estas,
instantáneas o probablemente historiales, las cuales hacen la
medición y cuantificación de variables indispensables para la
actual industria, dada la importancia de las mediciones, en
algunos casos es necesaria la implementación de sistemas de
medición particulares, los cuales instan del conocimiento
sobre las técnicas tradicionales de implementación y todo lo
que estas conllevan, aquí se dará un enfoque al tipo de
conexiones y aislamientos usualmente usados, y se presentará
un ejemplo.
c. Si se utilizara un multímetro del laboratorio para realizar
la medida, ¿qué categoría de aislamiento debe tener el
instrumento? Justifique su respuesta.
Para esta medición, es necesario un aislamiento de la tierra
del sistema con la tierra del sistema de adquisición, ya que
algunas de las mediciones no están referenciadas a la tierra
del sistema, por lo tanto es necesario que el multímetro tenga
una conexión diferencial para la adquisición de los datos, y
por lo tanto es necesario la categoría de aislamiento clase II.
[2]
III. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Con base a la implementación y acondicionamiento del
circuito RC mostrado a continuación:
II. CONTENIDO
a. ¿Qué frecuencia de muestreo se debe utilizar en este
sistema de instrumentación? Justifique su respuesta.
Asumiendo que se está acondicionando la señal para un
sistema de potencia, y que la frecuencia con la que se trabaja
es de 60 Hz. Se usa el teorema de Nyquist para calcular la
frecuencia mínima. La frecuencia de muestreo se divide entre
el número de elementos cuyas medidas se desea muestrear;
por lo tanto, se debe buscar una frecuencia mayor de 1k. [1]
y [2]
Figura 1. Circuito RC empleado.
b. ¿Qué categoría de aislamiento debe tener este sistema de
instrumentación? Justifique su respuesta.
Para este sistema de instrumentación se usa un aislamiento de
categoría (clase 1). Un aislamiento para equipos electrónicos
que se conectan a la red e instalaciones eléctricas protegidas,
con una corriente que puede pasar a través de un interruptor
diferencial, que cortará el suministro de electricidad en el
aparato. [2]
En donde, dicho acondicionamiento de las señales de tensión
deseadas, se logra a través de amplificadores operacionales
como se aprecia en la figura 2, se da inicio a la práctica:
tensión requerido por la DAQ (<= 10 V), teniendo en cuenta
un factor de holgura asignado.
Luego del acondicionamiento adecuado de las señales, se
desea entonces, verificar tal acondicionamiento haciendo uso
de labVIEW y Multisim.
Para Multisim, se implementó la señal de tensión en la fuente
y la señal de tensión en el capacitor. Los resultados se
muestran a continuación:
Figura 2. Circuito RC con acondicionamiento de señales.
Los valores implementados de fuente de tensión, resistencia
y capacitancia son los siguientes:
Vac = 120 V
R = 330 Ω
Figura 4. Tensión de la fuente y del capacitor en Multisim.
C = 10 µF
La señal de color azul pertenece a la fuente de tensión, y la
señal de color rojo pertenece a la tensión en el capacitor. El
desfase de estas señales medido en el osciloscopio de
Multisim se puede observar en la siguiente figura:
Las señales de tensión de la fuente, la resistencia y la
capacitancia previamente acondicionadas se muestran a
continuación:
Figura 3. Señales acondicionadas.
La señal de color azul pertenece a la tensión en la resistencia,
la de color rojo pertenece a la tensión proveniente de la
fuente, y la de color amarillo pertenece a la tensión en el
capacitor.
Se observa que todas las señales tienen el mismo valor de
amplitud, esto se debe a que cada señal pasa por un
acondicionamiento distinto con el fin de llegar al valor de
Figura 5. Desfase de las señales de tensión en la fuente y
capacitor.
Se puede observar que el desfase entre las señales es de 3.377
ms y el periodo correspondiente a un ciclo completo es de
16.680 ms, entonces, realizando el cálculo adecuado para
expresar los anteriores datos a grados se tiene que:
Vac (0°)
Vc ≈ (- 51.32°)
El desfase del voltaje en el capacitor es negativo debido a que
la señal está a delante de la señal de referencia (Vac).
En labVIEW se implementó el mismo circuito de la figura 2,
con sus respecticos conectores jerárquicos.
A pesar de que el sistema al cual se le toman las medidas
esta referenciado a tierra, es posible obtener mediciones de
este que no estén referenciadas, es decir que la existencia de
una referencia dentro del sistema no garantiza mediciones
referenciadas.
V. REFERENCIAS
[1] Apuntes de electromedicina, Aislamiento Eléctrico.
Disponible en linea en:
https://www.pardell.es/aislamiento-electrico.html
Fecha de consulta: Jue 07 May 2020
[2] Sistema de adquisición y procesamiento de datos.
Repositorio Institucional de la universidad de Alicante.
Fecha de consulta: Jue 07 May 2020
Disponible en línea en:
https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/19119/1/Sistemas%
20de%20adquisición%20y%20Procesamiento%20de%20dat
os.pdf
Figura 6. Diagrama de bloques implementado en labVIEW.
Las señales acondicionadas de salida del diseño en Multisim
se multiplican por la caída de tensión generada debido al
acondicionamiento anteriormente efectuado. Los resultados
obtenidos se observan a continuación:
Figura 7. Señales obtenidas en labVIEW.
En donde la señal de color rojo pertenece a la tensión en la
fuente, la señal de color azul pertenece a la tensión en la
resistencia, y la señal de color verde pertenece a la tensión en
el capacitor. Al comparar las anteriores señales con las
obtenidas en la figura 4, se puede observar el mismo desfase
entre la señal de referencia y la señal de tensión en el
capacitor, comprobando así la veracidad del programa
realizado.
IV. CONCLUSIONES
El correcto acondicionamiento es indispensable para el
proceso de adquisición de datos y en este caso en un sistema
de instrumentación se vería comprometida la veracidad de las
mediciones obtenidas.
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