ENERGY METER. di MATTEO DESTRO. 52 Novembre 2017 ~ Elettronica In

Documenti analoghi
RIFASAMENTO DEI CARICHI

ELETTRONICA : Compiti delle vacanze. Nome e Cognome:.

Esercizi aggiuntivi Unità A2

Parte II (Il multimetro digitale)

Componenti di un circuito elettrico in regime sinusoidale

Esercitazione Misure su circuiti magnetici. 3 - Rilievo del ciclo di isteresi dinamico di un nucleo magnetico

Potenza in regime sinusoidale

Complementi di Analisi per Informatica *** Capitolo 2. Numeri Complessi. e Circuiti Elettrici

Cause e conseguenze di un basso fattore di potenza

Acquisizione Dati. Introduzione

Lotto n 6. Scheda Tecnica SAD001. Fornitura di apparecchiature per il Laboratorio Solare Fotovoltaico

M320 ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE

I S T I T U T O T E C N I C O I N D U S T R I A L E S T A T A L E V E R O N A

Custodia per montaggio a pannello, grado di protezione (frontale) IP65 di serie e a richiesta la porta RS485 di comunicazione seriale.

Concetti di base: segnali - Classificazione dei segnali -

POTENZA ATTIVA, REATTIVA, APPARENTE NEI CIRCUITI COMPLESSI. TEOREMA DI BOUCHEROT

SISTEMI TRIFASE. Nel. Nella forma polare: Nella forma cartesiana o algebrica:

ISTITUTO ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA ANNO SCOLASTICO 2016/2017

VIM RM1 VAL / SKC RILEVATORE DI VIBRAZIONI PER SISTEMA DI MISURAZIONE RMS MANUALE. VIM-RM1 IT.docx / BL 1(5)

1. RELAZIONI TENSIONE-CORRENTE NEL DOMINIO DEL TEMPO. i(t) = v(t) / R = V M / R sen ωt i(t) = I M sen ωt I(t) = I M e jωt

UPM209 TA 1/5A, 80A diretto Misuratore trifase multifunzione a 4 moduli DIN

NHT-3D ANALIZZATORE PER SEGNALI COMPLESSI

Manuale per la progettazione dei circuiti elettronici analogici di bassa frequenza

Esercitazione Schede di acquisizione dati

Motori Motore passo-passo Stadio di potenza PWM Sincrono Stadio di potenza del motore passopasso. Blocchi funzionali. Set point e generatore PWM

EcoRemote SISTEMA DI GESTIONE DI UNA STAZIONE DI MONITORAGGIO DELLA QUALITÀ DELL ARIA. Ingegneria dei sistemi

QUANTIZZAZIONE E CONVERSIONE IN FORMA NUMERICA. 1 Fondamenti Segnali e Trasmissione

TVD RM1 VAL / SKC RILEVATORE DI VIBRAZIONI NEL PUNTO DI CONTATTO PER SISTEMA DI MISURAZIONE RMS MANUALE

Misura di capacità e fattore di perdita

LEZIONE DI ELETTRONICA

UPM209 TA 1/5A, 80A Strumento trifase multifunzione

FREQUENZIMETRO FQ-16S3-800

2 Alimentazione. +Vdc. Alimentazione 1 IGBT1 GND1. Alimentazione 2 IGBT2 GND2. -Vdc. Fig.1 - Alimentazione corretta degli switchs di uno stesso ramo

Multimetri elettronici

POTENZA ATTIVA - REATTIVA - APPARENTE

Capitolo IX. Convertitori di dati

ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE "G. VERONESE - G. MARCONI" SEZIONE ASSOCIATA G. MARCONI

Modello MR8875 MR8880/ /20 MR / /50 Modalità di funzionamento

QUANTIZZAZIONE E CONVERSIONE IN FORMA NUMERICA

MANUALE DI INSTALLAZIONE

ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE "G. MARCONI" Via Milano n PONTEDERA (PI) ANNO SCOLASTICO 2005/2006 CORSO SPERIMENTALE LICEO TECNICO

BOOSTER Manuale Utente

Il convertitore bidirezionale a commutazione forzata trova ampio impiego anche in versione trifase.

