Typy meračov energie a ako fungujú
Elektromer alebo merač watthodín je elektrický prístroj, ktorý meria elektrickú energiu spotrebovanú spotrebiteľmi. Energetické spoločnosti sú jedným z energetických sektorov, ktoré inštalujú tieto merače na rôznych miestach, ako sú domácnosti, priemyselné odvetvia, organizácie, komerčné budovy atď., aby účtovali spotrebu elektrickej energie pre záťaže, ako sú svetlá, ventilátory, chladničky a iné domáce spotrebiče.
Základnou jednotkou výkonu je watt, meraný wattmetrom. Jeden kilowatt sa rovná tisíc wattom. Ak sa za hodinu spotrebuje jeden kilowatt, spotrebuje sa jedna jednotka energie. Preto elektromer meria rýchle napätie a prúd, vypočítava ich súčin a udáva okamžitý výkon. Táto energia je integrovaná v časovom intervale, aby poskytla energiu použitú počas tohto časového obdobia.
Typy elektromerov
Elektromery sú rozdelené do dvoch základných kategórií ako napr.
Elektromechanický indukčný merač
Elektronický merač energie
Berúc do úvahy nasledujúce faktory, elektromery sú rozdelené do dvoch typov:
Typ zobrazenia je analógový alebo digitálny merač.
Typy meracích miest: sekundárny prenos, sieť, lokálna a primárna distribúcia.
Koncové aplikácie ako komerčné, priemyselné a domáce použitie
Technologické aspekty, ako sú jednofázové, trojfázové, vysokonapäťové (HT), nízkonapäťové (LT) a presné materiály.
Prípojka napájania môže byť jednofázová alebo trojfázová, v závislosti od zdroja energie používaného domácim alebo komerčným zariadením. Najmä v tomto článku budeme študovať princíp činnosti jednofázového indukčného merača energie a princíp činnosti trojfázového elektronického merača energie prostredníctvom nasledujúcich vysvetlení dvoch základných meračov energie.
Jednofázový indukčný merač energie
Je to známy a najbežnejší staroveký elektromer. Skladá sa z otočného hliníkového disku umiestneného na vretene medzi dvoma elektromagnetmi. Rýchlosť otáčania kotúča je priamo úmerná výkonu, ktorý je integrovaný cez ozubené súkolesie a počítací mechanizmus. Pozostáva z dvoch laminovaných elektromagnetov z kremíkovej ocele zapojených paralelne a sériovo.
Sériový magnet má cievku s niekoľkými závitmi hrubého drôtu zapojenú do série s obvodom, zatiaľ čo paralelný magnet má cievku s niekoľkými závitmi tenkého drôtu pripojenú k zdroju energie.
Brzdový magnet je permanentný magnet, ktorý pôsobí silou, ktorá bráni normálnemu otáčaniu kotúča, posúva kotúč do rovnovážnej polohy a zastavuje kotúč po odpojení napájania.
Magnety zapojené do série vytvárajú magnetický tok úmerný pretekajúcemu prúdu a magnety zapojené paralelne vytvárajú magnetický tok úmerný napätiu. Vďaka indukčným vlastnostiam sa tieto dva toky oneskorujú o 90 stupňov. Priesečník týchto dvoch polí vytvára vírivé prúdy v disku pomocou sily úmernej súčinu okamžitého napätia, prúdu a fázového uhla medzi nimi. Brzdové magnety sú umiestnené na jednej strane brzdového kotúča a vytvárajú brzdný moment na brzdovom kotúči pomocou konštantného magnetického poľa poskytovaného permanentnými magnetmi. Keď sú brzdné a hnacie momenty rovnaké, rýchlosť brzdového kotúča sa stáva stabilnou.
Os alebo zvislé vreteno hliníkového disku je spojené s prevodovým mechanizmom, ktorý zaznamenáva číslo úmerné počtu otáčok disku. Tento prevodový mechanizmus nastavuje sériu čísel na číselníku a označuje množstvo energie spotrebovanej v priebehu času.
