8 Μέρη μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Εναμετρητής ηλεκτρικής ενέργειαςείναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ηλεκτρικής ενέργειας, το οποίο είναι επίσης γνωστό ως κιλοβατώρα ή μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας. Η μονάδα μέτρησής του είναι ο βαθμός ή κιλοβατώρα. Είναι προϊόν ισχύος και χρόνου και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας των τελικών χρηστών, χρησιμεύοντας ως βάση για την τιμολόγηση από τις εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια απαραίτητη πηγή ενέργειας στην καθημερινή ζωή των ανθρώπων και οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας εγκαθίστανται σε κάθε νοικοκυριό. Ωστόσο, οι περισσότεροι χρήστες δεν είναι εξοικειωμένοι με τις αρχές λειτουργίας, τη δομή και τα εξαρτήματα των μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας.

Με βάση τις αρχές σχεδιασμού εργασίας τουμετρητής ηλεκτρικής ενέργειας, μπορούν γενικά να χωριστούν σε οκτώ μονάδες: τη μονάδα τροφοδοσίας, τη μονάδα οθόνης, τη μονάδα αποθήκευσης, τη μονάδα δειγματοληψίας, τη μονάδα μέτρησης, τη μονάδα επικοινωνίας, τη μονάδα ελέγχου και τη μονάδα επεξεργασίας MUC. Κάθε ενότητα έχει τη δική της λειτουργία και συντονίζεται και ενσωματώνεται από τη μονάδα επεξεργασίας MUC, σχηματίζοντας ένα σύνολο.

1. Μονάδα τροφοδοσίας μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Η μονάδα τροφοδοσίας τουμετρητής ηλεκτρικής ενέργειαςχρησιμεύει ως το ενεργειακό κέντρο για την κανονική λειτουργία του. Η κύρια λειτουργία της μονάδας τροφοδοσίας είναι να μετατρέπει την υψηλή τάση AC 220V σε DC 12V/DC5V/DC3V. Παρέχεται ισχύς χαμηλής τάσης 3V σε τσιπ και συσκευές άλλων μονάδων εντός του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχουν τρεις συνήθεις τύποι μονάδων τροφοδοσίας: ο μετασχηματιστής, η μονάδα μείωσης τάσης αντίστασης-πυκνωτή και το τροφοδοτικό διακόπτη.

Ο τύπος μετασχηματιστή μετατρέπει το τροφοδοτικό AC 220V σε AC12V και στη συνέχεια προχωρά σε διόρθωση, μείωση τάσης και σταθεροποίηση για να επιτευχθεί το απαιτούμενο εύρος τάσης. Έχει μικρή χωρητικότητα ισχύος, υψηλή σταθερότητα, αλλά επηρεάζεται εύκολα από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.

Το κύκλωμα τροφοδοσίας μείωσης τάσης αντίστασης-πυκνωτή χρησιμοποιεί τη χωρητική αντίδραση που παράγεται από τον πυκνωτή σε μια συγκεκριμένη συχνότητα του σήματος AC για να περιορίσει το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας. Είναι μικρό σε μέγεθος, χαμηλό κόστος, καταναλώνει μικρή ενέργεια και έχει υψηλό επίπεδο ιδιοκατανάλωσης.

Το τροφοδοτικό λειτουργίας μεταγωγής χρησιμοποιεί ηλεκτρονικές συσκευές μεταγωγής όπως τρανζίστορ, σωλήνες MOS, SCR κ.λπ. Για την περιοδική ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των ηλεκτρονικών συσκευών μεταγωγής μέσω κυκλωμάτων ελέγχου, επιτρέποντάς τους να διαμορφώνουν την τάση εισόδου σε παλμούς, επιτυγχάνοντας έτσι μετασχηματισμό τάσης ενώ παρέχοντας ταυτόχρονα μια ρυθμιζόμενη και αυτόματα σταθεροποιημένη τάση εξόδου. Έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, είναι μικρό σε μέγεθος, έχει μεγάλο εύρος σταθεροποίησης τάσης, αντιμετωπίζει παρεμβολές υψηλής συχνότητας και έχει υψηλότερη τιμή.

Κατά την ανάπτυξη και το σχεδιασμό μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας, η επιλογή του τύπου παροχής ρεύματος καθορίζεται με βάση τις λειτουργικές απαιτήσεις του προϊόντος, τη διάσταση του καλύμματος του τερματικού μετρητή, τις απαιτήσεις ελέγχου κόστους και τις πολιτικές και τους κανονισμούς διαφορετικών περιοχών ή χωρών.

