Método de muestreo de señal de baja frecuencia implementado en un controlador de PLC dedicado a aplicaciones en la monitorización de dispositivos eléctricos seleccionados
Autores: Jaraczewski, Marcin; Mielnik, Ryszard; Gbarowski, Tomasz; Suowicz, Maciej
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Método de muestreo de señal de baja frecuencia implementado en un controlador de PLC dedicado a aplicaciones en la monitorización de dispositivos eléctricos seleccionados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Sistemas de energía
Dispositivos eléctricos
Calidad de la energía
Muestreo de baja frecuencia
Cantidades eléctricas
Frecuencia de muestreo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 47
Citaciones: Sin citaciones
Altos requisitos para sistemas de energía, y por lo tanto para dispositivos eléctricos utilizados en procesos industriales, hacen necesario garantizar una calidad de energía adecuada. Los principales parámetros del sistema de energía incluyen los valores eficaces de la corriente, voltaje, y potencia activa y reactiva consumida por las cargas. En artículos anteriores, los autores investigaron el uso de muestreo de baja frecuencia para medir estos parámetros del sistema de energía, mostrando que el método puede implementarse fácilmente en microcontroladores simples y PLCs. Este artículo discute los métodos de medición de cantidades eléctricas por dispositivos con baja eficiencia computacional y baja frecuencia de muestreo de hasta 1 kHz. No es obvio que la señal de 50-500 Hz pueda procesarse utilizando la frecuencia de muestreo de f = 47.619 Hz porque desafía el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon. Este teorema establece que una reconstrucción de una señal muestreada solo es posible garantizarla para una banda de límite f < f, donde fmax es la frecuencia máxima de una señal muestreada. Por lo tanto, teóricamente, ni 50 ni 500 Hz pueden identificarse mediante un muestreo de baja frecuencia. Aunque resulta que si tenemos un período más largo de una señal multiarmónica estable, que está limitada en banda (desde la parte inferior y superior), nos permite mapear esta banda a las frecuencias más bajas, por lo tanto es posible usar la proporción de muestreo más baja y aún obtener información suficientemente precisa de sus armónicos y valor eficaz. El uso del aliasing con fines de medición no se utiliza a menudo porque se considera un fenómeno perjudicial. En nuestro trabajo, se ha utilizado para fines de medición con buenos resultados. La principal ventaja de este nuevo método es que logra un equilibrio entre la potencia de procesamiento del PLC (que es moderada o baja) y la precisión en el cálculo de los indicadores de señal eléctrica más importantes como potencia, valor eficaz y factor de distorsión de señal sinusoidal (por ejemplo, THD). Se puede lograr a pesar de un efecto de aliasing que hace que diferentes frecuencias se vuelvan indistinguibles. El resultado de la investigación es una propuesta de reducción de error en el método de medición de baja frecuencia implementado en PLCs compactos. Las pruebas de laboratorio realizadas en un controlador PLC compacto Mitsubishi FX5 confirmaron la corrección del método propuesto para reducir el error de medición.
Descripción
Altos requisitos para sistemas de energía, y por lo tanto para dispositivos eléctricos utilizados en procesos industriales, hacen necesario garantizar una calidad de energía adecuada. Los principales parámetros del sistema de energía incluyen los valores eficaces de la corriente, voltaje, y potencia activa y reactiva consumida por las cargas. En artículos anteriores, los autores investigaron el uso de muestreo de baja frecuencia para medir estos parámetros del sistema de energía, mostrando que el método puede implementarse fácilmente en microcontroladores simples y PLCs. Este artículo discute los métodos de medición de cantidades eléctricas por dispositivos con baja eficiencia computacional y baja frecuencia de muestreo de hasta 1 kHz. No es obvio que la señal de 50-500 Hz pueda procesarse utilizando la frecuencia de muestreo de f = 47.619 Hz porque desafía el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon. Este teorema establece que una reconstrucción de una señal muestreada solo es posible garantizarla para una banda de límite f < f, donde fmax es la frecuencia máxima de una señal muestreada. Por lo tanto, teóricamente, ni 50 ni 500 Hz pueden identificarse mediante un muestreo de baja frecuencia. Aunque resulta que si tenemos un período más largo de una señal multiarmónica estable, que está limitada en banda (desde la parte inferior y superior), nos permite mapear esta banda a las frecuencias más bajas, por lo tanto es posible usar la proporción de muestreo más baja y aún obtener información suficientemente precisa de sus armónicos y valor eficaz. El uso del aliasing con fines de medición no se utiliza a menudo porque se considera un fenómeno perjudicial. En nuestro trabajo, se ha utilizado para fines de medición con buenos resultados. La principal ventaja de este nuevo método es que logra un equilibrio entre la potencia de procesamiento del PLC (que es moderada o baja) y la precisión en el cálculo de los indicadores de señal eléctrica más importantes como potencia, valor eficaz y factor de distorsión de señal sinusoidal (por ejemplo, THD). Se puede lograr a pesar de un efecto de aliasing que hace que diferentes frecuencias se vuelvan indistinguibles. El resultado de la investigación es una propuesta de reducción de error en el método de medición de baja frecuencia implementado en PLCs compactos. Las pruebas de laboratorio realizadas en un controlador PLC compacto Mitsubishi FX5 confirmaron la corrección del método propuesto para reducir el error de medición.