Analizadores de Redes Eléctricas
Analizador de redes eléctricas: instrumento que permiten al usuario caracterizar el comportamiento lineal y no lineal de redes eléctricas de alta frecuencia.
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Analizadores de redes eléctricas
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Analizadores de redes eléctricas AHM1 BACNet IP
El analizador de redes AHM1 esta diseñado para el cálculo y la medida de las variables eléctricas de una red tales como tensión, corriente, frecuencia, potencia, factor de potencia, energía, componentes armónicos, etc. Memoria de 8 MB incorporada. Protocolo BACNET. Protocolo BACNet: Building Automation and Control Networks. Es un protocolo de comunicación de datos diseñado para comunicar entre sí a los diferentes dispositivos electrónicos presentes en los edificios actuales. Aplicaciones:
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Analizadores de redes eléctricas
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Analizadores de redes eléctricas SAM3000
El analizador de redes SAM3000 pertenece a la nueva generación de equipos de monitorización de parámetros eléctricos, con capacidad para hacer mediciones en tiempo real, medir la energía o analizar la calidad de la red con monitorización de estados y funciones de alarma disponibles. Este analizador está compuesto por una pantalla (opcional), un modulo de comunicaciones (opcional), un módulo de medida y un módulo de alimentación. Mide hasta 32 circuitos trifásicos y 96 circuitos monofásicos.
Ficha técnica SAM3000 |
Analizadores de redes eléctricas
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Analizadores de redes eléctricas AHM1RC
Ficha técnica AHM1-RC |
Analizadores de redes eléctricas
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Analizadores de redes eléctricas AHM1 • Comunicación RS485 (integrada) • Comunicación Ethernet (opcional) • Conexión web server gratuito • Armónicos 1-33 • Memoria incorporada 8 megas • Entradas y salidas digitales Ficha técnica AHM1 |
Analizadores de redes eléctricas
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Analizadores de redes eléctricas AHM1-B & AHM1-BC
Las líneas AHM1-BC y AHM1-B se caracterizan por ser productos más básico que no sacrifican la precisión y se puede resaltar en ellos su precio más bajo. Descripción AHM1-BC • Comunicación RS485 (integrada) • Armónicos 1-33 Descripción AHM1-B • Armónicos 1-33 Ficha técnica AHM1-BC & AHM1-B |
Analizadores de redes eléctricas
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Analizadores de redes eléctricas AHM3 • Comunicación RS485 (integrada) • 4 Interfaces de módulos para combinar • 13 módulos opcionales • 4 módulos de comunicación • 1 módulo de memoria 8 megas • 2 módulos de entradas y salidas análogas • 4 módulos de entradas y salidas digitales • 2 módulos de medida de temperatura • Armónicos RMS 1-63 • Muestra forma de onda en la pantalla Manual Ficha técnica AHM3 |
Analizadores de redes eléctricas en DC
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Analizadores de redes eléctricas en DC AR3DC Instrumento con microprocesador, programable, con display LCD para indicación de medidas. • Instrumento Din modular • Corriente continua • Salida serie RS485 • 1 salida de contacto • Medida alternativa de los valores cada 2s Ficha técnica AR3DC |
Analizadores de redes en DC
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Analizadores de redes eléctricas en DC AR4DC Diseñado para la medida de tensión, corriente, potencia y energía en sistemas de corriente continua usando sensores de efecto hall • Instrumento Din modular • Sensores de efecto hall: 9 corrientes (básico) • Ampliables a 33 corrientes • Corriente continua • Salida serie RS485 • Energía bidireccional • Opcional 4 entradas y dos salidas digitales Ficha técnica AR4DC |
Analizador de calidad de redes
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Analizadores de calidad de redes eléctricas VDL • Portátil • Calcula y registra en memoria la tensión de red y monitoriza hasta 10.880 eventos que pueden ocurrir en una red monofásica (cortes, huecos y sobretensiones). • Red monofásica hasta 265V • Controla la tensión de un suministro eléctrico tipo residencial o doméstico. • Mide el registro de calidad de suministro, adecuado para campañas masivas. Ficha técnica VDL |
Analizador de redes eléctricas
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Analizadores de redes eléctricas NR30 y NR30IoT
Analizador de redes destinado a mediciones directas (hasta 63A) e indirectas en sistemas trifásicos 4 hilos / 3 hilos balanceados y no balanceados.
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Analizadores de redes eléctricas: ¿Qué son y a quiénes le sirven?
¿Qué son los analizadores de redes eléctricas?
