Informe n°7 Acondicionamiento de señales de potencia Juan Manuel Trejos Lopez, Jhoan Felipe Hernández Múnera, Hernán Darío Pantoja Benavides Grupo n°1 [email protected], [email protected], [email protected], 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.
