Objective View versus Subjective View ··································

El generador trifásico de perturbaciones de tensión requiere la medición del voltaje nominal y del voltaje en la carga o equipo en prueba (EUT), para cada fase. Dado que el sistema trifásico para el cual se ha diseñado el generador de perturbaciones tiene un Voltaje nominal fase-neutro de 120Vrms/60Hz, el rango de medición para las entradas de voltaje nominal seria >170 , como criterio de diseño se toma 0-200 , la sensibilidad dependerá de la resolución del sistema de adquisición.

Aunque el objetivo inicial del generador de perturbaciones era producir hundimientos e interrupciones de tensión, como se explicó anteriormente se han realizado pequeñas modificaciones sobre todo en el diseño del transformador para permitir también la generación de Aumentos de tensión con un valor de hasta 200% del voltaje nominal. Por lo tanto el rango de medición para las salidas de voltaje en la carga o equipo en prueba,

seria >340 , como criterio de diseño se toma 0-400 , la sensibilidad dependerá de

la resolución del sistema de adquisición.

Para su diseño e implementación en un principio se propuso utilizar un sensor de voltaje de efecto hall por sus importantes ventajas, pero en su momento el costo era muy elevado. Por lo cual se utilizó un divisor resistivo de Alto Voltaje de Precisión, con un costo asequible. El divisor resistivo de referencia 1776-C81 [67] de CADDOCK Electronics Inc. tiene una precisión muy alta (±0,1%) entre los divisores de tensión en el rango de 2000Vdc. Su resistencia total es de 10MΩ, como se muestra en la Figura 4-5.

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Estos divisores resistivos son formados por la unión en serie de resistencias de ultraprecisión del tipo USF, con tolerancias tan pequeñas como el 0,1% y variaciones en función de la temperatura muy pequeñas, del orden de 2 ppm/°C. Estas especificaciones son muy difíciles y/o casi imposibles de obtener en una construcción discreta.

Adicionalmente, el efecto capacitivo e inductivo en este tipo de divisor resistivo es muy bajo, lo que los hace ideales para metrología y adquisición de voltaje. El inconveniente de esta solución es que no se tiene aislamiento, para cual se requiere el uso de amplificadores de aislamiento en el acondicionamiento de señal.

El diseño del circuito de medición y acondicionamiento de señal de voltaje se presenta en la Figura 4-6. Donde el voltaje AC a medir es conectado al divisor resistivo en sus extremos (terminales 1 y 6), y el voltaje de salida se toma del terminal 3 con una atenuación de 1/100. Debido a que el sensor primario es una resistencia es necesario que el acondicionamiento no produzca efecto de carga, para ello se usa un amplificador de instrumentación ISO-124 [68] de Texas Instruments Incorporated. Este es un amplificador de instrumentación de alta precisión y de alto voltaje de aislamiento. Provee un aislamiento de 1,5KV entre las señales de voltaje de entrada (voltaje nominal red eléctrica y Voltaje en la carga-EUT) y las salidas conectadas a la tarjeta de adquisición.

Nótese que el amplificador de instrumentación ISO-124 tiene ganancia unitaria, lo cual hace necesario que a su salida se diseñe un circuito amplificador. El circuito amplificador conectado a la salida del ISO-124 es un amplificador no-inversor de ganancia variable, porque para las entradas de voltaje nominal el rango necesario de 0-200 , este producirá a la salida del divisor de tensión un voltaje de 2V a plena escala, para aprovechar el rango de entrada de la tarjeta de acondicionamiento (0-10V) se necesita amplificar por 5 veces. Y porque para las entradas de voltaje en la carga o equipo en prueba (EUT) el rango necesario es de 0-400 , se producirá a la salida del divisor de tensión un voltaje de 4V a plena escala, para aprovechar el rango de entrada de la tarjeta de acondicionamiento (0-10V) se necesita amplificar por 2,5 veces. Teniendo en cuenta esto, se dejó la ganancia del amplificador no-inversor variable, esta se puede ajustar/calibrar para cada caso con un trimmer, tal como se muestra en la Figura 4-6.

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Figura 4-6: Diseño del circuito de medición de voltaje. (KiCad)

El amplificador no-inversor usa un amplificador operacional LF442 [69] de Texas Instruments Incorporated, este se escoge porque es un amplificador operacional Dual de bajos: Voffset (<1mV) y Ibias (<50pA). Se adiciona un amplificador entre el amplificador ISO y el amplificador de ganancia. Este es un filtro sallen-key, pasa bajos cuadrático con frecuencia de corte fc=60Khz y ganancia unitaria, para eliminar el ruido de alta frecuencia que pueda contaminar la señal y para que la medición de corrientes y voltajes tengan el mismo ancho de banda.

En la Figura 4-7 se presenta el diseño de la tarjeta de circuito impreso PCB de medición y acondicionamiento de señales de tensión AC. Se tiene que medir y acondicionar tres voltajes AC correspondientes a los voltajes nominales de la red eléctrica, con un rango de medida de 0-200 (de entrada), y un rango de salida de 0-10 , y tres voltajes AC correspondientes a la carga o equipo en prueba (EUT), con un rango de medida de 0-

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Figura 4-7: Diseño de la tarjeta PCB de medición de voltaje. (KiCad)

Nótese la disposición de los divisores resistivos (conectados a través de fusibles de protección), los amplificadores de instrumentación aislados ISO, y de los planos de tierra (En rojo) para garantizar el aislamiento de 1,5KV. Puede observarse que se necesitan dos fuentes aisladas, una para alimentar la etapa de entrada del amplificador ISO y otra para alimentar los circuitos de salida. También puede observarse en la Figura 4-7 y Figura 4-8 la implementación de los filtros PI para eliminar ruido, recomendados en la nota de aplicación del amplificador de instrumentación ISO-124 [68].

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El montaje y conexión del sistema de medición y acondicionamiento de voltajes, en el armario del generador trifásico de perturbaciones de tensión se presenta en la Figura 4-8. En donde se puede ver como se asegura al equipo las dos tarjetas de fuente de alimentación DC aislada no regulada, y la tarjeta PCB de medición de voltaje. Nótese que el cableado es blindado y esta aterrizado a la masa del armario, esto para evitar que las señales de voltaje se contaminen con ruido. Las tarjetas de fuente de alimentación DC y la tarjeta de acondicionamiento de señal tienen indicadores led para que un usuario pueda verificar su estado normal.

4.2 Sistema de Control para el generador trifásico de