EVALUACIÓN DEL INSTRUMENTO
5.3 Evaluación de costos y rentabilidad 1 Costo de materiales
5.3.4 Gastos por mantenimiento
Al ser un equipo de pocos elementos, el mantenimiento es mínimo, pero si se requiere de especial cuidado con las conexiones, aunque se manejan conectores BNC para el A622 hacia la TAD, es conveniente no someter al equipo a un uso rudo, pues esto puede reducir la vida útil de las puntas de corriente.
La punta de corriente A622 utiliza una batería de 9V, la cual se recomienda cambiar después de 8 horas de operación.
5.3.5 Rentabilidad
El equipo, ofrece muchos beneficios, cubre necesidades que hoy en día se dejan a la deriva en el plan de trabajo de los maestros, por no contar con el equipo apropiado. Requiere de poco mantenimiento, su costo es bajo, por lo que un alumno, maestro o investigador podría contar con uno para uso personal ya sea para ocuparlo dentro o fuera de la institución educativa.
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CONCLUSIONES
Este proyecto expuso el diseño de un Analizador de Espectros a partir de una Tarjeta de Adquisición de Datos desarrollada con un FPGA. El analizador se propuso para aplicaciones de medición de Armónicos para Líneas Monofásicas con capacidad de medir la distorsión los primeros 42 armónicos.
Se propuso que a partir de un muestreo de 100 puntos con una resolución de 8 bits se podía medir el RMS de cada armónico. En base a los resultados obtenidos en la valoración del equipo, se obtuvieron valores cercanos a los del equipo 6811B.
Se mostró que a pesar de tener pocos puntos, esto no afecta de manera significativa en el cálculo de la magnitud de los armónicos. Por lo tanto el prototipo desarrollado bajo la propuesta de diseño en viable y puede cubrir necesidades de medición de armónicos en líneas monofásicas hasta el armónico 42 con lo que se determina la distorsión de la corriente.
Como resultado, se tiene un equipo al alcance de alumnos, profesores e investigadores que necesiten medir el comportamiento de la corriente ante la presencia de cargas lineales y no lineales de corriente alterna.
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BIBLIOGRAFÍA
Libros de consulta
Daniel W. Hart. “Electrónica de Potencia”, Madrid. Prentice Hall. 2001.
Haykin, Van Veen. “Señales y sistemas”, México, D.F. Editorial Limusa, S.A. de C.V , 2004.
Ing. Andres M. Karcz. “Fundamentos de Metrología Eléctrica”. Tomo III. Ed. Alfaomega S.A. de CV. 1994.
Rober F. Coughlin. “Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales”. México. Prentice Hall, 5ta. Ed, 1999.
J. María Angulo. “dsPIC Diseño práctico de aplicaciones”, España. Mc Graw Hill, 2006.
James D. Broesch. “Practical Programable Circuit”. Academic Press, Inc. 1991.
M. Morris Mano. “Diseño digital”, México. Pearson Educación, 2003.
David G. Maxinez. “VHDL El arte de programar sistemas digitales”, México. CECSA, 2003.
Tesis recomendada
MI Carlos Sagrero Gutiérrez, “Análisis Diseño y Construcción de un Convertidor Conmutado PWM tipo CUK empleado como Corrector del Factor de Potencia”, Instituto Tecnológico de Minatitlán, 2006.
Paginas de Internet recomendadas
http://www.xilinx.com/
http://www.digilentinc.com/Products/Detail.cfm?Prod=S3BOARD http://www.digilentinc.com/Data/Products/S3BOARD/S3BOARD_RM.pdf http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/346669145AD1674_c.pdf http://www.tek.com/site/ps/0,,60-15081-INTRO_EN,00.htmlhttp://www.isotest.es/web/Soporte/catalogos/fluke/fluke%2043b.pdf
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GLOSARIO
Acondicionamiento Analógico. Está integrado por el Transductor, el Amplificador Inversor. Tiene la finalidad de establecer los valores óptimos para que el Convertidor Analógico Digital reciba un nivel de tensión entre 3.5 y 4.5V.
Acondicionamiento Digital. Esta integrado por un buffer de tipo CMOS con compatibilidad de TTL.
Alias. Es una frecuencia baja a consecuencia de un muestreo lento.
Amplificador Inversor. Es un arreglo de un Amplificador Operacional, cuya ganancia depende de la relación de resistencia de retroalimentación y la resistencia de entrada. Es utilizada para establecer la ganancia adecuada para que el Convertidor Analógico Digital reciba una tensión entre 3.5V a 4.5V.
Amplitud. Es la medida entre la media de la señal y el valor máximo.
Analizador de Espectros. Es un instrumento que tiene como entrada una señal en el dominio del tiempo y proporciona una análisis de los armónicos de la misma en el dominio de la frecuencia.
Armónicos. Son frecuencias múltiplos a la frecuencia fundamental de 60Hz.
Arquitectura. Define el circuito interno conectado a la interfaz, desde el punto de vista de la función que realiza o de la estructura de las conexiones entre sus componentes.
Buffer. Acondicionamiento digital utilizado para asegurar los niveles de tensión óptimos entre dos etapas digitales.
Carga. Se le denomina al elemento que es conectado en una toma de tensión y por el que fluye una corriente.
Carga Lineal. Se le denomina a la carga que demanda una corriente de la misma naturaleza de la fuente de tensión que lo alimenta.
Carga no Lineal. Se le denomina a la carga que demanda una corriente de diferente naturaleza a la tensión que la alimenta.
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Comunicación serial. Se transmite por 2 hilos, utiliza el protocolo RS232. Se transmite un byte en 10 bits a 9600 bauts.
Corriente Armónica. Es aquella que se manifiesta dentro de un sistema eléctrico a una frecuencia múltiplo de la fundamental.
