Desenvolvimento de um analisador trifásico de energia elétrica de baixo custo em plataforma Arduino

Abstract

Em indústrias, grandes consumidoras de energia, o grande número de cargas indutivas devido a quantidade de motores, máquinas pesadas, equipamentos eletrônicos, entre outros, faz com que surjam problemas de baixo fator de potência, desbalanço de cargas e variações de tensão entre as fases. Sabendo disso, um grande problema pode ser criado caso estas instalações não se preocupem com a qualidade de energia elétrica, no que tange o controle do fator de potência e o desbalanço de cargas, pois isso pode prejudicar o sistema de distribuição, transmissão e geração elétrica, além de gerar multas aplicadas pela concessionária de energia. O controle destes fatores é necessário para que se evite os problemas citados, pensando nisso, este trabalho objetivou construir um analisador trifásico de qualidade de energia elétrica de baixo custo capaz de realizar medições de tensão, corrente, fator de potência e potência aparente, ativa e reativa. Para este feito realizou-se um estudo teórico acerca das definições de grandezas elétricas e as normativas aplicáveis. Para provar o seu funcionamento foram realizadas medições das grandezas citadas para cada fase em várias cargas trifásicas e os resultados comparados aos valores de um analisador de energia comercial tido como referência. No melhor cenário, o analisador construído apresentou percentagens de erro inferiores a 2,92%, onde foi possível atestar seu bom funcionamento. Em outros testes, com cargas diferentes foi obtido um erro máximo de leitura de 16,59%, onde, a partir deste valor, foram encontrados problemas de calibração e erro na aquisição dos dados de leitura de corrente. Estas percentagens de erro não invalidaram o analisador construído, já que os problemas que levaram a estes valores podem ser resolvidos em trabalhos futuros.

In industries, large energy consumers, the large number of inductive loads due to the amount of motors, heavy machinery, electronic equipment, among others, causes low power factor problems, unbalanced loads, and voltage variations between phases. Knowing this, a big problem can be created if these facilities are not concerned with the quality of electrical energy, regarding the control of the power factor and the unbalance of loads, because this can harm the distribution system, transmission and generation, besides generating fines applied by the energy concessionaire. The control of these factors is necessary to avoid the problems mentioned above. With this in mind, this work aimed to build a low cost three-phase power quality analyzer capable of measuring voltage, current, power factor, and apparent, active, and reactive power. To this end, a theoretical study was conducted on the definitions of electrical quantities and the applicable standards. In order to prove its operation, measurements of the quantities mentioned above were taken for each phase in several three-phase loads and the results were compared to the values of a commercial power analyzer taken as a reference. In the best case scenario, the analyzer built presented error percentages of less than 2,92%, where its good functioning could be attested. In other tests, with different loads, a maximum reading error of 16,59% was obtained, where, from this value, calibration problems and errors in the acquisition of current reading data were found. These error percentages did not invalidate the built analyzer, as the problems that led to these values can be solved in future work.