Desenvolvimento

O sistema para monitoramento de fator de potência é um dispositivo portátil que pode ser acoplado a entrada de energia na caixa de disjuntores de uma residência ou na entrada de qualquer aparelho que queria obter o valor do fator de potência. O sensor de corrente funciona como um alicate amperímetro e o sensor de tensão faz ligação em paralelo com a entrada da fase. O sistema é em tempo real, através do Ethernet Shield, os dados são enviados para a internet. A confecção do equipamento se divide em algumas partes, a primeira de todas é a análise do hardware envolvendo a coleta de dados feita pelos sensores de corrente e pelos sensores de tensão e armazenando-os e processando-os no Arduino e a calibragem dos sensores utilizando alicate amperímetro e voltímetro. Após a leitura e processamentos desses dados, faz-se a comunicação entre o Arduino UNO e o Ethernet Shield para que possa ser acessado de qualquer lugar. O sensor de corrente ficará no lado de fora do equipamento para medição e o de tensão dentro com uma espera na caixa de borne banana e saída da parte exterior fêmea banana e na outra ponta conector jacaré isolado para que não tenha possibilidade de eventual acidente. A alimentação do sistema embarcado será através de uma derivação do borne banana aonde alimenta uma fonte dentro do quadro. Seguimos falando sobre como deve ser feito a configuração do sensor de corrente.

Conforme observamos na figura 1 a lei de Ampère diz que todo condutor por onde flui uma corrente elétrica induz ao seu redor um campo magnético proporcional à corrente. E a lei de Faraday diz que um campo magnético que varia ao longo do tempo induz em uma espira uma força eletromotriz que gera um corrente elétrica proporcional a intensidade do campo magnético sendo assim podemos medir a corrente que passa ao longo de uma seção de fio. Existe uma grande gama de sensores de corrente que usam essas propriedades magnéticas. Esse sensores são conhecidos com TC (Transformador de Corrente). Um transformador de corrente, nada mais é que um conjunto de espiras que são colocadas ao redor de um condutor ao qual queremos medir a corrente. A figura 2 temos um esquemático de um sensor TC que utilizamos neste projeto. A corrente induzida no TC também será inversamente proporcional ao número de espiras de sua bobina. A sigla SCT significa Split-core Current Transformer, ou seja, transformador de corrente de núcleo dividido. Figura 3 mostra a entrada e a saída do TC SCT-013-30 utilizado neste projeto.

Na figura 10 está apresentando o sensor de corrente, SCT013,R2 e R3 os resistores que se conectam em serie para fazer um divisor de tensão, devendo ser ambos os resistores do mesmo valor de 10k para que a divisão de tensão seja igual. A utilização do capacitor de 10uF será para dar ao sinal de entrada do arduino um offset colocando a senoide como ponto médio de 2,5V fazendo um senoide de 0V a 5V onde este depende do campo magnético induzido pela seção de fio. A1 é a porta onde o sensor de corrente está conectado no arduino e 5V, GND é o pino de saida com tensãodo microcontrolador. Após feito as ligações internas devemos vericar o forma correta de ligar o sensor para que não tenha erro na figura 11 podemos observar como deve ser feito a conexão do SCT colocando apenas em um dos condutos.

Após verificar as conexões fizemos a calibragem dos sensores SCT-013 e ZMPT-101B. A calibragem do sensor ZMPT pode ser feito pelo trimpot no próprio sensor. Sendo feito em conjunto com um voltímetro para que as tensões fiquem iguais ou pode ser feito através da programação do protótipo dentro da IDE sendo assim ficou calibrado emon1.voltage(2, 221.6, 1.7) , e o sensor de corrente a calibragem é feitos da seguinte forma: emon1.current(1,39.36 ); onde 1 é o pino da entrada analógica e 39,96 é o fato de de 1,3 vezes a corrente máxima do sensor que é 30A. Com os sensores calibrados e testados em protoboard seguimos montando o projeto em quadro de plástico com acrílico definitivo como pode ser visto na figura abaixo.

Download de arquivos de projeto:

Todos os arquivos deste projeto podem ser feito download através dos links abaixo.