Energiamittareiden tyypit ja niiden toiminta
Energiamittari tai wattituntimittari on sähkölaite, joka mittaa kuluttajien käyttämää sähköenergiaa. Sähköyhtiöt ovat yksi niistä sähkösektoreista, jotka asentavat nämä mittarit eri paikkoihin, kuten koteihin, teollisuuteen, organisaatioihin, liikerakennuksiin jne. laskuttamaan kuormien, kuten valojen, tuulettimien, jääkaappien ja muiden kodinkoneiden sähkönkulutusta.
Tehon perusyksikkö on watti, wattimittarilla mitattuna. Yksi kilowatti vastaa tuhatta wattia. Jos tunnissa käytetään yksi kilowatti, kuluu yksi yksikkö energiaa. Siksi energiamittari mittaa nopean jännitteen ja virran, laskee niiden tulon ja antaa hetkellisen tehon. Tämä teho on integroitu tietylle aikavälille tuottamaan kyseisen ajanjakson aikana käytetyn energian.
Energiamittareiden tyypit
Energiamittarit on jaettu kahteen perusluokkaan, kuten:
Sähkömekaaninen induktiomittari
Elektroninen energiamittari
Seuraavat tekijät huomioon ottaen sähköenergiamittarit jaetaan kahteen tyyppiin:
Näyttötyyppi on analoginen tai digitaalinen mittari.
Mittauspistetyypit: toisiosiirto, verkko, paikallinen ja ensisijainen jakelu.
Loppusovellukset, kuten kaupallinen, teollinen ja kotitalouskäyttö
Tekniset näkökohdat, kuten yksivaiheiset, kolmivaiheiset, korkeajännite (HT), matala jännitys (LT) ja tarkkuusmateriaalit.
Syöttöliitäntä voi olla yksivaiheinen tai kolmivaiheinen riippuen kodin tai liikelaitoksen käyttämästä virtalähteestä. Erityisesti tässä artikkelissa tutkimme yksivaiheisen induktiivisen energiamittarin toimintaperiaatetta ja kolmivaiheisen elektronisen energiamittarin toimintaperiaatetta seuraavien kahden perusenergiamittarin selitysten avulla.
Yksivaiheinen induktiivinen energiamittari
Se on tunnettu ja yleisin vanha sähköenergiamittari. Se koostuu pyörivästä alumiinilevystä, joka on sijoitettu karalle kahden sähkömagneetin väliin. Levyn pyörimisnopeus on suoraan verrannollinen tehoon, joka on integroitu vaihteiston ja laskentamekanismin kautta. Se koostuu kahdesta piiteräslaminoidusta sähkömagneetista, jotka on kytketty rinnan ja sarjaan.
Sarjamagneetissa on kela, jossa on useita kierroksia paksua lankaa, jotka on kytketty sarjaan piirin kanssa, kun taas rinnakkaismagneetissa on kela, jossa on useita kierroksia ohutta lankaa kytkettynä virtalähteeseen.
Jarrumagneetti on kestomagneetti, joka kohdistaa voiman, joka vastustaa levyn normaalia pyörimistä, siirtää levyn tasapainoasentoon ja pysäyttää levyn, kun virta katkeaa.
Sarjaan kytketyt magneetit tuottavat virtaavaan virtaan verrannollisen magneettivuon ja rinnakkain kytketyt magneetit jännitteeseen verrannollisen magneettivuon. Induktiivisten ominaisuuksien vuoksi nämä kaksi vuota viivästyvät 90 astetta. Näiden kahden kentän leikkaus synnyttää levyyn pyörrevirtoja käyttämällä voimaa, joka on verrannollinen hetkellisen jännitteen, virran ja niiden välisen vaihekulman tuloon. Jarrumagneetit on sijoitettu jarrulevyn toiselle puolelle ja ne tuottavat jarrutusmomentin jarrulevylle käyttämällä kestomagneettien tuottamaa jatkuvaa magneettikenttää. Kun jarrutus- ja ajomomentit ovat samat, jarrulevyn nopeus muuttuu vakaaksi.
Alumiinilevyn akseli eli pystykara on liitetty hammaspyörämekanismiin, joka rekisteröi kiekon kierrosten määrään verrannollisen luvun. Tämä vaihdemekanismi asettaa numerosarjan kellotauluun ja näyttää ajan mittaan kulutetun energian määrän.
