Título :	Desarrollo e implementación de un analizador de calidad de energía con base en FPGA para motores trifásicos
Autor(es):	Martin Jonathan Molano Clemente
Palabras clave:	Alimentación trifásica Armónicos Calidad de la energía Harmonics Power quality Three-phase power
Área:	INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Fecha de publicación :	dic-2013
Facultad:	Facultad de Ingeniería
Programa académico:	Maestría en Ciencias (Instrumentación y Control)
Resumen:	El objetivo principal de este trabajo es el desarrollo de un analizador de calidad basado en la tecnología FPGA para ayudar a la evaluación de la calidad de energía en sistemas trifásicos, ya que en los últimos años el crecimiento de las redes de distribución de energía, las cargas no lineales en el sistema y el uso de motores pueden provocar efectos a la red eléctrica, los cuales pueden tener un efecto muy significativo en el presupuesto a nivel industrial. Una deficiencia en la calidad de energía puede provocar costo de un mantenimiento frecuente, fallas en los equipos, paros de producción y multas por la compañía de suministro de energía. El desarrollo del presente trabajo muestra la metodología utilizada para el desarrollo del instrumento que incluye, el diseño de un circuito de acondicionamiento para las señales de alta corriente y voltaje que a su vez describe la etapa para aislar la parte de potencia con la electrónica. Así también se describe los protocolos de comunicación para los periféricos como el sistema de adquisición de datos, y el puerto para transmisión de datos. Una vez con los datos adquiridos por el sistema se procede a la implementación del diseño de hardware en el FPGA, el diseño describe el control principal para las diferentes tareas que realiza el analizador de calidad de energía, describe operaciones para el cálculo de índices de calidad de energía, con el resultado del diseño implementado observar las perturbaciones en la red examinando las variaciones en los índices de calidad de energía. El diseño de hardware es basado en las normas IEC 61000-4- 30 y IEC 61000-4-7, los cuales describen los métodos de medición de calidad de energía de forma técnica y métodos para el cálculo de armónicos e interarmónicos y la instrumentación. El dispositivo realiza el cálculo de voltaje pico, voltaje RMS, corriente pico, corriente RMS, factor de cresta, cálculo de interarmónicos y THD para cada uno de los canales de medición. También realiza el cálculo de potencia activa y potencia aparente para cada par de medición de corriente y voltaje. Los resultados de los cálculos fueron comparados con respecto a señales simuladas y se observó un error menor de 1% para cada índice de calidad con respecto al cálculo en el software Matlab, pero presentó mayor error cuando se implementó con el circuito de acondicionamiento, ya que los traductores no lineales presentan un error en la medición y ruidos producidos por los elementos del circuito de acondicionamiento, es por esto que un análisis profundo en este sistema es adecuado. De manera general el dispositivo sigue los requerimientos de las normas y es una forma viable para la evaluación de la calidad de energía. The main objective of this work is the development of a power quality analyzer based on FPGA technology to assist the evaluation of the quality of power in three-phase systems, since in recent years the growth of power distribution networks, the nonlinear loads in the system and the use of motors may cause electrical network effects, which can have a very significant effect on the industry-wide budget. A deficiency in power quality can cause frequent maintenance cost, equipment failures, production stoppages and fines for power supply company. The development of this work shows the methodology used for development of the instrument including the design of a circuit signal conditioning for high current and voltage which in turn describes the stage to isolate the power to the electronics. Well describes the communication protocols for peripherals such as the data acquisition system, and the port for data transmission. Once the data acquired by the system proceeds to the hardware implementation of the design in the FPGA, the design describes the primary control for the different tasks performed by the power quality analyzer, described operations to calculate quality indices energy , with the result of the design implemented disturbances observed in the network by examining the variations in power quality indices . The hardware design is based on IEC 61000-4-30 and IEC 61000-4-7, which describe the methods of measuring power quality technical manner and methods for the calculation of harmonics and interharmonics and instrumentation. The device performs the calculation of peak voltage, RMS voltage, peak current, RMS current, crest factor, and THD calculation interharmonics for each measurement channel. Also calculates active power and apparent power for each pair of current and voltage measurement. The results of the calculations were compared with respect to simulated signals and found an error less than 1 % for each quality index with respect to the calculation in Matlab software, but had higher error when implemented with conditioning circuit as nonlinear translators present a measurement error and noise produced by the conditioning circuit elements, which is why a thorough analysis in this system is adequate. Generally the device follows the requirements of the rules and is a viable way to assess the power quality.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/529
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