Tento typ elektromera má jednoduchú štruktúru, ale jeho presnosť je mierne slabá v dôsledku vplyvu vonkajších polí, ako je tečenie. Primárnym problémom týchto typov elektromerov je, že sú náchylné na manipuláciu, čo si vyžaduje potrebu systému monitorovania energie. Tieto sériové a delené merače sú široko používané v domácich a priemyselných aplikáciách.
V porovnaní s elektromechanickými indukčnými elektromermi sú elektronické elektromery presné, presné a spoľahlivé meracie prístroje. Po pripojení k záťaži spotrebujú menej energie a okamžite začnú merať. Nasledujúci text popisuje elektronický trojfázový elektromer a jeho princíp činnosti.
Trojfázový elektronický merač energie
Elektromer je schopný vykonávať meranie prúdu, napätia a výkonu v trojfázových napájacích systémoch. Použitím týchto troch fázových meračov je možné merať aj vysoké napätie a prúd pomocou vhodných snímačov. Jeden z typov trojfázových elektromerov je uvedený nižšie (ako príklad), ktorý zabezpečuje spoľahlivé a presné meranie energie v porovnaní s elektromechanickými elektromermi.
Používa jednofázové meranie výkonu IC AD7755 na zber a spracovanie vstupných parametrov napätia a prúdu. Senzory, ako sú napäťové a prúdové transformátory, sa používajú na zníženie menovitého napätia a prúdu elektrických vedení na úroveň signálu a poskytujú ich integrovanému obvodu, ako je znázornené na obrázku. Tieto signály sú vzorkované a konvertované na digitálne signály, ktoré sa navzájom násobia, aby sa získal okamžitý výkon. Tieto digitálne výstupy sa potom konvertujú na frekvencie na riadenie elektromechanických počítadiel. Frekvencia výstupných impulzov je úmerná okamžitému výkonu a (v rámci daného intervalu) dodáva do záťaže energiu určitého počtu impulzov.
Mikrokontrolér prijíma vstupy zo všetkých troch integrovaných obvodov na meranie výkonu pre trojfázové meranie výkonu a funguje ako kontrolér systému vykonávaním všetkých potrebných operácií, ako je ukladanie a získavanie údajov z EEPROM, ovládanie merača pomocou tlačidiel na zobrazenie spotreby energie. mozog, kalibruje fázu a vymaže namerané hodnoty; a tiež poháňa displej pomocou dekodéra IC.
Doteraz sme sa dozvedeli o meračoch energie a o tom, ako fungujú. Pre hlbšie pochopenie tohto konceptu, nasledujúci popis elektromera poskytuje kompletné detaily obvodu a jeho pripojenie pomocou mikrokontroléra.
Obvod elektromera pomocou mikrokontroléra:
Na obrázku nižšie je znázornený obvod elektromera realizovaný pomocou mikrokontroléra Atmel AVR. Tento obvod nepretržite monitoruje a získava napäťové a prúdové parametre sieťového jednofázového zdroja. Mikrokontrolér získava tieto hodnoty parametrov z obvodu úpravy signálu, ktorý je riadený integrovaným obvodom operačného zosilňovača.
Tento obvod má dva prúdové transformátory zapojené do série s každým elektrickým vedením: fázový a neutrálny. Aktuálne hodnoty z týchto transformátorov sa posielajú do príslušného ADC mikrokontroléra a potom ADC tieto hodnoty konvertuje na digitálne hodnoty, a preto mikrokontrolér vykoná potrebné výpočty na zistenie spotreby energie. Mikrokontrolér je naprogramovaný vynásobením a integráciou hodnôt napätia a prúdu z ADC počas určeného časového obdobia a zodpovedajúcim riadením mechanizmu počítadla, aby sa zobrazil počet jednotiek (KW) spotrebovaných za určité časové obdobie.
Okrem merania energie systém poskytuje aj indikáciu zemnej poruchy v prípade akejkoľvek poruchy alebo nadprúdu, ktorý sa môže vyskytnúť v nulovom alebo uzemňovacom vodiči a zapína LED indikáciu vhodne pre detekciu zemnej poruchy, ako aj na jednotku spotreby.
