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Análise Harmônica Usando o ADE9000 da Analog Devices (COMD008)

A análise harmônica, importante em aplicações como o controle e monitoramento da qualidade de energia, reguladores, AFE (Active Front-End) em conversores etc., normalmente é realizada por equipamentos que possuam recursos complexos de processamento e computação. Neste artigo, baseado no Application Note AN-1483 da Analog Devices, analisamos o uso do ADE9000 neste tipo de aplicação, lembrando que este componente é disponibilizado pela Mouser Electronics em https://br.mouser.com/Analog-Devices/ADE9000ACPZ  onde também pode ser obtido o datasheet e a versão original em inglês do datasheet.

Na análise harmônica, importante nas tarefas que descrevemos na introdução, normalmente temos que realizar uma série de processamentos e computações com sinais a serem analisados.

Esses sinais devem então passar por um ADC com recursos especiais que envolvem uma taxa apropriada de amostragem e ainda aplicada uma janela nos dados de modo a tornar coerente os dados obtidos.

Este procedimento dificulta a aplicação da transformada de Fourier porque o número de amostragens dos dados não é exatamente um número inteiro múltiplo de 2n.

Neste ponto entra em ação o circuito integrado medidor ADE9000 da Analog Device que tem recursos que lhe permite aplicar a transformada de Fourier coerentemente ou não coerentemente usando um recurso de buffer de forma de onda.

Neste processo o buffer amostra uma certa quantidade de dados e fornece um conjunto de calores para o processo de aplicação da transformada de Fourier. Assim, obtém-se em sua saída uma informação que tanto contém o sinal fundamental como todas as harmônicas.

O ADE9000, além disso, faz com que o sinal a ser medido passe por uma filtragem e o ganho varia de acordo com a frequência. Com isso é possível atenuar sinais além dos 500 Hz. Recursos apropriados podem ser introduzidos na medida das frequências que são afetadas por este processo.

 

 

Figura 1 – A ferramenta de avaliação EVAL-ADE9000
Figura 1 – A ferramenta de avaliação EVAL-ADE9000 | Clique na imagem para ampliar |

 

No Application Note NA-1483 diversas informações importantes para o uso do ADE9000 são dadas como o detalhamento do processo de amostragem coerente 7 não coerente, o modo de seu medir o conteúdo fundamental e harmônico de um sinal, a resposta de ganho e o filtro do ADE9000 e muito mais.

Na documentação da Analog temos diversos gráficos e tabelas que retratam o funcionamento do circuito analisado. Uma delas, mostrada na figura 2, por exemplo, mostra a resposta a resposta a terceira harmônica com o uso de um Gerador de Sinais específico.

 

Figura 2 – Resposta a terceira harmônica com o gerador de sinais NI PXI 4461
Figura 2 – Resposta a terceira harmônica com o gerador de sinais NI PXI 4461

 

Outra informação importante que encontramos na documentação analisa é a resposta de ganho do filtro digital do ADE9000, mostrada na figura 3.

 

Figura 3 – Porcentagem de erro de ganho do ADE9000
Figura 3 – Porcentagem de erro de ganho do ADE9000

 

No application note temos ainda uma tabela que mostra a performance do filtro para frequências de 50 Hz a 3150 Hz e de 60 Hz a 3300 Hz.

 

Descrição

O ADE9000 consiste num dispositivo de alta precisão, totalmente integrado, multifase para o monitoramento de qualidade de energia.

 

Destaques:

- 7 ADCs de 101 dB SNR

- Desvio máximo por canal de +/- 25 ppm,/oC.

- Realiza medidas de qualidade de energia com compliance com a IEC61000-4-30 Classe 5

- Suporta sensores Rogoswski de bobina (di/dt)

- Serial interface de 20 MHz

- Sensor de temperatura integrado com registrador de aproximação sucessiva de 12 bits.

 

Na figura 4 temos um circuito de aplicação típico.

 

Figura 4 – Circuito de aplicação
Figura 4 – Circuito de aplicação

 

No datasheet encontramos todo o detalhamento das funções e as formas de sinal para seu uso.

Na figura 5 temos o invólucro com a identificação das funções dos pinos.

 

Figura 5 – Invólucro
Figura 5 – Invólucro

 

 

Diversos gráficos de desempenho completam o datasheet, com todas as informações que o projetista precisa para trabalhar com este componente.

Completamos com um circuito de teste que é mostrado na figura 6.

 

Figura 6 – Circuito de teste.
Figura 6 – Circuito de teste.

 

Uma parte importante das informações dadas no datasheet é a teoria completa da operação do dispositivo, com diagramas funcionais. São mais de 50 páginas de detalhamento, de grande importância para o projetista.

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