Analisador de Potência para Aplicações em Eletrônica de Potência

Abstract

O presente trabalho visa o desenvolvimento de analisador de potência para aplicações em eletrônica de potência. O protótipo possibilita monitorar escalas de tensões de 1000 V, 400 V e 100 V, assim como escalas de correntes de 35 A, 15 A e 5 A. A partir de transdutores de corrente e tensão, realiza-se o condicionamento dos sinais de medição para conversores analógico-digitais, amostrando ambas medições de tensão e corrente a uma taxa fixa de 750 kHz. O sistema proposto é composto de uma placa de aquisição, formada pelo circuito analógico de medição e conversão analógico-digital, uma placa de desenvolvimento SoC (System-on-Chip), empregando um FPGA e um processador ARM Dual-Core, além de um computador que executa uma interface gráfica, correspondendo à interface do usuário. Dessa forma, o sistema embarcado, composto pelo SoC, processa os pacotes de dados recebidos da placa de aquisição e transfere estes para a interface do usuário, que permite a visualização das formas de onda dos sinais de corrente e tensão, além de disponibilizar os valores médios e eficazes das componentes de tensão e corrente, além dos valores de potência ativa, reativa e da frequência estimada. São apresentados a análise teórica dos circuitos analógicos, os circuitos digitais desenvolvidos para os dispositivos de descrição em hardware assim como a estrutura dos algoritmos implementados no sistema embarcado e na interface do usuário. Além disso, foi realizada uma análise comparativa de precisão de medição entre o protótipo e o analisador de potência WT210, da empresa Yokogawa.

This work discusses the development of a power analyzer for power electronics aplications. The prototype has capabilities of monitoring voltage scales of 1000 V, 400 V and 100 V, and current scales of 35 A, 15 A and 5 A. Through current and voltage transducers, the measured signals drive analog-to-digital converters in a fixed sampling rate of 750 kHz. The system is comprised of an acquisition board that has an analog circuitry to perform measurements and to perform the analog-to-digital conversion, a SoC (System-on-Chip) development board with an FPGA and a Dual-Core ARM processor and also a computer that executes an user interface. Hence, the SoC development board processes the data packets from the aquisition board and transfers these to the user interface, which plots the voltage and current waveforms, and also shows the user the mean and RMS values of voltage and current, as well as active power, reactive power and the estimated frequency. Theorical analysis for the analog section is presented, as well as the digital circuits developed on the descriptive hardware devices, the algorithm structures for the SoC development board and the user interface. Also, a comparative analysis has been done between the prototype and the WT210 power analyzer from Yokogawa.