2. Μονάδα εμφάνισης μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Η μονάδα οθόνης του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται κυρίως για ανάγνωση της κατανάλωσης ενέργειας και προσφέρει διάφορες επιλογές απεικόνισης, όπως ψηφιακούς σωλήνες, μετρητές, τυπικές οθόνες LCD, οθόνες LCD με dot matrix και οθόνες LCD αφής, μεταξύ άλλων. Οι μέθοδοι απεικόνισης των ψηφιακών σωλήνων και μετρητών μπορούν να δείξουν την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας μόνο με έναν τρόπο. Με την ανάπτυξη του έξυπνου δικτύου, οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας απαιτούν αυξανόμενο αριθμό τύπων οθονών δεδομένων ισχύος. Οι ψηφιακοί σωλήνες και οι μετρητές δεν είναι σε θέση να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις της σύγχρονης ευφυΐας ισχύος. Η κύρια μέθοδος απεικόνισης για μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας επί του παρόντος είναι η τεχνολογία LCD. Διαφορετικοί τύποι LCD επιλέγονται κατά τη διαδικασία έρευνας και ανάπτυξης ανάλογα με την πολυπλοκότητα των πληροφοριών που παρουσιάζονται.

3. Μονάδα αποθήκευσης μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Η μονάδα αποθήκευσης μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται κυρίως για την αποθήκευση των παραμέτρων του μετρητή, του ιστορικού κατανάλωσης ενέργειας και άλλων σχετικών πληροφοριών. Οι κοινές συσκευές αποθήκευσης περιλαμβάνουν τσιπ EEPROM, σιδηροηλεκτρικά τσιπ και τσιπ flash. Αυτοί οι τρεις τύποι τσιπ έχουν διαφορετικές εφαρμογές στους μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας. Το Flash είναι ένας τύπος μνήμης flash που αποθηκεύει προσωρινά δεδομένα, δεδομένα προφίλ φόρτωσης, πακέτα αναβάθμισης λογισμικού κ.λπ.

Η EEPROM είναι μια ηλεκτρικά διαγραφόμενη προγραμματιζόμενη μνήμη μόνο για ανάγνωση που επιτρέπει στους χρήστες να διαγράφουν και να επαναπρογραμματίζουν τις πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες σε αυτήν χρησιμοποιώντας είτε την ίδια τη συσκευή είτε ειδικές συσκευές. Αυτό καθιστά το EEPROM πολύ χρήσιμο σε σενάρια που απαιτούν συχνές τροποποιήσεις και ενημερώσεις στα δεδομένα. Το EEPROM μπορεί να αποθηκεύσει έως και 1 εκατομμύριο byte πληροφοριών και χρησιμοποιείται σε μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας για την αποθήκευση της κατανάλωσης ενέργειας και άλλων δεδομένων που σχετίζονται με την ενέργεια. Ο αριθμός των διαθέσιμων αποθηκευτικών χώρων πληροί τις απαιτήσεις αποθήκευσης για ολόκληρο τον κύκλο ζωής ενός μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας και είναι σε λογικές τιμές.

Τα σιδηροηλεκτρικά τσιπ χρησιμοποιούν τα χαρακτηριστικά των σιδηροηλεκτρικών υλικών για την επίτευξη υψηλής ταχύτητας, χαμηλής ισχύος και υψηλής αξιοπιστίας αποθήκευσης δεδομένων και λογικών λειτουργιών. Έχουν χωρητικότητα αποθήκευσης ενός δισεκατομμυρίου φορές. Τα δεδομένα δεν θα διαγραφούν μετά από διακοπή ρεύματος, καθιστώντας τα σιδηροηλεκτρικά τσιπ πλεονεκτικά λόγω της υψηλής πυκνότητας αποθήκευσης, της γρήγορης ταχύτητας και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας. Τα σιδηροηλεκτρικά τσιπ χρησιμοποιούνται κυρίως σε μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας για την αποθήκευση της κατανάλωσης ενέργειας και άλλων σχετικών δεδομένων. Έχουν υψηλότερη τιμή και χρησιμοποιούνται μόνο σε προϊόντα που απαιτούν ανάγκες αποθήκευσης υψηλής συχνότητας.
 

