A Medição de grandezas eléctricas por um instrumento virtual

Tecnologia e Medidas Eléctricas

Projecto 1:

Medição de grandezas eléctricas por um instrumento virtual

Abril de 2017

Data limite de entrega: 2JUN2017

1        Introdução

Pretende-se com este trabalho construir um instrumento virtual que seja capaz de medir diversas grandezas eléctricas em circuitos alternados monofásicos. Para tal será usada uma placa de aquisição de dados da National Instruments, que converterá as grandezas eléctricas relevantes para uma representação digital que possa ser usada pelo instrumento virtual.

2        Trabalho a desenvolver

2.1        Instrumento Virtual

O instrumento virtual será desenvolvido usando o ambiente LabVIEW, e nele deverão ser visualisadas, em tempo real, as seguintes grandezas relativas ao consumo de uma determinada carga eléctrica ligada à rede:

• Tensão de alimentação da carga (indicador analógico);
• Corrente consumida pela carga (indicador analógico);
• Factor de potência cosφ (indicador analógico);
• Potência activa P, potência reactiva Q e potência aparente S (indicadores digitais);
• Energia total consumida, em Wh (indicador digital).

As grandezas calculadas deverão ser apresentadas ao utilizador do instrumento de uma forma clara e intuitiva. A interface gráfica deverá também conter um LED que forneça impulsos de luz com frequência proporcional ao consumo de energia (por exemplo, uma frequência de 60 impulsos por cada Wh). Deve-se ter o cuidado de refrescar frequentemente a interface gráfica (por exemplo, uma vez por segundo).

2.2        Aquisição de dados

Para se poder medir todas as grandezas enunciadas na secção anterior, deverá ser realizada a aquisição de amostras da tensão e da corrente instantâneas associadas à carga, usando a placa da National Instruments.

• A tensão instantânea aplicada à carga será medida usando a placa de aquisição. Tendo em conta que será usado um transformador 230 : 30V ligado à rede monofásica do laboratório para alimentar a carga, e de forma a evitar a aplicação de tensões excessivas à placa de aquisição, o sinal de tensão deverá ser condicionado usando um divisor resistivo que diminua a tensão vL aplicada à placa para um valor aceitável e que garanta um consumo de corrente desprezável. O alcance de medida da placa deverá também ser dimensionado tendo em conta que a tensão aplicada à carga nunca ultrapassará os 30V rms.
• A corrente eléctrica instantânea será medida colocando uma resistência de valor conhecido em série com a carga, e usando a placa de aquisição para medir a queda de tensão vI nessa mesma resistência. A resistência a usar deverá ser cuidadosamente escolhida, admitindo que a corrente consumida pela carga não ultrapassa o valor máximo de 1.5A rms; mais uma vez, deve ser tido o cuidado de garantir a neutralidade do instrumento.

[pic 1]+

As tensões eléctricas deverão ser adquiridas a um ritmo suficientemente rápido, de forma a minimizar os erros nos cálculos das grandezas que se pretende calcular. Sugere-se uma aquisição de 20 amostras por cada ciclo dos sinais considerados.

2.3        Ensaios

O sistema de aquisição deve ser testado em cargas que possam variar em tempo real. Para que isso aconteça deve-se considerar a utilização de reóstatos, que permitam a alteração das características de cada carga, ou o uso de interruptores que permitam a introdução de cargas adicionais em paralelo. Em qualquer dos casos, deve-se sempre garantir que a corrente total consumida não ultrapassa o valor referido na secção anterior, cabendo aos alunos um dimensionamento e escolha dos componentes electrónicos que simulem as cargas a testar.