Sensores de Corrente

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Diversas vezes, passa por minha cabeça, medir cargas de determinado equipamento ou até mesmo da casa inteira, para ter uma base do consumo realizado e comparar com a medição da concessionária de energia local, um sistema com Sensores de Corrente, pode ser útil para identificar pontos de consumo excessivo e talvez de algum forma corrigi-los, tudo isso para uma melhor eficiência energética para sua residencia. Como todos os dias podemos ver, em sites, ou até mesmo nos jornais da televisão, que a energia está em alta, e cada vez mais escassa. Chegaremos ao ponto que devemos economizar ao máximo, deste modo, através de algum sistema de automação, ou algo semelhante, desativando standby de equipamentos, e otimizando no caso de carga total. Se formos considerar corrente nada mais é, tecnicamente, o fluxo de portadores de carga elétrica.

Sensores de corrente, são os sensores responsáveis por medir a corrente transitando em certo condutor, que ao relacionar a tensão e a corrente temos a potencia, ou através do calculo:

 

u*I=P

Onde:

u: Tensão (V)

I: Corrente (A)

P: Potência (W)

 

Para saber o consumo de determinado dispositivo utilizamos o seguinte calculo:

E=P*Δt

Onde:

P: Potência (W)

H: Tempo de Consumo (Horas)

E: Consumo (KWH)

 

Por exemplo se tivessemos um equipamento de 10v e consumindo 2a teriamos 20w, e vamos dizer que este equipamento fica 2 horas conectado/consumindo, entao temos: 20*2=40Wh (WattHora)

 

Para medir a corrente existem dois tipos de Sensores, os Sensores de Corrente Não invasivos, e os Sensores de Corrente Invasivos.

 

Sensores de corrente Não-Invasivos:

Como o própio nome relata, os Sensores de corrente Não invasivos são os que não interferem na instalação, são práticos, mas tem uma medida menos precisa, devido aos isolamento dos cabos, mas pode ser calibrado. Sensores Não invasivos, são mais conhecidos como TC – Transformador de Corrente, ou seja, eles tem o mesmo principio de um transformador normal, mas conforme a corrente que estiver sendo conduzida pelo Fio faz esse TC gerar uma certa tensão, esta tensão deve ser tratada através de cálculos até resultar em uma corrente em Amperes ou na unidade desejada.

current100a

 Sensores de Corrente Invasivos

Os Sensores de Corrente invasivos, precisão “Abrir o circuito” ou seja, conectar o sensor em série com o circuito, este modo é bastante preciso, facilmente pode-se utilizar com um resistor de baixa resistência 0 R1 ou inferior, num modo mais conhecido como shunt, neste caso é efetuado o calculo de diferença de potencial no arduino, um calculo simples: A tensão aplicada ao resistor Shunt dividido pela resistência do mesmo, ou seja I=V/R. Podemos encontrar no mercado CI’s (Circuitos integrados) que funcionam semelhante a esta forma, mas cada um opera em uma forma diferente. Logo abaixo podemos ver alguns modelos de sensores de corrente invasivos:

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A partir daqui, realizaremos a pesquisa aprofundada do sensor de corrente Não Invasivo SCT-013. Escolhemos este sensor devido ao seu ótimo custo x beneficio, pois com ele não necessitamos modificar o circuito de uma casa, por exemplo, e não temos perdas, assim a praticidade dele é muito maior.

O princípio deste sensor é o mesmo do Galvanômetro, ele possui um íman fixo ao ponteiro, que ao conduzir certa corrente pelo enrolamento do fio ao redor do íman do ponteiro, o qual se movimenta, devida ao um campo magnético, no caso do sensor de corrente, ao invés do ponteiro temos a bobina, que gera uma tensão com o campo magnético criado pelo fio.

Neste sensor temos dois zeners na saída, estes diodos ficam junto com a carenagem de plástico, estes diodos zeners são de 33V, neste caso como pode-se visualizar na imagem abaixo:

(Imagem placa circuito impresso disposta dentro do sensor(em breve))

 

Ao conectarmos o sensor diretamente no Osciloscópio, podemos visualizar a onda da seguinte forma:

4

Neste momento temos consumindo os seguintes equipamentos:

Estabilizador, sem carga nenhuma

Fonte de computador em standby

Osciloscópio

 

Um fato estranho que acontece, é que a frequência aumenta relativamente quando ativamos alguma lâmpada econômica fluorescente, cada lâmpada acesa a mais aumenta a frequência e deforma a onda, este fato acontece devido, a estas lâmpadas trabalharem com um driver, que “acidentalmente” deforma a onda causando Harmônicos que acabam reduzindo a vida útil de vários equipamentos.

Neste caso estamos tratando a tensão recebida do sensor, ao usarmos um divisor de tensão junto a um capacitor obtemos este tipo de onda:

 MAP001

Estabilizador, sem carga nenhuma

Fonte de computador em standby

Osciloscópio

 

Novamente podemos ver a deformação que lâmpadas econômicas causam a rede elétrica


MAP004

 O “T” mencionado no canto superior esquerdo, significa a frequência da rede onde o Osciloscópio está conectado.


O Projeto:

 

Para obter um melhor resultado na medição, utilizaremos uma ponte retificadora com alguns resistores operando como divisor de tensão, e um capacitor, com intuito de otimizar a tensão relativa a corrente mais estável. Com um circuito muito simples podemos ler a tensão recebida do sensor perfeitamente, esquema já criado, vamos desenvolver a placa.
Para este projeto estaremos também medindo a tensão, a partir daí, obteremos o valor em watts consumidos, após muita pesquisa, acabei optando por utilizar um opto acoplador, para medir a tensão da rede com maior precisão (Obvio, neste caso nada profissional.)

A seguir podemos visualizar o esquema completo com a parte de leitura de tensão e a parte de leitura de corrente:

fxg

Para desenvolvimento deste sistema, apesar de básico pesquisei em muitos lugares até conseguir um resultado sobressalente.

Espero que tenham gostado, qualquer duvida entre em contato comigo, ou deixe seu comentário, um abraço e até a próxima!
Att. Leonardo Dalla Porta

Fontes:

http://www.arduitronics.com/product/390/non-invasive-current-sensor-100a-max-current-output

https://developer.mbed.org/forum/electronics/topic/3073/?page=1

http://www.puc-campinas.edu.br/websist/Rep/Sic08/Resumo/2012814_15556_327499899_resevi.pdf

http://www.epanorama.net/newepa/2014/10/21/stc-013-20-current-transformer/

https://sites.google.com/site/punarobley/medidor-de-energia-eletrica

http://openenergymonitor.org/emon/buildingblocks/ct-sensors-interface

http://openenergymonitor.org/emon/buildingblocks/report-yhdc-sct-013-000-current-transformer

http://www.rapidtables.com/calc/electric/Amp_to_Watt_Calculator.htm

https://www.youtube.com/watch?v=pPHn7TMlV2A

http://forum.clubedohardware.com.br/topic/953292-como-medir-corrente-ac-usando-pic/

http://carlosmatheus.com.br/?p=69

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