La necesidad de medir las fases y las magnitudes.
Aplicaciones de los analizadores de redes
Líneas de transmisión
Eficiencia en la transferencia de potencia
Caracterización de los dispositivos de alta frecuencia
Parámetros de reflexión
Analizadores de red en la industria de la energía y la construcción
¿Qué son los analizadores de redes eléctricas?
Un analizador de redes eléctricas es un instrumento que permite al usuario caracterizar el comportamiento lineal y no lineal de redes eléctricas de alta frecuencia. Es importante tener en cuenta que cuando se habla de analizadores de redes no nos referimos a redes de computación, pues cuando el término 'analizador de redes' fue acuñado, aun no predominaba el concepto de 'red de computadoras'. En su lugar, el tipo de analizadores de red que se maneja en la industria eléctrica consisten en aparatos multifunción que se encargan de medir diversas magnitudes eléctricas como lo muestra la tabla a continuación:
Tabla 1. Magnitudes eléctricas medidas por un Analizador de red
Cabe denotar que no todos los analizadores de redes están en la capacidad de medir todas estas magnitudes, pero la tabla de arriba permite entender hasta cuantas variables se pueden medir con este tipo de equipos. Esta tabla fue extraída de la ficha técnica de nuestro equipo en venta AHM3, el cual puede considerarse uno de los analizadores de red más completos del mercado, aportando diversas soluciones a nivel industrial.
La necesidad de medir las fases y las magnitudes
En muchas ocasiones con solo tener información sobre las magnitudes es suficiente; sin embargo, para el análisis de redes eléctricas medir las fases es un elemento crítico adicional a la medición energética. Ambos datos son necesarios para desarrollar modelos de circuito para simulación y para diseñar circuitos coincidentes a través de técnicas de adaptación de impedancias. La adaptación de impedancias consiste en la práctica de diseñar la impedancia de entrada de una carga eléctrica o la impedancia de salida de su fuente de señal correspondiente, para maximizar la transferencia de potencia o para minimizar la pérdida de potencia por señales reflectivas de la carga.
Otro uso de estas mediciones a través del uso de un analizador de redes es la caracterización del dominio del tiempo, que requiere de información sobre magnitudes y fases para realizar la Transformada de inversión de Fourier. Esta consiste en la descomposición de una función de tiempo (una señal) entre las frecuencias que la componen, de la misma manera en que un sonido se puede expresar por las frecuencias (o tonalidades) de sus notas constituyentes.
Finalmente, para la mejor precisión en la medición, los datos de fase se requieren para realizar una adecuada corrección vectorial de errores.
Otro uso de estas mediciones a través del uso de un analizador de redes es la caracterización del dominio del tiempo, que requiere de información sobre magnitudes y fases para realizar la Transformada de inversión de Fourier. Esta consiste en la descomposición de una función de tiempo (una señal) entre las frecuencias que la componen, de la misma manera en que un sonido se puede expresar por las frecuencias (o tonalidades) de sus notas constituyentes.
Finalmente, para la mejor precisión en la medición, los datos de fase se requieren para realizar una adecuada corrección vectorial de errores.
Aplicaciones del analizador de redes
Algunos de los conceptos más fundamentales en el análisis de redes de alta frecuencia involucra ondas incidentales, transmitidas y reflejadas que viajan por líneas de transmisión. Las energías electromagnéticas pasan por rangos de radiofrecuencia cuyas magnitudes y calidad pueden variar dependiendo de los equipos eléctricos y redes eléctricas por las que pasen. El análisis de redes eléctricas consiste en la medición precisa de la proporción de la señal reflejada a la señal incidente y también de la proporción de la señal transmitida a la señal incidente. La figura 1 a continuación muestra en términos simples como se comporta un sistema de transmisión de energía o radiofrecuencia.
Figura 1. Sistema de transmisión de energía
Muchos de los componentes que se utilizan en sistemas más complejos de radiofrecuencia son utilizados como "bloques de construcción", por lo que un fabricante debe medir el desempeño de sus productos para brindar especificaciones precisas y que su cliente prospecto pueda estar seguro de que su componente se comportará de la manera adecuada en su aplicación. Utilizado en sistemas de comunicación para transmitir señales, el diseñador se debe asegurar que el componente o circuito no tenga excesos de distorsión en sus señales.