4. Ενότητα δειγματοληψίας μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας

Η μονάδα δειγματοληψίας μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας είναι υπεύθυνη για τη μετατροπή μεγάλων σημάτων ρεύματος και σημάτων μεγάλης τάσης σε μικρά σήματα ρεύματος και σήματα μικρής τάσης για εύκολη απόκτηση από τον μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας. Οι συνήθεις συσκευές δειγματοληψίας ρεύματος περιλαμβάνουν διακλαδώσεις, μετασχηματιστές ρεύματος και πηνία Rogowski. Η δειγματοληψία τάσης συνήθως εκτελείται χρησιμοποιώντας μια μέθοδο δειγματοληψίας διαιρέτη τάσης αντιστάτη υψηλής ακρίβειας.

5. Μονάδα μέτρησης μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Η μονάδα μέτρησης του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιείται κυρίως για την απόκτηση αναλογικών σημάτων ρεύματος και τάσης και τη μετατροπή τους σε ψηφιακά σήματα. Μπορεί να χωριστεί σε μονοφασική μονάδα μέτρησης και τριφασική μονάδα μέτρησης.

6. Ενότητα επικοινωνίας μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας

Η μονάδα επικοινωνίας του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμεύει ως βάση για τη μετάδοση δεδομένων και την αλληλεπίδραση, ενεργώντας ως βάση για την επιστημονική διαχείριση του έξυπνου δικτύου, την ψηφιοποίηση δεδομένων, την ευφυΐα και την ακρίβεια. Είναι επίσης το θεμέλιο για τη διευκόλυνση της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή στην ανάπτυξη του Διαδικτύου των Πραγμάτων. Στο παρελθόν, τα κύρια μέσα επικοινωνίας ήταν η υπέρυθρη επικοινωνία και η επικοινωνία RS-485. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας επικοινωνίας και του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT), η επιλογή των μεθόδων επικοινωνίας των μετρητών ηλεκτρικής ενέργειας έχει γίνει εκτενής. Αυτά περιλαμβάνουν PLC, RF, RS485, LoRa, ZigBee, GPRS, NB-IoT και άλλα. Μπορούν να επιλεγούν διαφορετικές μέθοδοι επικοινωνίας με βάση τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους, καθώς και τα συγκεκριμένα σενάρια εφαρμογής, για να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις της αγοράς.

7. Μονάδα ελέγχου μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας

Η μονάδα ελέγχου μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας επιτρέπει τον αποτελεσματικό έλεγχο και διαχείριση του ηλεκτρικού φορτίου. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος είναι η εγκατάσταση ενός μαγνητικού ρελέ μανδάλωσης μέσα στον μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο έλεγχος και η διαχείριση των ηλεκτρικών φορτίων μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας δεδομένα ισχύος, σχήματα ελέγχου και εντολές σε πραγματικό χρόνο για την ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση της ισχύος. Οι συνήθεις λειτουργίες ενός μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας περιλαμβάνουν προστασία από υπερένταση και υπερφόρτωση μέσω αποσύνδεσης ρελέ για τον έλεγχο του φορτίου, έλεγχο βάσει χρόνου για ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση σε συγκεκριμένες χρονικές περιόδους, αποσύνδεση ρελέ όταν η πίστωση είναι ανεπαρκής σε προπληρωμένη λειτουργία και τηλεχειριστήριο μέσω μετάδοση εντολών σε πραγματικό χρόνο.

8. Μονάδα Επεξεργασίας Μετρητών Ηλεκτρικής Ενέργειας MCU

Η μονάδα επεξεργασίας MCU του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο εγκέφαλος του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας. Εκτελεί υπολογισμούς σε διάφορους τύπους δεδομένων, μετατρέπει και εκτελεί διάφορους τύπους εντολών και συντονίζει τις διάφορες μονάδες για την επιτυχή υλοποίηση των συναρτήσεων.

Ο μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας είναι μια σύνθετη ηλεκτρονική συσκευή μέτρησης που περιλαμβάνει διάφορες πτυχές της ηλεκτρονικής τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένης της τεχνολογίας παροχής ρεύματος, τεχνολογίας μέτρησης ισχύος, τεχνολογίας επικοινωνίας, τεχνολογίας οθόνης και τεχνολογίας αποθήκευσης. Κάθε λειτουργική μονάδα και ηλεκτρονική τεχνολογία πρέπει να ενσωματωθούν και να συνδυαστούν για να σχηματίσουν μια πλήρη μονάδα προκειμένου να δημιουργηθεί ένας σταθερός, αξιόπιστος και ακριβής μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας.