Em application note, a Analog Device (www.analog.com) descreve um projeto prático de um medidor de consumo de energia baseado no circuito integrado AD7751 e dois sensores de corrente. O circuito de precisão é bastante simples e pode ser empregado em instalações de uma fase com dois fios. Neste artigo damos os aspectos básicos do projeto. Informações adicionais podem ser encontradas no documento original disponibilizado em nosso site. (2008)
Apesar de ter sido projetado para instalações de uma fase (monofásicas) com dois fios, o circuito pode ser facilmente adaptado para outros tipos de aplicação como, por exemplo, monofásicas de três fios e outras. O circuito tem por base o AD7751 o qual monitora continuamente a corrente de fase e neutro. O circuito acusa uma condição de falha se uma diferença maior do que 12,5 % das correntes ocorrer.
O AD7751 consiste em dois ADCs, um circuito de referência e ainda contém todo o processamento de sinal necessário ao calcula da potência real (ativa). O dispositivo possui ainda recursos para excitação direta de contadores eletromecânicos, ou seja, registradores de energia. Uma saída de pulso de alta freqüência é disponível para calibração e comunicação.
O projeto se baseia nas recomendações do padrão internacional IEC1036 para Medidores Watt-Hora de Corrente Alternada para Energia Efetiva (Clases 1 e 2). No documento original da Analog existe uma comparação entre este padrão e o ANSI C12.16 que também é utilizado em alguns casos. No caso, o projeto supera as exigências de precisão no fator de potência unitário e a faixa de performance dinâmica do medidor foi estendida para 500. Na figura 1 temos o diagrama do projeto.
O sensoriamento da corrente é feito por dois transformadores de corrente (CT) ligados diretamente nas linhas de energia, mas isolados da mesma. Estes transformadores atuam como conversores tensão/corrente enviando o sinal para rede divisora que atenua seu valor de acordo com o exigido pelo circuito. O registrador de energia utilizado é do tipo eletromecânico, que emprega um motor de passo de duas fases. O AD7751 pode excitar diretamente este motor pelo pino CF que fornece um sinal para a constante do motor de 3200 impulsos por kW/h. Desta forma, dispõe-se de um sinal de alta freqüência na saída do isolador óptico com LED. Esta saída pode ser empregada para calibrar o medidor e também para se verificar a funcionalidade do circuito. A calibração é feita em duas etapas. Numa primeira, com a corrente passando através apenas do canal V1A de CT, o medidor é calibrado variando a atenuação da linha de tensão empregando para isso a rede de resistores de R14 a R23. Na segunda etapa, com corrente passando pela canal V1B de CT, o pequeno descasamento de ganho entre V1A e V1b pode ser eliminado curto-circuitando-se os resistores apropriados entre R8 e R13. Detalhes completos deste processo de calibração estão disponíveis no documento da Analog.
O circuito apresentado foi projetado para operar numa rede de 240 V com corrente máxima de 40 A. No entanto, com o correto escalamento dos canais 1 e 2 o medidor pode operar com qualquer tensão e qualquer corrente que o projetista deseje. Como o AD7751 possui quatro freqüências de opção para excitar o medidor, uma corrente de até 120 A pode ser conseguida. A corrente básica para este projeto é de 10 A com uma precisão de 1% e uma faixa dinâmica de 400, ou seja, capacidade de registrar correntes de 100 mA a 40 A. O medidor eletromecânico usado tem uma constante de 100 impulsos por kW/hora.
Outro fator a ser considerado é que o AD7751 tem um coeficiente de temperatura de 30 ppm/oC o que significa que na faixa de -20º C a +60º C o erro introduzido será de aproximadamente 0,65%, assumindo-se uma calibração a 25º C.
As características dos transformadores de corrente determinam a faixa de consumos medida. No documento original da Analog estão disponíveis as equações que permitem calcular estes transformadores. Da mesma forma, também devem ser ajustadas as freqüências do AD7751 para a amostragem de modo a se obter uma escala apropriada para o indicador. Isso pode ser feito em duas opções que são 64 x F1 em que se obtém 6400 impulsos por kW/h e 32 x F1 em que se obtém 3 200 impulsos por kW/h . O documento para maiores informações é o AN-563. Nele o leitor também encontrará o layout para a placa de circuito impresso.