J dtrans T02j Trasmettitore programmabile Programmable transmitter. B Manuale d istruzione Operating Instructions 01.


Fondamenti di fisica

UPM309 TA 1/5A Misuratore trifase multifunzione

Zeus Din Home Standard Kit

Capitolo Descrizione tecnica del sensore MAF a filo caldo

MATERIALI PER LA DISCUSSIONE

Un sistema per il rilevamento dell umidità

L INDUZIONE ELETTROMAGNETICA. V Scientifico Prof.ssa Delfino M. G.

I.I.S.S. G. CIGNA MONDOVI

Esercizio 1: Determinare la misura del wattmetro W nella rete trifase simmetrica e equilibrata di Fig.1. I 2 I 1 P 1 Q 1. Fig.

GLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI

TABELLA COMPARATIVA STRUMENTI DUCATI

MODULO PREREQUISITI OBIETTIVI CONTENUTI ORE

Applicazione del rifasamento dei carichi elettrici in ambito industriale. Ing. Davide Roncon Sotto Gruppo Condensatori

TABELLA COMPARATIVA STRUMENTI DUCATI

Filtri passivi Risposta in frequenza dei circuiti RC-RL-RLC

Compensazione della componente continua del segnale ODC: Ampliamento della risposta dinamica

Ministero dell Istruzione dell Università e della Ricerca M320 ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE

A.S. 2014/15 CLASSE 4 BEE MATERIA: ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA

Esercizio C2.1 - Acquisizione dati: specifiche dei blocchi

PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DEL TRASFORMATORE

Prerequisiti. Aver seguito la lezione sulla corrente di impiego Fattore di potenza cosφ

Gestione Energia Analizzatore di rete trifase Modello WM14-96 Versione base

DINAMO DATORE DI SET. B2x - Presentazione del gruppo di lezioni B MOTORE ELETTRONICA DI CONTROLLO. B2x - Presentazione del gruppo di lezioni B

Università degli Studi di Pisa

I S T I T U T O T E C N I C O I N D U S T R I A L E S T A T A L E V E R O N A

Calcolo numerico per utilizzare i residui di udito

Interfaccia KNX per contatore d energia - da guida DIN GW Manuale Tecnico

ESERCIZI - SERIE N. 4

Il software di misura nella strumentazione moderna

Prova a vuoto e in corto circuito di un trasformatore trifase

Rappresentazione digitale del suono

Circuiti per l Elaborazione del Segnale: Capacità Commutate

Elettrotecnica Esercizi di riepilogo

ISTITUTO DI ISTRUZIONE SUPERIORE J.C. MAXWELL Data: 04 /09 /2012 Pag. di PROGRAMMAZIONE ANNUALE A.S / 2016

Segnali Numerici. Segnali Continui

Competenze di ambito Prerequisiti Abilità / Capacità Conoscenze Livelli di competenza

T10 CONVERTITORI A/D E D/A

Azionamenti full digital in taglia unica con sistema bluetooth ed NFC integrato

UPM309RGW KIT30, KIT45, KIT70, KIT90 Misuratore trifase multifunzione DIN 96x96 con bobine Rogowski

Data Logger Multicanale

Gli schemi circuitali impiegati per la realizzazione dei convertitori statici sono molteplici.

Lezione A0. Presentazione del modulo. Richiami su condizionamento di segnale. Elettronica per l informatica

INGEGNERIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO Il teorema di Shannon

FUTEK Serie USB Celle di carico Sensori di torsione Sensori di pressione Sensori Multi assiali Soluzioni USB della FUTEK, sono moduli esterni

0 20mV; 0 40mV; 0 80mV; 0 160mV; 0 320mV; 0 640mV; 0 1,28V; 0 2,56V 0 5V; 0 10V

Progettazione curricolo verticale percorso formativo per Unità di Apprendimento (UDA)

Lezione A0 Elettronica per l informatica Indice della lezione A0 Elettronica per l informatica Ruolo di questo corso Obiettivi di questo corso

COMPONENTI PER L ELETTRONICA INDUSTRIALE E IL CONTROLLO DI PROCESSO

CONTABILIZZAZIONE DEL CALORE

UPM209RGW KIT30, KIT45, KIT70, KIT90 Misuratore trifase multifunzione a 4 moduli DIN con bobine Rogowski

Soluzione: prof. Stefano Mirandola PRIMA PARTE. 1) 2) Schema a blocchi e progetto circuitale della catena di condizionamento.

