Sensor de Corrente com Arduino

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Transformador de Corrente

O transformador de corrente transmite energia elétrica de um circuito para o outro, de forma que o circuito de entrada induz uma corrente no circuito de saída com valores modificados.

 

 

Para conhecermos o transformador de corrente é importante aprender alguns conceitos básicos da física:

Lei de Ampére

A Lei de Ampère diz que todo condutor por onde flui uma corrente elétrica induz ao seu redor um campo magnético proporcional à corrente.

B= módulo vetor campo magnético(tesla); I= corrente elétrica (A).

 

Leis de Faraday e Lenz

A lei da indução de Faraday diz que um campo magnético variante no tempo induz numa espira uma tensão, e por consequência uma corrente elétrica, proporcional à intensidade do campo magnético.

Corrente induzida na bobina pela variação de campo magnético tem sentidos diferentes.

Diante disto o físico russo Heinrich Lenz estabeleceu que:

• Se houver diminuição do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com o mesmo sentido do fluxo;
• Se houver aumento do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com sentido oposto ao sentido do fluxo.

Esta é a razão da variação de corrente que foi visto acima. Diante destes conceitos é possível entender o funcionamento básico do transformador de corrente.
O transformador de corrente nada mais é que uma bobina onde terá uma corrente induzida pela corrente alternada de um condutor próximo a esta bobina.

A corrente induzida na bobina é inversamente proporcional ao número de espiras dessa bobina. Para este post utilizaremos o transformador de corrente. Este sensor é do tipo não invasivo, ou seja, não é necessário abrir o circuito para realizar a medida de corrente.

Desta forma podemos montar o nosso sensor de corrente. A seguir veja o circuito deste sensor.

Circuito do Sensor de Corrente com Arduino

Um circuito será montado para fazermos a leitura de corrente com o Arduino Uno, porém, o pino analógico do Arduino não realiza leituras de corrente, por isso terá que ser projetado um circuito para converter as leituras de corrente em tensão. Vamos dimensionar este circuito:

– Primeiramente será calculada a corrente máxima (corrente de pico) de entrada do circuito. Sabendo que a corrente eficaz (Ief) máxima a ser medida neste sensor é de 100A, a corrente de pico (Ip) será de:

Ip = Ief * √2 —– Ip = 100 * √2 —— Ip = 141,1 A

– Se checarmos as especificações do sensor em questão, podemos ver que para uma corrente de 100A teremos na saída uma corrente de 50mA. Sendo assim utilizaremos a relação de transformação para determinar o número de espiras na saída do sensor:

N1/N2 = I2/I

N1 = número de espiras do primário;
N2 = número de espiras do secundário;
I1 = corrente no primário;
I2 = corrente no secundário.

Lembrando que como teremos um condutor na entrada, o número de espiras na entrada será igual a 1, logo assim:

1/N2 = 0,05/100 ——— N2 = 2000 espiras

– Agora será calculada a corrente de pico no secundário do sensor de corrente:

N1/N2 = Ipsec/Ipprim ———- 1/2000 = Ipsec/141,1 ——- Ipsec = 0,070A

– Colocando um resistor em paralelo com a bobina (gerador de corrente) teremos uma tensão na saída deste circuito:

O resistor será calculado para uma tensão máxima de 2,5V.

R = Vmáx / Ipsec ——— R = 2,5 / 0,070 —– R = 35,7 Ω —— Valor Comercial: 33 Ω

Utilizando este resistor teremos na saída (Vsaída) do circuito a seguinte forma de onda:

– Como o Arduino não lê valores de tensões negativas será montado um circuito para adicionar 2,5V assim variando a tensão de saída de 0 a 5 V.

O divisor de tensão acima será ligado ao circuito de saída do sensor com o propósito de elevar o nível de tensão DC, ou seja, elevará a onda senoidal em mais 2,5V.

Teremos ainda um capacitor em paralelo ao resistor para que não tenha variação de tensão:

O circuito final ficará desta forma:

Formas de onda:

 

Podemos notar que na saída do circuito (pontos A0 e D) o Arduino poderá ler o sinal analógico de 0 a 5V.

Materiais Necessários

1 Unidade – Sensor de corrente SCT – 013;
1 Unidade – Arduino Uno;
1 Unidade – Protoboard 400 pontos;
1 Unidade – Conector Jack P2;
1 Unidade – Resistor 33 Ω;
2 Unidades – Resistor 10K Ω;
1 Unidade – Capacitor 10uF;
1 Unidade – Jumper Macho Macho

Obs: Utilizar um jack P2 nos terminais do sensor de corrente.

Programa

Explicando o Programa

Primeiramente foi incluída a biblioteca do sensor de corrente e logo em seguida criado um objeto EnergyMonitor sensor, sendo que sensor é a variável deste objeto. Foi atribuído ao pino analógico A0 a variável pin.

Também foram declaradas as variáveis tensão e potência e podemos ver que foi atribuída à variável tensão o valor 127, valor esse que será utilizado para fazermos cálculo de corrente e potência e não por acaso, este é o valor de tensão da rede elétrica.

No trecho acima foram feitas as configurações, onde foi definido o pino analógico e o valor de calibração com o resistor calculado. O cálculo de calibração será o número de espiras no secundário dividido pelo valor do resistor:

2000/33 = 60.606

Também foi iniciada a porta serial com a taxa de comunicação em bps.

Temos o programa iniciado onde a corrente elétrica é calculada com o seu número de amostras e enviada para a variável Irms double Irms = sensor.calcIrms(1500).
Logo em seguida a potência é calculada e enviada para a variável potência.

Em seguida os valores das correntes e potências são enviados para o monitor serial.

Que tal adicionar um display LCD em seu projeto, ou até fazer o monitoramento da corrente elétrica via WIFI? Para saber mais sobre esses e outros assuntos acesse os outros Posts.

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