En su forma de medición lineal, el analizador de red permite mantener amplitudes constantes y una relación entre fases lineales y la frecuencia lineal, que mantengan el ancho de banda que interese. En su forma no lineal los analizadores de redes permiten tener control sobre la información de los armónicos, la intermodulación, la compresión y la conversión de AM a PM. En general es de gran importancia medir que tan reflectivo es un componente para asegurarse que absorba la energía eficientemente.
En su forma de medición lineal, el analizador de red permite mantener amplitudes constantes y una relación entre fases lineales y la frecuencia lineal, que mantengan el ancho de banda que interese. En su forma no lineal los analizadores de redes permiten tener control sobre la información de los armónicos, la intermodulación, la compresión y la conversión de AM a PM. En general es de gran importancia medir que tan reflectivo es un componente para asegurarse que absorba la energía eficientemente.
Líneas de transmisión
La principal razón para el uso de líneas de transmisión es la necesidad de transferencias eficientes de radiofrecuencias. En bajas frecuencias donde las longitudes de ondas de las señales son más largas que la longitud de los circuitos conductores, un simple cable es suficiente para llevar la potencia. La corriente viaja fácilmente por el cable y la corriente y el voltaje son los mismos sin importar en donde midamos el cable.
Por otro lado, en altas frecuencias la longitud de ondas de las señales de interés son similares o menores a la longitud de los circuitos conductores. En este caso, la transmisión de potencia es más conveniente a través de ondas viajeras. Es de una importancia crítica que una transmisión sin pérdidas tome una impedancia característica (Zo) cuyos valores más comunes son 50 o 75 ohmios. Zo describe la relación entre las ondas viajeras de voltaje y las de corriente; también es una función de las diversas dimensiones de la línea de transmisión y de la constante dieléctrica (ε). En situaciones de baja potencia (como la de la televisión por cable, por ejemplo) las líneas de transmisión coaxial se optimizan para la baja pérdida, lo que funciona alrededor de los 75 ohmios (esto para líneas de transmisión coaxial). Para radiofrecuencia, comunicación por microondas y aplicaciones de radar, donde se hallan altas potencias, las líneas de transmisión coaxial se diseñan para tener una impedancia característica de 50 ohmios, una contemporización entre el manejo de del máximo poder (que ocurre a 30 ohmios) y la pérdida mínima .
Cuando la línea de transmisión es terminada en su impedancia característica, la mayor potencia es transferida a la carga. De hecho una línea de transmisión infinitamente larga parece ser una carga resistiva, es decir, que produce calor, pero no movimiento. Cuando la terminación no equivale a Zo, la porción de la señal que no es absorbida por la carga es reflejada de vuelta a su fuente. Esto último crea una condición donde el voltaje envolvente junto a las líneas de transmisión varían con la posición.
Por otro lado, en altas frecuencias la longitud de ondas de las señales de interés son similares o menores a la longitud de los circuitos conductores. En este caso, la transmisión de potencia es más conveniente a través de ondas viajeras. Es de una importancia crítica que una transmisión sin pérdidas tome una impedancia característica (Zo) cuyos valores más comunes son 50 o 75 ohmios. Zo describe la relación entre las ondas viajeras de voltaje y las de corriente; también es una función de las diversas dimensiones de la línea de transmisión y de la constante dieléctrica (ε). En situaciones de baja potencia (como la de la televisión por cable, por ejemplo) las líneas de transmisión coaxial se optimizan para la baja pérdida, lo que funciona alrededor de los 75 ohmios (esto para líneas de transmisión coaxial). Para radiofrecuencia, comunicación por microondas y aplicaciones de radar, donde se hallan altas potencias, las líneas de transmisión coaxial se diseñan para tener una impedancia característica de 50 ohmios, una contemporización entre el manejo de del máximo poder (que ocurre a 30 ohmios) y la pérdida mínima .
Cuando la línea de transmisión es terminada en su impedancia característica, la mayor potencia es transferida a la carga. De hecho una línea de transmisión infinitamente larga parece ser una carga resistiva, es decir, que produce calor, pero no movimiento. Cuando la terminación no equivale a Zo, la porción de la señal que no es absorbida por la carga es reflejada de vuelta a su fuente. Esto último crea una condición donde el voltaje envolvente junto a las líneas de transmisión varían con la posición.
Eficiencia en la transferencia de potencia del analizador de redes
Figura 2. Máxima transferencia de potencia
La condición para la transferencia de potencia máxima en una carga depende de una impedancia de la fuente de Rs. La figura 2 muestra que la condición emparejada (RL = RS) resulta en la máxima potencia disipada en la resistencia de carga. Esta condición es verdadera si el estímulo es una fuente de voltaje DC o una RF sinusoide.