MISURA DELLA RESISTENZA DEGLI AVVOLGIMENTI

Potenze in regime sinusoidale. Lezione 4 1

Voltmetro digitale VLT 126 Amperometro digitale AMP Frequenzimetro digitale FRE Voltmetro analogico VLT 127 Amperometro analogico AMP Voltmetro

Acquisizione dei segnali. Elisabetta M. Zanetti Università di Perugia

Transcript:

ENERGY METER di MATTEO DESTRO Grazie a un modulo innovativo analizza i parametri della rete elettrica e i consumi, fornendoli via USB a un computer sul quale un apposito software consente di visualizzarli, raccoglierli e utilizzarli per varie applicazioni. Prima puntata. 52 Novembre 2017 ~ Elettronica In

Top Project È Il prodotto tra tensione e corrente fornidiventato ormai uso comune preoccuparsi di quanta energia elettrica si consuma in casa o al lavoro. Per eseguire le misure elettriche di tensione e corrente, nonché le relative misure di potenza assorbita ed energia elettrica consumata, ci si avvale di una serie di strumenti progettati ad hoc. Può trattarsi di semplici strumenti di laboratorio come ad esempio voltmetro e amperometro, per poi calcolare a mano le varie potenze elettriche, oppure strumenti più sofisticati come i Power Meter (ad esempio il WT230 della Yokogawa o simili) che automaticamente calcolano la potenza apparente/ attiva/reattiva, il cosφ (fattore di potenza), la frequenza di rete ecc. Inoltre in commercio si trovano diversi strumenti di misura per barra DIN (quelli, per intenderci, da montare nel vostro quadro elettrico) che effettuano le misure elettriche e calcolano le potenze apparente/attiva/reattiva e la quantità di energia elettrica assorbita dalla rete. Lo scopo di questo articolo è di presentare un integrato della Microchip, più preci- samente l MCP39F511, il quale, grazie, a due convertitori analogicidigitali delta/sigma, ci permette di eseguire le misure di tensione e corrente istantanee e di calcolare le relative potenze elettriche. Per interfacciare il convertitore A/D alla rete elettrica domestica a 230Vca si farà uso rispettivamente di un TV (trasformatore di tensione per misure elettriche) e di un TA (trasformatore di corrente per misure elettriche). In questo modo saremo sicuri di essere galvanicamente isolati dalla rete a 230Vca e potremo così collegare l integrato di cui sopra a un Personal Computer per eseguire i processi di taratura dello stesso e la lettura dei parametri elettrici. INTRODUZIONE Prima di vedere il progetto facciamo un po di teoria. L energia elettrica viene distribuita in regime alternato sinusoidale e la tensione e la corrente sono così rappresentate: Elettronica In ~ Novembre 2017 53

Fig. 1 - Schema a blocchi dell MCP39F511. sce la potenza istantanea (lavoro nell unità di tempo): Il primo temine è costante e rappresenta il lavoro medio che il sistema è in grado di compiere nel periodo (potenza attiva) mentre il secondo è oscillante e rappresenta la potenza istantanea scambiata tra il campo magnetico e il dielettrico: il suo valore massimo viene detto potenza reattiva. Il termine cos(φ) è il fattore di potenza, φ è l angolo di sfasamento tra la corrente e la tensione in un sistema elettrico in corrente alternata. Se il carico è puramente resistivo lo sfasamento sarà nullo e quindi il fattore di potenza sarà pari a uno. Se invece è di tipo induttivo, con componente resistiva non nulla (ad esempio un motore elettrico), l angolo di sfasamento sarà compreso tra 0 e π/2 (corrente in ritardo sulla tensione). Se invece il carico è capacitivo, lo sfasamento sarà compreso tra 0 e -π/2 (corrente in anticipo sulla tensione). Se il fattore di potenza assume valore unitario, la potenza apparente corrisponde alla potenza attiva e la potenza reattiva è nulla. Solitamente la potenza reattiva è indesiderata e quindi si tende sempre ad avvicinare il fattore di potenza al valore unitario. I sistemi moderni di misura sono di tipo numerico e quindi convertono le misure analogiche di cui sopra in numeri che possono essere elaborati da sistemi a microcontrollore e visualizzati in cifre su display, o inviati a un PC per eventuali ulteriori elaborazioni. La Fig. 1 propone lo schema a blocchi dell integrato MCP39F511 utilizzato per rilevare tensione e corrente nel nostro progetto; come si può notare, abbiamo due ingressi differenziali indipendenti per le misure di corrente e tensione, i quali fanno capo a due amplificatori PGA (Programmable Gain Amplifier = amplificatori con guadagno programmabile) uno per ogni canale; seguono i convertitori delta-sigma a 24bit, i filtri digitali e infine un core di elaborazione dei segnali acquisiti il quale ci restituisce le seguenti misure: Fig. 2 - La sezione di ingresso dell MCP39F511. 54 Novembre 2017 ~ Elettronica In

