EXAMEN 1

Medición AC 110V- 50A

Objetivo

Realizar la medición de voltaje, corriente, frecuencia, potencia y energía sin excedernos de un rango ya determinado, en nuestro caso será un voltaje de 110V y una corriete de 50A.

Diagrama de bloques

VOLTAJE Y FRECUENCIA

Esquema del circuito

CORRIENTE

Esquema del circuito

Diagrama del PCB. La placa es una shield la cual se monta sobre la tarjeta de desarrollo.

ENERGÍA Y POTENCIA

Para medir potencia tomaremos el pico máximo de cada ciclo de la señal, luego calcularemos el valor RMS de cada uno y se multiplicarán entre si para obtener la potencia.

Para la medición de la energía cada tiempo se sumará a un acumulador y se guardarán distintos valores cada cierto tiempo.

Datos técnicos 

Como se puede observar en el diagrama de bloques, utilizaremos un Transformador de aislamiento N-66A de TRIAD MAGNETICS. El Estas unidades están diseñadas con 1500V de aislamiento entre el circuito.

Especificaciones

1. Potencia máximo:              250 VA
2. Voltaje de entrada:         
                           Paralelo:    115V@50/60Hz
                           Serie:         230V@50/60Hz
3. Voltaje de salida:              115 -/+ 5%
4. Carga secundaria:             2.17 Amps RMS
5. Regulación voltaje:          5% TYP @ carga completa - no carga

Para los que no estén familiarizados con el trasformador de aislamiento, en este link pueden encontrar una explicación sencilla y concreta: Transformador Aislador .

Debido a que nuestra corriente será de 50A, tendremos que utilizar el conector adecuado para que no se queme. Optamos por el 55 amp PCB Powerclaw de APP. 

Especificaciones

1. Máxima corriente:
                  PP Powerclaw:                       55 amps
                  SB Powerclaw Powerclaw:    50 amps
                  Locking Mini-Powerclaw:     55 amps
                  Vertical y Horizontal:            55 amps
2. Máximo voltaje:
                  PP Powerclaw:                       600 volts
                  SB Powerclaw Powerclaw:    600 volts
                  Locking Mini-Powerclaw:     600 volts
                  Vertical y Horizontal:            600 volts

El sensor de corriente que utilizaremos será el EAC1420SP del fabricante Eaton Cutler Hammer.


Especificaciones

1. Rango de medición:                            10A a 50A
2. Tiempo de respuesta:                          300 ms
3. Voltaje de alimentación:                     24V
4. Rango de voltaje de salida:                 0V a 5V

El amplificador operacional a utilizar es el TL084 de Texas Instrument. Con el cual ya hemos trabajado antes.

Por último utilizaremos una fuente de voltaje independiente del sistema para alimentar cada componente como el sensor de corriente y amplificadores operacionales. Este será el convertidor de  XP Power ECL10US24-E AC-DC. 

Especificaciones

1. Rango de entrada AC:                   85V a 264V
2. Frecuencia:                                    47Hz 63Hz
3. Voltaje de salida DC:                    24V

Sensor de Efecto Hall (Sensor de corriente inductivo)

El Efecto Hall

Consiste en la producción de una caída de voltaje a través de un conductor o semiconductor con corriente, bajo la influencia de un campo magnético externo. Para lograr este efecto, es necesario que la dirección del campo magnético sea perpendicular a la dirección de flujo de la corriente.

Sensor de Corriente de efecto Hall

Dicho sensor se basa en el efecto Hall para la medición de campos magnéticos, corrientes o para la determinación de la posición.

Si fluye corriente por un sensor Hall y e aproxima a un campo magnético que fluye en dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo magnético por medio de una corriente que circula por una bobina o conductor, entonces se puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina.

Si tanto la fuerza del campo magnético como la corriente son conocidos, entonces se puede usar el sensor Hall como detector de metales.