Tämän tyyppisellä sähköenergiamittarilla on yksinkertainen rakenne, mutta sen tarkkuus on hieman huono ulkoisten kenttien, kuten virumisen, vaikutuksesta. Tällaisten energiamittareiden ensisijainen ongelma on, että ne ovat alttiita peukalointiin, mikä edellyttää energianvalvontajärjestelmän tarvetta. Näitä sarja- ja jaetut mittarit ovat laajalti käytössä kotitalouksissa ja teollisissa sovelluksissa.
Sähkömekaanisiin induktioenergiamittareihin verrattuna elektroniset energiamittarit ovat tarkkoja, tarkkoja ja luotettavia mittalaitteita. Kuormaan liitettynä ne kuluttavat vähemmän virtaa ja alkavat mitata välittömästi. Seuraavassa kuvataan elektroninen kolmivaiheinen energiamittari ja sen toimintaperiaate.
Kolmivaiheinen elektroninen energiamittari
Mittari pystyy suorittamaan virran, jännitteen ja tehon mittauksia kolmivaiheisissa syöttöjärjestelmissä. Näitä kolmivaihemittareita käyttämällä voidaan myös mitata suurjännitettä ja virtaa sopivilla antureilla. Yksi kolmivaiheisten energiamittareiden tyypeistä on esitetty alla (esimerkkinä), joka varmistaa luotettavan ja tarkan energian mittauksen verrattuna sähkömekaanisiin mittareihin.
Se käyttää yksivaiheista tehonmittausta IC AD7755 keräämään ja käsittelemään tulojännitteen ja virran parametreja. Antureita, kuten jännite- ja virtamuuntajia, käytetään alentamaan voimalinjojen jännite- ja virtaarvot signaalitasoille ja toimittamaan ne IC:lle kuvan osoittamalla tavalla. Näistä signaaleista näytteistetään ja ne muunnetaan digitaalisiksi signaaleiksi, jotka kerrotaan keskenään hetkellisen tehon saamiseksi. Nämä digitaaliset lähdöt muunnetaan sitten taajuuksiksi sähkömekaanisten laskurien ohjaamiseksi. Lähtöpulssien taajuus on verrannollinen hetkelliseen tehoon ja (tietyllä aikavälillä) se toimittaa kuormaan tietyn pulssimäärän energian.
Mikro-ohjain hyväksyy tulot kaikilta kolmelta tehonmittauksen IC:ltä kolmivaiheista tehomittausta varten ja toimii järjestelmän ohjaimena suorittamalla kaikki tarvittavat toiminnot, kuten tallentamalla ja hakemalla tietoja EEPROM-muistista, käyttämällä mittaria painikkeilla energiankulutuksen tarkastelemiseksi. aivot, kalibroi vaiheen ja tyhjentää lukemat; ja se myös ohjaa näyttöä dekooderin IC:n avulla.
Tähän mennessä olemme oppineet energiamittareista ja niiden toiminnasta. Käsitteen ymmärtämiseksi syvemmin seuraava energiamittarin kuvaus sisältää täydelliset piiritiedot ja sen kytkennän mikro-ohjaimella.
Energiamittarin piiri mikro-ohjaimella:
Alla olevassa kuvassa on Atmel AVR -mikrokontrollerilla toteutettu sähkömittaripiiri. Tämä piiri valvoo ja saa jatkuvasti verkkovirran yksivaiheisen virtalähteen jännite- ja virtaparametreja. Mikrokontrolleri saa nämä parametriarvot signaalinkäsittelypiiristä, jota ohjaa operaatiovahvistimen IC.
Tässä piirissä on kaksi virtamuuntajaa, jotka on kytketty sarjaan kunkin voimalinjan kanssa: vaihe ja nolla. Näiden muuntajien virta-arvot lähetetään mikro-ohjaimen vastaavaan ADC:hen ja sitten ADC muuntaa nämä arvot digitaalisiksi arvoiksi ja siten mikro-ohjain tekee tarvittavat laskelmat energiankulutuksen selvittämiseksi. Mikro-ohjain ohjelmoidaan kertomalla ja integroimalla ADC:n jännite- ja virta-arvot tietyn ajanjakson aikana ja ohjaamalla laskurimekanismia vastaavasti näyttämään tietyn ajanjakson aikana kulutettujen yksiköiden lukumäärän (KW).
Energian mittauksen lisäksi järjestelmä antaa myös maasulkuilmaisun mahdollisista vioista tai ylivirroista nolla- tai maajohtimessa ja kytkee LED-ilmaisun asianmukaisesti maasulun havaitsemiseen sekä yksikkökulutukseen.