Fig. 3 - Sezione di misura della potenza elettrica dell MCP39F511. potenza attiva, reattiva e apparente; valore RMS di tensione e corrente; frequenza di linea; fattore di potenza; energia attiva importata e esportata; energia reattiva importata e esportata. Come interfaccia di comunicazione abbiamo la consueta UART, che è molto comoda per l interfacciamento verso un microcontrollore, ma anche, tramite convertitore RS232/USB, ad un PC. Se necessario, l interfaccia UART può essere optoisolata. I campi di applicazione tipici per questo integrato sono: monitoraggio della potenza in ambiente domestico; monitoraggio dei consumi dell illuminazione in ambito commerciale e industriale; misura in tempo reale della potenza assorbita nei sistemi di alimentazione AC/DC; sistemi di distribuzione intelligente dell energia, ad esempio controllo carichi. FUNZIONAMENTO DELL MCP39F511 L integrato MCP39F511 utilizza un algoritmo di campionamento che sfrutta un numero finito di campioni per ciclo di linea. L intervallo di accumulo dei campioni è dato dal valore intero 2 N, il quale identifica il numero di cicli di linea su cui si vuole campionare e di conseguenza eseguire i calcoli: ad esempio, con N fissato a 5 si ha che i cicli di linea su cui si eseguiranno campionatura e computazione saranno 32. Più cicli di campionamento si sfruttano e più precise saranno le misure, tuttavia all aumentare del numero di cicli aumenterà il numero di campioni allungandone i tempi di calcolo. Il ciclo di computazione è inoltre dipendente dalla frequenza di linea, di conseguenza ogni variazione sulla frequenza di linea darà origine a una variazione sulla velocità di aggiornamento dei dati in uscita. Calcolo di tensione e corrente RMS Cominciamo la rassegna delle misure con i valori di tensione e corrente RMS; la Fig. 2 e la Fig. 3 evidenziano il flusso di conversione eseguito da MCP39F511. Nello specifico, la Fig. 2 mostra il blocco di ingresso il quale influisce su tutte le misure elettriche in uscita (Corrente RMS, tensione RMS, potenza attiva ecc.), quindi è di fondamentale importanza configurare correttamente i vari registri di controllo, come ad esempio il guadagno dei due amplificatori in ingresso PGA. I registri atti alla configurazione di tali parametri sono detti System Configuration Register e MCP39F511 Calibration Register. Il calcolo della corrente RMS viene quindi eseguito come indicato in Fig. 3 ed in formula è espresso da: Lo stesso discorso è applicato alla tensione RMS: I valori che si vedono nello schema a blocchi di Fig. 3, come ad esempio OffsetCurrentRMS o GainVoltageRMS, sono tutti dei registri configurabili. L operazione di configurazione viene fatta in sede di calibrazione ed è dipendente dall applicazione. Calcolo potenza apparente, attiva, reattiva e cosj La misura della potenza apparente avviene alla fine Elettronica In ~ Novembre 2017 55

Mensile di elettronica applicata, attualità scientifica, novità tecnologiche. Elettronica In w w w. e l e t t r o n i c a i n. i t oltre l elettronica