UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SICEL 2011 MEDIDAS DE POTENCIA EN REGÍMENES NO SINUSOIDALES HERNÁN TACCA UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

TEMARIO DEFINICIÓN DE POTENCIA ACTIVA MEDIDA DE LA FRECUENCIA DEFINICIONES DE POTENCIAS NO ACTIVAS INSTRUMENTOS DE MEDIDA CONEXIONES Y MÉTODOS DE MEDIDA CONSIDERACIONES A TOMAR EN CUENTA CON ONDAS NO SINUSOIDALES

EMPLEO DE CIRCUITOS DE ENGANCHE DE FASE (PLL) vO filtro pasabajos detector de fase vi + F(S) A V.C.O. fOSC fi _ | G | G = vO /fi A B fmod = 1 /Tmod fC_mod 1) Si la frecuencia de variación de la frecuencia de entrada (fmod) está en la zona “A” del diagrama de Bode, el PLL seguirá a las variaciones de la frecuencia de entrada (fi) y se podrá calcular la potencia ciclo a ciclo. 2) Si la frecuencia del “jitter” (fmod) cae lejos en la zona “B”, el VCO entregará la frecuencia promedio de la señal de entrada y esto será útil para efectuar mediciones en múltiples períodos.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE CADA MÉTODO a) MEDICIÓN DE MÚLTIPLES PERÍODOS El método es simple y no requiere procesadores complejos. La detección de cruces por cero es difícil cuando hay componentes armónicas de baja frecuencia y de gran amplitud, ráfagas aleatorias de microcortes o transitorios muy frecuentes por conexiones de cargas capacitivas. b) EMPLEO DE CIRCUITOS PLL El método es simple y robusto respecto del ruido. Tiene un margen de enganche de frecuencias limitado. No es útil para medir potencias de salida en variadores de velocidad (complica mucho el diseño del PLL). c) MEDICIONES BASADAS EN ALGORITMOS QUE EMPLEAN FFT El método es robusto respecto de armónicos y transitorios aperiódicos. Puede engancharse en sub-armónicos, o peor aún, en inter-armónicos. El hardware es costoso lo que excluye su aplicación en instrumentos de bajo costo. NOTA: Algunos vatímetros electrónicos permiten elegir el método y la señal de sincronismo.

VATÍMETRO ELECTRODINÁMICO

VATÍMETROS ELECTRÓNICOS

TIPOS DE VATÍMETROS ELECTRÓNICOS

MEDICIÓN DE POTENCIA ACTIVA CON DISTORSIÓN CASO MONOFÁSICO LA DEFINICIÓN DE POTENCIA ACTIVA ES: EL DESARROLLO EN SERIE DE FOURIER DE LA CORRIENTE ES: CON LO CUAL LA POTENCIA MEDIDA RESULTA:

MEDICIÓN CON TRES SISTEMAS

MEDICIÓN CON DOS SISTEMAS Y MEDIO

MÉTODO DE AARON CON ONDAS NO SENOIDALES

EXPRESIÓN DE LA POTENCIA DEFORMANTE PARA EL CASO MONOFÁSICO GENERAL CON TENSIÓN Y CORRIENTE NO SENOIDAL

EXPRESIÓN DE LA POTENCIA DEFORMANTE PARA EL CASO MONOFÁSICO GENERAL CON TENSIÓN Y CORRIENTE NO SENOIDAL

DEFINICIONES DE POTENCIA APARENTE EN EL CASO TRIFÁSICO GENERAL

MEDICIÓN DE POTENCIAS REACTIVAS MÉTODO DE BOUCHEROT VR T S UST

VARÍMETRO ELECTRÓNICO DESFASADOR

VARÍMETRO CON CORRIENTE NO SENOIDAL

NINGUNO DE LOS VARÍMETROS SENCILLOS DA UNA DEFINICIÓN NORMALIZADA DE LA POTENCIA REACTIVA, PERO EL QUE DESFASA INTEGRANDO TIENDE A DAR LA POTENCIA REACTIVA DE LA COMPONENTE FUNDAMENTAL SI UNA DE LAS SEÑALES NO TIENE GRAN CONTENIDO ARMÓNICO.

VARÍMETROS DIGITALES: RESUMEN En lugar de derivar una señal puede retrasársela digitalmente mediante un registro FIFO implementado por programa dentro de la CPU de un microprocesador DSP. En el caso general la señal a retardar puede ser de frecuencia variable. Esto implica determinar primero el período par luego introducir el retardo correspondiente a 90 grados. Determinar la frecuencia puede no ser fácil en presencia de ruido y en sistemas con patrones de modulación PWM. Es conveniente prever la posibilidad de poder desfasar cualquiera de ambas señales (tensión o corriente) en cada fase (en el caso polifásico). Normalmente se preve un filtro pasabajos desconectable para aquellos casos en que el ruido no permite determinar el período en forma estable

EJEMPLO: Vatímetro industrial de panel

versión electrónica P → carga balanceada Q → fuente simétrica y senoidal NO REQUIERE CORRIENTE SENOIDAL

EXIGENCIAS DE AISLACIÓN Midiendo con dos sistemas pueden necesitarse hasta dos canales aislados (pero deben respetarse las limitaciones del método adoptado). Con tres sistemas y carga en estrella solamente se necesitan canales de corriente aislados. Lo mismo vale para carga en triángulo, si no es necesario desglosar la medición por fase de la carga. Para el caso más general, fuente asimétrica y carga en triángulo desbalanceada, se necesitarán seis canales aislados si se desean conocer las potencias de cada fase de la carga.

TÉCNICAS DE AISLAMIENTO TÉCNICAS DIGITALES - Conversión tensión-frecuencia - Modulación digital y acoplamiento serie - Conversión analógica-digital y transmisión serie TÉCNICAS ANALÓGICAS - Circuitos con optoacopladores - Transformadores - Dispositivos de efecto Hall - Circuitos con acoplamiento capacitivo - Transformadores piezo eléctricos

AMPLIFICADORES DE AISLAMIENTO CON MICROTRANSFORMADORES

TRANSFORMADORES DE CORRIENTE CON CORRECCIÓN NUMÉRICA EN TIEMPO REAL

mediciones de potencia con instrumentos electrónicos CERCIÓRESE DE QUE EL MÉTODO SEA APLICABLE VERIFIQUE QUE LOS AMPLIFICADORES SEAN APTOS PARA EL TIPO DE SEÑAL A APLICAR - RANGO DE TENSIONES O CORRIENTES - ANCHO DE BANDA - INMUNIDAD AL RUIDO