Corriente Eficaz. Es la resultante de la contribución de todas las corrientes armónicas.
Corriente Pico. Es el valor máximo que puede alcanzar la corriente durante un ciclo.
Digitalización. Consiste en muestrear, cuantificar y codificar una señal analógica para asociarla con un valor digital.
Distorsión Armónica Total Fundamental. Es la relación entre el contenido armónico de la señal y la primera armónica o fundamental. Su valor se ubica entre 0% e infinito. También es conocido como THD.
Distorsión Armónica Total RMS. Proporciona la relación entre el contenido armónico de la señal y su valor eficaz. Su valor se ubica entre 0% y 100%. También se conoce como thd.
Distorsión de Demanda Total. Es la relación entre la corriente armónica y la demanda máxima de la corriente de carga.
Entidad. Define la interfaz del circuito con el exterior, dando nombre y dirección a los puertos de entrada y salida con la sentencia “Port”.
FFT (Fast Fourier Transform). Es la sigla de Transformada Rápida de Fourier, son algoritmos matemáticos que simplifican el cómputo de la Transformada Discreta de Fourier.
FPGA (Field Programmable Gate Arrive). Es un dispositivo programable de arreglo de compuertas. Se caracteriza por su capacidad de paralelismo y es un dispositivo que se programa por descripción de hardware.
Frecuencia de Muestreo. Ésta frecuencia es de 6kHz y corresponde a la frecuencia en la que se adquiere cada muestra de la corriente.
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Frecuencia Fundamental. Ésta frecuencia es la correspondiente a la línea de corriente alterna y corresponde a 60Hz.
Fuente de Alimentación. Proporciona los niveles de voltaje de corriente directa necesarios para energizar los diferentes dispositivos que componen la Tarjeta de Adquisición de Datos.
Ganancia. Es el incremento que proporciona el Amplificador Inversor al voltaje proporcionado por el Transductor y que es entregado al Convertidor Analógico Digital.
Instrumento de medición. Se refiere al equipo de medición que proporciona información visual de una señal medida.
Instrumento Patrón. Es el instrumento utilizador como valor verdadero, con el cual es comparado un Instrumento para su comparación o ajuste.
Interfaz RS232. Esta interfaz consta de dos líneas de comunicación, las cuales son cruzadas para lograra que Tx1 se conecte con Rx2 y Rx1 se conecte con Tx2.
Latch. Es la representación en VHDL de un buffer que retiene datos provenientes del Convertidor Analógico Digital y los retiene a la salida en cada flanco de bajada de la línea STS del mismo.
Lenguaje VHDL. Es un Lenguaje de Descripción de Hardware, que utiliza una estructura librería, entidad y arquitectura, el cual fue estandarizado por la IEEE.
Lenguaje Visual Basic 6.0. Es un lenguaje de alto nivel, utiliza una interfaz gráfica en ventanas para su programación.
Lenguaje HDL (High Description Hardware). Es la denominación a los lenguajes utilizados para Descripción de Hardware de los Dispositivos Lógicos Programables.
Librería. Es un conjunto de subprogramas desarrollador por el fabricante del software de VHDL, cuya finalidad es facilitar la programación por parte del usuario.
Línea de Corriente Alterna. Es la que proporciona el suministro de tensión, para una línea monofásica 127 V RMS con capacidad de demanda de 30 A.
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Medidor de Calidad de la Energía. Son instrumentos que proporcionan información del estado de la tensión que alimenta una carga y mide parámetros (voltaje, corriente, distorsión, factor de potencia, etc.) que determinan en que condiciones se esta consumiendo la corriente.
Muestreo. Éste proceso consiste en tomar N puntos discretos de la señal analógica a tiempos equidistantes.
Norma CFE L000-45. Norma mexicana, “Perturbaciones permisibles en las
formas de onda de tensión y corriente del suministro de energía eléctrica”
concerniente a la distorsión armónica permisible.
Norma IEEE-519. Norma de los Estados Unidos de América, “Prácticas recomendadas y requerimientos para el control de armónicas en sistemas
eléctricos de potencia” define entre sus puntos los valores máximos de
distorsión permisible.
Resolución en Frecuencia. Se refiere a la frecuencia mínima (60Hz) que el Analizador de Espectros puede determinar los armónicos de una señal de corriente.
SAR. Denominado Registro de Aproximaciones Sucesivas, es un método de conversión del Convertidor Analógico Digital, en el que se utiliza un proceso de incremento y comparación.
Serie de Fourier. Representa una señal periódica como una suma de señales senoidales.
Síntesis. Es un proceso en el que se traduce el código VHDL a código del FPGA, durante este proceso se genera un archivo de extensión .bit
Tarjeta SPARTAN 3. Es una tarjeta comercial de la compañía DIGILENT, contiene un FPGA XC3S200 de la familia SPARTAN3, y accesorios como interfaz RS232, memoria PROM y líneas de expansión para conexión con otras tarjetas.
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Tarjetas de Adquisición de Datos. Es un desarrollo basado en el FPGA XC3S200, se compone de un Amplificador Inversor, una Tarjeta de ADC y la Tarjeta SPARTAN3, con sus respectivas fuentes de alimentación.
TDF (Transformada Discreta de Fourier). Se refiere al análisis de Fourier en el que se determina la amplitud de los armónicos de una señal.
Transductor. Es un dispositivo que convierte una señal en otra en forma proporcional.
Validación. Es un proceso por pedio del cual, se compara el equipo desarrollado con un instrumento patrón, para verificar que las mediciones que proporcionan ambos equipos sean similares.
Valor Eficaz. Se aplica a las señales que están compuestas por armónicos y se calcula aplicando la raíz cuadrada a la suma de los cuadrados de cada armónico en valor eficaz.
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