Para la máxima transferencia de energía a una línea de transmisión desde una fuente o de una línea de transmisión a una carga (la siguiente etapa de un amplificador, una antena, etc.), la impedancia de la fuente y la carga debe coincidir con la impedancia característica de la línea de transmisión. En general, entonces, Zo es el objetivo para impedancias de entrada y salida de dispositivos y redes.
Cuando la impedancia de la fuente no es puramente resistiva, la máxima transferencia de potencia se produce cuando la carga de la impedancia es igual al conjugado complejo de la fuente de impedancia. Esta condición se cumple invirtiendo el signo de la parte imaginaria de la impedancia. Por ejemplo, si RS = 0.6 + j0.3, entonces el complejo conjugado RS * = 0.6 - j0.3. A veces la fuente de impedancia es ajustado para ser el conjugado complejo de la impedancia de carga. Por ejemplo, cuando se empareja con una antena, la impedancia de carga está determinada por la características de la antena. Un diseñador tiene que optimizar la salida de partida del amplificador de RF sobre el rango de frecuencia de la antena, para que se transmite la máxima potencia de RF a través de la antena.
Para la máxima transferencia de energía a una línea de transmisión desde una fuente o de una línea de transmisión a una carga (la siguiente etapa de un amplificador, una antena, etc.), la impedancia de la fuente y la carga debe coincidir con la impedancia característica de la línea de transmisión. En general, entonces, Zo es el objetivo para impedancias de entrada y salida de dispositivos y redes.
Cuando la impedancia de la fuente no es puramente resistiva, la máxima transferencia de potencia se produce cuando la carga de la impedancia es igual al conjugado complejo de la fuente de impedancia. Esta condición se cumple invirtiendo el signo de la parte imaginaria de la impedancia. Por ejemplo, si RS = 0.6 + j0.3, entonces el complejo conjugado RS * = 0.6 - j0.3. A veces la fuente de impedancia es ajustado para ser el conjugado complejo de la impedancia de carga. Por ejemplo, cuando se empareja con una antena, la impedancia de carga está determinada por la características de la antena. Un diseñador tiene que optimizar la salida de partida del amplificador de RF sobre el rango de frecuencia de la antena, para que se transmite la máxima potencia de RF a través de la antena.
Caracterización de dispositivos de alta frecuencia
Figura 3. Caracterización de dispositivos de alta frecuencia
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Una vez se entiende la relación de las ondas electromagnéticas, también se debe reconocer los términos utilizados para describirlos. La terminología común del analizador de red tiene la onda incidente medida con el receptor R (para referencia). La onda reflejada se mide con el receptor A y la onda transmitida se mide con el receptor B. Con la información de amplitud y fase de estas tres ondas, podemos cuantificar las características de reflexión y transmisión de nuestro dispositivo bajo prueba (DUT). Algunos de los términos medidos comunes son de una naturaleza que escala (la parte de la fase se ignora o no se mide), mientras que otros son vectores (se miden tanto la magnitud como la fase). Por ejemplo, la pérdida de retorno es una medida escalar de reflexión, mientras que la impedancia resulta de una medición de reflexión vectorial. Algunos, como el retardo de grupo, son mediciones puramente relacionadas con la fase.
La reflexión proporcional a menudo se muestra como A / R y la transmisión proporcional a menudo se muestra como B / R, en relación con los receptores de medición utilizados en el analizador de red. |
Parámetros de reflexión
Examinemos ahora las medidas de reflexión. El primer término para las ondas reflejadas es coeficiente de reflexión gamma (Γ). El coeficiente de reflexión es la relación entre el voltaje de la señal reflejada y el voltaje de la señal incidente. Se puede calcular como se muestra arriba al conocer las impedancias de la línea de transmisión y la carga. La porción de magnitud de gamma se llama rho (ρ). Una línea de transmisión terminada en Zo tendrá toda la energía transferida a la carga; por lo tanto, Vrefl = 0 y ρ = 0. Cuando ZL no es igual a Zo, se refleja algo de energía y ρ es mayor que cero. Cuando ZL es un circuito corto o abierto, toda la energía se refleja y ρ = 1. El rango de valores posibles para ρ es por lo tanto de cero a uno.
Figura 4. Parámetros de reflexión.
