Desenvolvimento de analisador de energia monofásico em sistema embarcado

Abstract

O avanço de cargas não-lineares nos sistemas elétricos modernos tem intensificado a degradação da Qualidade da Energia Elétrica (QEE), gerando impactos técnicos e econômicos que vão desde o sobreaquecimento de equipamentos a perdas financeiras significativas. Diante da necessidade de monitoramento contínuo e em conformidade com as normativas vigentes, como o Módulo 8 do PRODIST da ANEEL, este trabalho detalha o desenvolvimento de um protótipo de analisador de energia monofásico de baixo custo. O sistema utiliza um transformador de potencial para medição de tensão e uma bobina de Rogowski para corrente, escolhida por sua linearidade e ausência de saturação. Os sinais são processados por um microcontrolador STM32, que implementa algoritmos para o cálculo em tempo real de parâmetros como tensão e corrente eficazes (Vrms e Irms), frequência, potências ativa (P), aparente (S) e reativa (Q) e fator de potência (FP). A validação experimental do protótipo foi realizada através de ensaios com bancos de cargas resistivas e indutivas, comparando-se os resultados com um analisador de potência Tektronix PA4000 de alta precisão. Os resultados demonstraram desempenho satisfatório, com erros de medição majoritariamente inferiores a 3% para as principais grandezas em condições nominais, validando a viabilidade do protótipo como uma ferramenta prática para o diagnóstico de distúrbios e análise de eficiência energética em instalações de baixa tensão.

The proliferation of non-linear loads in modern electrical systems has intensified the degradation of Power Quality (PQ), leading to technical and economic impacts ranging from equipment overheating to significant financial losses. Faced with the need for continuous monitoring in compliance with current regulations, such as ANEEL’s PRODIST Module 8, this work details the development of a low-cost, single-phase power analyzer prototype. The system employs a potential transformer for voltage measurement and a Rogowski coil for current, chosen for its linearity and lack of saturation. The signals are processed by an STM32 microcontroller, which implements real-time algorithms to calculate parameters such as RMS voltage and current (Vrms e Irms), frequency, active (P), apparent (S), and reactive (Q) power, and power factor (PF). The experimental validation of the prototype was performed through tests with resistive and inductive load banks, comparing the results with a high-precision Tektronix PA4000 power analyzer. The results showed satisfactory performance, with measurement errors mostly below 3% for the main parameters under nominal conditions, thus validating the prototype’s feasibility as a practical tool for diagnosing disturbances and analyzing energy efficiency in low-voltage installations.