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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

    LEANDRO LETTIERI TEIXEIRA

    PROJETO DE DIPLOMAO

    MEDIDOR DE ENERGIA ELETRNICO

    Porto Alegre

    (2009)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

    MEDIDOR DE ENERGIA ELETRNICO

    UTILIZANDO MICROPROCESSADOR

    Projeto de Diplomao apresentado ao Departamento de Engenharia Eltrica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como parte dos requisitos para Graduao em Engenharia Eltrica.

    ORIENTADOR: Prof. Dr. Marcelo Soares Lubaszewski

    Porto Alegre

    (2009)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELTRICA

    LEANDRO LETTIERI TEIXEIRA

    MEDIDOR DE ENERGIA ELETRNICO UTILIZANDO MICROPROCESSADOR

    Este projeto foi julgado adequado para fazer jus aos crditos da Disciplina de Projeto de Diplomao, do Departamento de Engenharia Eltrica e aprovado em sua forma final pelo Orientador e pela Banca Examinadora.

    Orientador: ____________________________________ Prof. Dr. Marcelo Soares Lubaszewski, UFRGS Doutor pelo Instituto Politcnico Nacional de Grenoble, Frana

    Banca Examinadora:

    Prof. Dr. Marcelo Soares Lubaszewski, UFRGS Doutor pelo Instituto Politcnico Nacional de Grenoble, Frana

    Prof. Dr. Renato Ventura Bayan Henriques, UFRGS Doutor pela Universidade Federal de Minas Gerais, UFMG, Brasil

    Prof. Dr. Marcelo Gtz, UFRGS Doutor pela Universidade Paderborn, Alemanha

    Porto Alegre, dezembro de 2009.

  • DEDICATRIA Dedico este trabalho aos meus pais, ao meu irmo, aos meus avs, a minha tia e a

    minha noiva pela dedicao e apoio em todos os momentos difceis.

  • AGRADECIMENTOS

    Aos pais Vanderlei de Souza Teixeira e Carmela Carmen Lettieri Teixeira.

    Marcela pelo apoio incondicional e ateno inigualvel aos problemas que ocorriam

    durante este projeto.

    Aos colegas de empresa pelo seu auxlio nas tarefas desenvolvidas durante este

    trabalho.

    Universidade, professores e funcionrios.

    noiva, pais, irmo.

  • RESUMO

    O projeto consiste em medidor de energia microprocessado (PIC) que adquire os sinais de corrente e tenso de uma instalao eltrica, calculando a potncia consumida (ativa e reativa), o fator de potncia e atuando neste, acionando bancos de capacitores para correo do mesmo. Os dados sero exibidos em um display de LCD (16x2). Alm disso, o medidor oferece um relatrio (log) com o consumo de um perodo, que pode ser transferido para um computador atravs de uma comunicao serial (RS-232)

    Palavras-chaves: Medidor de Energia Eletrnico. Processamento de Sinais. Eletrnica e Instrumentao.

  • ABSTRACT

    The project consists of microprocessor energy meter (PIC) which acquires the signals of current and voltage of an electrical installation, and calculates the power consumption (active and reactive), power factor and acting on this, triggering banks capacitors to correct them. The data will be displayed in an LCD display (16x2). In addition, the meter offers a report (log) with the consumption of a period that can be transferred to a computer via a serial communications (RS-232).

    Keywords: Electronic Energy Meter. Signal Processing. Electronic and Instrumentation.

  • SUMRIO 1. INTRODUO .................................................................................................. 13 2. CONTEXTO DO PROJETO ............................................................................ 16 3. ANLISE DE ALTERNATIVAS ..................................................................... 17 3.1. Aquisio de Dados ............................................................................................. 17 3.1.1. Sensor de Tenso ................................................................................................ 18 3.1.2. Sensor de Corrente ............................................................................................. 19 3.2. Processamento dos Dados .................................................................................. 22 3.3. Visualizao dos Dados ...................................................................................... 24 3.4. Interface com Computador................................................................................ 25 4. CONCEITOS TERICOS ................................................................................ 26 4.1. Potncia e Energia .............................................................................................. 27 4.1.1. Fator de Potncia ................................................................................................ 31 4.1.2. Fator de Deslocamento ....................................................................................... 31 4.1.3. Potncia Complexa ............................................................................................. 32 5. MEDIDORES DE ENERGIA ........................................................................... 36 5.1. Medidor Tipo Induo ....................................................................................... 36 5.1.1. Medidor Monofsico de Energia Eletromecnico ........................................... 37 5.1.2. Medidor Monofsico de Energia Eletrnico .................................................... 40 6. IMPLEMENTAO DO PROJETO .............................................................. 42 6.1. Implementao do Hardware ............................................................................ 42 6.1.1. Microcontrolador................................................................................................ 43 6.1.2. Sensor de Corrente e Tenso ............................................................................. 44 6.1.3. Comunicao RS-232 ......................................................................................... 47 6.1.4. Visualizao dos Dados ...................................................................................... 49 6.1.5. Teclas e Componentes Passivos ......................................................................... 52 6.1.6. Fonte de Alimentao ......................................................................................... 53 6.2. Teoria de Funcionamento do Hardware .......................................................... 54 6.3. Implementao de Software .............................................................................. 56 6.4. Esquemtico e Placa em 3D ............................................................................... 58 6.5. Anlise de Erro ................................................................................................... 61 6.6. Teoria de Funcionamento Geral do Hardware ................................................ 62 6.7. Resultados Prticos ............................................................................................ 63 7. CONCLUSO ..................................................................................................... 66 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................. 67

  • LISTA DE ILUSTRAES Figura 1 - Diagrama de Blocos. ................................................................................................ 15 Figura 2 - Transformador de Potencial. [3] .............................................................................. 18 Figura 3 - Divisor de Tenso. [3] ............................................................................................. 19 Figura 4 - Transformador de Corrente. [3] ............................................................................... 20 Figura 5 - Resistor Shunt. [3] ................................................................................................... 20 Figura 6 - Bobina de Rogowski. [3] ......................................................................................... 21 Figura 7 - Sensor Hall. [4] ........................................................................................................ 21 Figura 8 - Defasagem carga linear ............................................................................................ 28 Figura 9 - Tringulo de potncia. [10] ...................................................................................... 33 Figura 10 - Correo Fator de potncia. [10] ........................................................................... 34 Figura 11 - Tcnica correo fator de potncia. [10] ............................................................... 35 Figura 12 - Medidor de Energia Monofsico. [4] ..................................................................... 38 Figura 13 - Diagrama bsico para um medidor eletrnico. [2] ................................................ 41 Figura 14 - Pinagem PIC16F916 [11] ...................................................................................... 43 Figura 15 - Pinagem Sensor Hall. [8] ....................................................................................... 45 Figura 16 - Configurao tpica do sensor. [8] ......................................................................... 46 Figura 17 - RS-232. [2] ............................................................................................................ 48 Figura 18 - MAX232 Pinagem [12] ......................................................................................... 49 Figura 19 - Envio de um byte RS-232 ...................................................................................... 49 Figura 20 - Contraste LCD. [13] .............................................................................................. 51 Figura 21 - Escrita e leitura LCD - tempos. [13] .......................