Como a menudo es muy conveniente mostrar la reflexión en una pantalla logarítmica, la segunda forma de transmitir la reflexión es la pérdida de retorno. La pérdida de retorno se expresa en términos de dB, y es una cantidad escalar. La definición de pérdida de retorno incluye un signo negativo, de modo que el valor de la pérdida de retorno es siempre un número positivo (cuando se mide la reflexión en un analizador de red con un formato de magnitud de registro, ignorar el signo de menos da los resultados en términos de pérdida de retorno). La pérdida de retorno se puede considerar como el número de dB que la señal reflejada está por debajo de la señal de incidente. La pérdida de retorno varía entre el infinito para una impedancia Zo y 0 dB para un circuito abierto o cortocircuito.
Como ya hemos visto, dos ondas que viajan en direcciones opuestas en la misma línea de transmisión causan una "onda estacionaria". Esta condición se puede medir en términos de la relación de onda de voltaje de soporte (VROE o ROE). VROE se define como el valor máximo de la envolvente de RF sobre el valor mínimo de la envolvente. Este valor se puede calcular como (1 + ρ) / (1 – ρ).
Como ya hemos visto, dos ondas que viajan en direcciones opuestas en la misma línea de transmisión causan una "onda estacionaria". Esta condición se puede medir en términos de la relación de onda de voltaje de soporte (VROE o ROE). VROE se define como el valor máximo de la envolvente de RF sobre el valor mínimo de la envolvente. Este valor se puede calcular como (1 + ρ) / (1 – ρ).
Parámetros de transmisión
El coeficiente de transmisión se define como la tensión transmitida dividida por la tensión incidente. Si | Vtrans | > | Vinc |, el DUT tiene ganancia, y si | Vtrans | <| Vinc |, el DUT exhibe una atenuación o pérdida de inserción. Cuando la pérdida de inserción se expresa en dB, se agrega un signo negativo en la definición para que el valor de la pérdida se exprese como un número positivo. La porción de fase del coeficiente de transmisión se llama fase de inserción. Hay más en la transmisión que la simple ganancia o pérdida. En los sistemas de comunicaciones, las señales varían en el tiempo: ocupan un ancho de banda determinado y están formadas por múltiples componentes de frecuencia. Es importante, entonces, saber hasta qué punto el DUT altera la composición de la señal, causando así la distorsión de la señal. Si bien a menudo pensamos que la distorsión es solo el resultado de redes no lineales, en breve veremos que las redes lineales también pueden causar distorsión de la señal.
Figura 5. Parámetros de transmisión.
Analizadores de red en la industria de la energía y la construcción
De acuerdo a la investigación Caso de negocio de la construcción sostenible realizada por el Consejo Colombiano de Construcción Sostenible, "la edificación sostenible cuenta con una prima en su avalúo que compensa, e incluso en algunos casos sobrepasa, las inversiones realizadas al inicio del proyecto. Este hecho muestra que invertir en un proyecto responsable con el ambiente ha sido una buena decisión de negocio en la muestra analizada en este trabajo. (...) Las edificaciones sostenibles son una buena decisión de negocio y de paso aportan significativamente al ambiente y la calidad de vida. Estos beneficios incluyen los siguientes: mayores retornos de la inversión, ahorros operacionales derivados de menor consumo de recursos, mejoras en la salud y bienestar de los ocupantes, y una mayor productividad de los empleados."
Hotel Dann Carlton, Calle 93B Bogotá D.C.
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Torre Estación, Const. Capital. Bogotá D.C.
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Centro Comercial Multiplaza, Bogotá D.C.
La medición con analizadores de redes es un elemento que fortalece a muchos negocios en tanto les permite mantener eficiente el uso de energía. El máximo aprovechamiento de la energía es un tema que concierne a todos, en partícular a hoteles, edificios, centros comerciales e industrias. Es por eso que nuestro proveedor de España, SACI, ha implementado un sistema de gestión de energía que entre tantas funciones permite la eficiencia energética (a través de su medición) y de costos, precisión en la facturación de energía (lo que fortalece la negociación con los proveedores de energía), reducir picos de demanda energética, y otros procesos que permiten maximizar la eficiencia energética. Este sistema integra la utilización de otros productos que SACI ofrece como contadores de energía y conversores de protocolo y comunicación, En este diseño de sistema de gestión energética se requiere en particular el uso de analizadores de redes en DC.
Referencias:
Artículo traducido y editado de: Agilent Technologies. Agilent Network Analyzer Basics. Agosto, 2004. Network Analyzer Basics. Pg: 1-17.
Referencias:
Artículo traducido y editado de: Agilent Technologies. Agilent Network Analyzer Basics. Agosto, 2004. Network Analyzer Basics. Pg: 1-17.