En este vídeo podrán encontrar la explicación  del funcionamiento de dichos sensores.

Ventajas

• Nos proporciona una señal de voltaje de salida independiente del campo que se está midiendo.
• Los sensores no son afectados por condiciones ambientales, ya sea polvo, humedad o vibraciones entre otras.
• Estos sensores no se encuentran en contacto con ningún tipo de elemento mecánico por lo tanto son extremadamente resistentes y sensibles para una mejor medición.
• Opera a una alta velocidad.
• Operan en un amplio rango de temperatura, por lo tanto son capaces de medir corrientes grandes.

Desventajas

• No son capaces de medir un flujo de corriente a una distancia mayor a 10 cm.
• Al ser un sensor que trabaja por medio de un campo magnético puede ser fácilmente influenciado por algún campo magnético externo.
• Muchas veces aunque se encuentre ausente la presencia de un campo magnético, este sensor nos proporcionara un voltaje de salida.

Aplicaciones 

1. Medición de corriente sin potencial (Sensor de corriente)
2. Medición de campo magnético
3. Detección de metales
4. Drivers para variar la velocidad
5. Circuitos de protección para el control de motores
6. Censado de fuentes de poder
7. Sensores de movimiento
8. Encoders rotatorios
9. Detectores de materiales ferrosos
10. Sensores de vibraciones
11. Sensores de velocidad de rotación
12. Comunicación inalámbrica
13. Sensores de presión
14. Sensores de proximidad
15. Posicionamiento de válvulas

Fabricantes

Allegro MicroSystems, LLC 

Allegro MicroSystems, LCC es el líder en desarrollo, manufactura y comercialización de conductores de alto rendimiento.

El sensor que ellos manejan con efecto Hall es el Sensor de Corriente IC integrado ACS712. Aquí les dejamos un vídeo del sensor.

Honeywell

Honeywell es una importate empresa multinacional estadounidese que produce una variedad de productos de cosumo, servicio de ingeniería y sistemas aeroespaciales.

Este enlace los enviará a un PFD, donde pueden encontrar de forma detallada la detección y aplicacion del efecto Hall:  Honeywell Hall Effect

FW Bell: Pacific Scientific-OECO

Pacific Scientific-OECO es una división de Meggitt PLC. Es una industria lider en diseño, manufactura, aftermarket y productos especializados en Generación de Energía, Conversión de Eergía, Magnetismo y detección eléctrica. 

Este enlace es de la pagina de Pacific Scietific-OECO donde se econtraran los sensores de efecto Hall que maejan. FW Bell: Pacific Scientific-OECO

Para terminar, pueden checar este enlace, donde pueden encontrar diferentes tipos de sensores de efecto Hall y sus características,  como los Closed Loop,  Open Loop y Split Core Hall Effect Current Sensors: Hall Sensors

Practica 1. Sensores Analógicos

Objetivo

El objetivo de está práctica es convertir una señal analógica a digital. 

La tarjeta que utilizaremos durante el curso será la Freescale FRDM-KL25z, pero por cuestiones de logística y atraso en el envío, esta práctica será realizada en la tarjeta FRDM-K20D50M.

En la siguiente imagen podemos observar claramente los pines que podemos utilizar para al función  del ADC (A0, A1, A2, A3, A4 y A5). En general, la mayoría de los pines pueden ser configurados para ser usados como una entrada o salida digital.

Para demostrar la conversión de la señal analógica a digital haremos que el LED cambie de colores.

Desarrollo 

Utilizamos dos PWM de 16 bits, uno de inicio alto y otro de inicio bajo, los cuales recibían el valor del ADC (también de 16 bits). Cada PWM fue dirigido a los colores rojo y verde del LED RGB.

Para poder regular la variación de los colores en el LED, hicimos un pequeño circuito en el protoboard conectando un potenciómetro al ADC_DP0.

Resultados

En el siguiente video podremos observar el cambio de colores en el LED.