En application note, Analog Device (www.analog.com) describe un diseño práctico de un medidor de consumo de energía basado en el circuito integrado AD7751 y dos sensores de corriente. El circuito de precisión es bastante simple y puede ser empleado en instalaciones de una fase con dos hilos. En este artículo damos los aspectos básicos del proyecto. La información adicional se puede encontrar en el documento original disponible en nuestro sitio. (2008)
A pesar de haber sido diseñado para instalaciones de una fase (monofásicas) con dos hilos, el circuito puede ser fácilmente adaptado para otros tipos de aplicación como, por ejemplo, monofásicas de tres hilos y otras. El circuito tiene como base el AD7751 el cual monitorea continuamente la corriente de fase y neutro. El circuito acusa una condición de fallo si una diferencia mayor que el 12,5% de las corrientes ocurren.
El AD7751 consiste en dos ADCs, un circuito de referencia y aún contiene todo el procesamiento de señal necesario al cálculo de la potencia real (activa). El dispositivo posee además recursos para excitación directa de contadores electromecánicos, es decir, registradores de energía. Una salida de pulso de alta frecuencia está disponible para la calibración y la comunicación.
El proyecto se basa en las recomendaciones del estándar internacional IEC1036 para Medidores Watt-Hora de corriente alterna para energía efectiva (Clases 1 y 2). En el documento original de Analog existe una comparación entre este estándar y el ANSI C12.16 que también se utiliza en algunos casos. En el caso, el proyecto supera las exigencias de precisión en el factor de potencia unitario y el rango de rendimiento dinámico del medidor se extendió a 500. En la figura 1 tenemos el diagrama del proyecto.
El sensor de la corriente es hecho por dos transformadores de corriente (CT) conectados directamente en las líneas de energía, pero aislados de la misma. Estos transformadores actúan como convertidores tensión / corriente enviando la señal a la red divisora que atenúa su valor de acuerdo con lo exigido por el circuito.
El registrador de energía utilizado es del tipo electromecánico, que emplea un motor de paso de dos fases. El AD7751 puede excitar directamente este motor por el perno CF que proporciona una señal para la constante del motor de 3200 impulsos por kW/h. De esta forma, se dispone de una señal de alta frecuencia en la salida del aislador óptico con LED.
Esta salida se puede emplear para calibrar el medidor y también para verificar la funcionalidad del circuito. La calibración se realiza en dos etapas. En una primera, con la corriente pasando a través del canal V1A de CT, el medidor es calibrado variando la atenuación de la línea de tensión empleando para ello la red de resistores de R14 a R23.
En la segunda etapa, con corriente pasando por el canal V1B de CT, el pequeño descenso de ganancia entre V1A y V1b puede ser eliminado cortocircuitando los resistores apropiados entre R8 y R13. Los detalles completos de este proceso de calibración están disponibles en el documento de Analog.
El circuito presentado fue diseñado para operar en una red de 240 V con corriente máxima de 40 A. Sin embargo, con el correcto escalamiento de los canales 1 y 2 el medidor puede operar con cualquier tensión y cualquier corriente que el proyectista desee.
Como el AD7751 tiene cuatro frecuencias de opción para excitar el medidor, una corriente de hasta 120 A puede ser lograda. La corriente básica para este proyecto es de 10 A con una precisión del 1% y una banda dinámica de 400, es decir, capacidad de registrar cadenas de 100 mA a 40 A. El medidor electromecánico usado tiene una constante de 100 impulsos por kW / hora.
Otro factor a considerar es que el AD7751 tiene un coeficiente de temperatura de 30 ppm / °C lo que significa que en el rango de -20º C a + 60º C el error introducido será de aproximadamente 0,65%, asumiendo una calibración a 25º C.
Las características de los transformadores de corriente determinan la gama de consumos medida. En el documento original de Analog están disponibles las ecuaciones que permiten calcular estos transformadores. De la misma forma, también deben ajustarse las frecuencias del AD7751 para el muestreo para obtener una escala apropiada para el indicador.
Esto se puede hacer en dos opciones que son 64 x F1 en las que se obtienen 6400 impulsos por kW / h y 32 x F1 en los que se obtienen 3 200 impulsos por kW / h. El documento para mayor información es el AN-563. En él el lector también encontrará el layout para la placa de circuito impreso.