Pruebas del sistema de adquisición

Estas pruebas consisten en un seguimiento de las señales de tensión y corriente captadas por los sensores a través de los circuitos de acondicionamiento, desde que ingresan a los seguidores de tensión, hasta cuando son adquiridas por el conversor analógico digital (ADC) del controlador digital de señales.

4.1.2.1. Prueba etapa restadora

La primera prueba que se realizó fue validar el funcionamiento de la etapa restadora que permite la adquisición de tensiones de línea. Bajo esta configuración, la referencia es proporcionada por la fuente de alimentación DC que alimenta la tarjeta. Se habilita en la tarjeta el conector correspondiente a las configuraciones bifásicas o en delta, así como también, el que selecciona el rango de tensión en 277 V por tratarse de una señal de entrada trifásica de 120 V fase-tierra. La Figura 4.6.a presenta las tensiones de línea de 208 V medidas con el PQA 824, por su parte, la Figura 4.6.b representa la señal introducida al conversor producto de la resta de las tensiones de fase de los canales de entrada de tensión A y B de la tarjeta. Las gráficas garantizan el correcto funcionamiento de la etapa restadora.

a) b)

Figura 4.6. Tensiones de línea de 208 V. a) Medida PQA 824. b) Medida por el ADC.

4.1.2.2. Prueba etapa de amplificación y nivel DC

Con el propósito de corroborar el funcionamiento del circuito amplificador y sumador, se configuró el generador de señales como entrada a los circuitos de acondicionamiento de tensión y corriente simulando la salida que producirían los sensores, y se realizan

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variaciones de amplitud y frecuencia para determinar su respuesta y corroborar que los valores de ganancia y nivel DC generados por el amplificador de instrumentación AD620 concuerdan con los parámetros de diseño establecidos para aprovechar el rango dinámico del ADC de (DSC).

La primera prueba consiste en ingresar a la entrada del circuito de acondicionamiento de tensión, una tensión pico del generador de señales de 666 mV, magnitud que equivaldría en la rama de baja tensión del divisor para una entrada de 480 V en la rama de alta tensión. Se selecciona en la tarjeta entonces el rango nominal de tensión de 480 V y se calibra el trimmer la tensión de referencia DC correspondiente para obtener un valor de ganancia de 2,25 y un nivel de offset de 1,5 V. Bajo estas condiciones se espera que el amplificador mantenga los factores de ganancia y nivel DC constantes ante variaciones de la tensión de entrada. En la Figuras 4.7.a-c se muestran las relaciones entre la tensión RMS inyectada por el generador y la tensión de salida RMS del circuito del amplificación.

a) b)

c)

Figura 4.7. Relación para tensiones antes y después de la etapa de amplificación. a) Canal A de tensión. b) Canal B de tensión. c) Canal C de tensión.

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Se puede observar que las señales tienen aproximadamente la misma pendiente, es decir que poseen el mismo valor de ganancia independientemente de la amplitud de la señal de entrada. Bajo este supuesto, se garantiza que se cumplen con las especificaciones de amplificación para el rango de tensión seleccionado.

Por su parte, los resultados que reflejan las variaciones del nivel DC en cada uno de los canales durante el barrido de tensión realizado, se muestran en la Figura 4.8.

Figura 4.8. Nivel DC de salida del circuito de amplificación y nivel offset de tensión de entrada.

El nivel DC para cada uno de los canales permanece constante con pequeñas variaciones a lo largo del rango de incursión, dichas variaciones como se verá más adelante, se traducen en imprecisiones en la estimación del valor pico de la tensión de entrada.

Se realizó la misma prueba para el circuito de amplificación y nivel DC de las señales de corriente. Por lo tanto, se ingresa a la entrada del circuito de acondicionamiento de corriente, una tensión pico del generador de señales de 565 mV, magnitud que equivaldría en la salida de la pinza amperimétrica, a una entrada de 40 A de la corriente de línea. Se selecciona en la tarjeta entonces el rango nominal de tensión de 40 A y se calibra el trimmer la tensión de referencia DC correspondiente para obtener un valor de ganancia de 2,65 y un nivel de offset de 1,5 V. Bajo estas condiciones se espera que el amplificador mantenga los factores de ganancia y nivel DC constantes ante variaciones de corriente de entrada. En la Figuras 4.9.a-c se muestran las relaciones entre la tensión RMS inyectada por el generador y la tensión de salida RMS del circuito del amplificación.

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a) b)

c) d)

Figura 4.9. Relación para tensión antes y después de la etapa de amplificación. a) Canal A de corriente. b) Canal B de corriente. c) Canal C de corriente. d) Canal D de corriente.

De igual manera, se puede observar que las señales tienen aproximadamente la misma pendiente, es decir que poseen el mismo valor de ganancia independiente de la amplitud de la señal de entrada. Bajo este supuesto, se garantiza que se cumplen con las especificaciones de amplificación para el rango de corriente seleccionado.

Por su parte, los resultados que reflejan el comportamiento del nivel DC en cada uno de los canales de entrada de corriente durante el barrido realizado, se muestran en la Figura 4.10. El nivel DC permanece constante con pequeñas variaciones que se traducen en imprecisiones en la estimación del valor pico de la corriente de entrada, ya que estas no son tenidas en cuenta por el bloque de procesamiento, el cual siempre resta un valor fijo de 1,5 V a las señales que son digitalizadas.

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Figura 4.10. Nivel DC de salida del circuito de amplificación y nivel offset de corriente de entrada.

4.1.2.3. Prueba filtro antialiasing

Se probó también con señales de diferentes frecuencias para determinar el funcionamiento del filtro anti-aliasing. Se realizaron pruebas para el rango de interés, frecuencia de corte y superiores para evidenciar la atenuación de las señales de entrada. La señal de entrada del generador de señales al filtro correspondiente al canal de tensión, es una en una señal sinusoidal de 670 mV, equivalente en la rama de alta tensión del divisor a 480 V-RMS. Como se observa en la Figura 4.11 la señal no sufre ninguna distorsión en el

rango de 0 a 2,4 kHz, a partir de 2,7 kHz se empieza a presentar una atenuación de la señal de entrada, y una atenuación de -3 dB en la frecuencia de corte de diseño equivalente 3,4 kHz, por lo que la amplitud de la señal se ve afectada a un factor de 0,7071. Para frecuencias mayores, por ejemplo a la frecuencia de muestreo, se tiene una atenuación de aproximadamente de -30 dB, garantizando un comportamiento del filtro similar a las simulaciones realizadas.

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La Figura 4.12 presenta la respuesta en frecuencia del filtro empleado en los canales de corriente, la señal ingresada en este caso por el generador de señales para ocupar la totalidad del rango dinámico es 570 mV en el rango de 40 A. Al poseer los mismos elementos del filtro de tensión, presenta un comportamiento idéntico en el rango de frecuencias de estudio, se espera por lo tanto, la misma respuesta de los 5 filtros de los canales restantes de entrada de corriente y tensión.

Figura 4.12. Respuesta del filtro antialiasing del canal de corriente A.

Cabe mencionar que a la salida de los circuitos seguidores de tensión no se evidenció distorsión de la señal de entrada, presentando esta etapa un adecuado comportamiento.