Τύποι μετρητών ενέργειας και πώς λειτουργούν

Ένας μετρητής ενέργειας ή ένας μετρητής βατώρας είναι ένα ηλεκτρικό όργανο που μετρά την ηλεκτρική ενέργεια που χρησιμοποιούν οι καταναλωτές. Οι εταιρείες κοινής ωφέλειας είναι ένας από τους τομείς ηλεκτρικής ενέργειας που εγκαθιστούν αυτούς τους μετρητές σε διάφορα μέρη όπως σπίτια, βιομηχανίες, οργανισμούς, εμπορικά κτίρια κ.λπ. για να χρεώνουν τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας φορτίων όπως φώτα, ανεμιστήρες, ψυγεία και άλλες οικιακές συσκευές.

Η βασική μονάδα ισχύος είναι τα βατ, μετρημένα με βατόμετρο. Ένα κιλοβάτ ισούται με χίλια βατ. Αν χρησιμοποιηθεί ένα κιλοβάτ σε μία ώρα, καταναλώνεται μία μονάδα ενέργειας. Επομένως, ένας μετρητής ενέργειας μετρά τη γρήγορη τάση και ρεύμα, υπολογίζει το γινόμενο τους και δίνει τη στιγμιαία ισχύ. Αυτή η ισχύς ενσωματώνεται σε ένα χρονικό διάστημα για να δώσει την ενέργεια που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου.

Πάγκος δοκιμής μετρητή

Αμπερόμετρο DC Shunt

Μετρητής ενέργειας LCD

Μετασχηματιστής ρεύματος και μετασχηματιστής δυναμικού

Τύποι μετρητών ενέργειας
Οι μετρητές ενέργειας χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες όπως:
Ηλεκτρομηχανικός μετρητής επαγωγής
Ηλεκτρονικός μετρητής ενέργειας
Λαμβάνοντας υπόψη τους ακόλουθους παράγοντες, οι μετρητές ηλεκτρικής ενέργειας χωρίζονται σε δύο τύπους:

Ο τύπος οθόνης είναι αναλογικός ή ψηφιακός μετρητής.
Τύποι σημείων μέτρησης: δευτερεύουσα μετάδοση, δίκτυο, τοπική και κύρια διανομή.
Τελικές εφαρμογές όπως εμπορική, βιομηχανική και οικιακή χρήση
Τεχνολογικές πτυχές όπως μονοφασικά, τριφασικά, υψηλής τάσης (HT), χαμηλής τάσης (LT) και υλικά ποιότητας ακριβείας.
Η σύνδεση τροφοδοσίας μπορεί να είναι μονοφασική ή τριφασική, ανάλογα με την πηγή ρεύματος που χρησιμοποιείται από το σπίτι ή την εμπορική εγκατάσταση. Συγκεκριμένα, σε αυτό το άρθρο, θα μελετήσουμε την αρχή λειτουργίας ενός μονοφασικού επαγωγικού μετρητή ενέργειας και την αρχή λειτουργίας ενός τριφασικού ηλεκτρονικού μετρητή ενέργειας μέσα από τις ακόλουθες επεξηγήσεις δύο βασικών μετρητών ενέργειας.

Μονοφασικός επαγωγικός μετρητής ενέργειας
Είναι ένας πολύ γνωστός και πιο συνηθισμένος αρχαίος μετρητής ηλεκτρικής ενέργειας. Αποτελείται από έναν περιστρεφόμενο δίσκο αλουμινίου τοποθετημένος σε έναν άξονα ανάμεσα σε δύο ηλεκτρομαγνήτες. Η ταχύτητα περιστροφής του δίσκου είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ, η οποία ενσωματώνεται μέσω του μηχανισμού μετάδοσης και μέτρησης. Αποτελείται από δύο ηλεκτρομαγνήτες με πλαστικοποιημένο χάλυβα πυριτίου που συνδέονται παράλληλα και σε σειρά.

Ένας μαγνήτης σειράς έχει ένα πηνίο με πολλές στροφές παχύ σύρμα συνδεδεμένο σε σειρά με το κύκλωμα, ενώ ένας παράλληλος μαγνήτης έχει ένα πηνίο με πολλές στροφές λεπτού σύρματος συνδεδεμένο σε μια πηγή ισχύος.

Ένας μαγνήτης φρένων είναι ένας μόνιμος μαγνήτης που ασκεί μια δύναμη που αντιτίθεται στην κανονική περιστροφή του δίσκου, μετακινώντας τον δίσκο σε θέση ισορροπίας και σταματώντας τον δίσκο όταν αφαιρεθεί η τροφοδοσία.

Οι μαγνήτες που συνδέονται σε σειρά παράγουν μια μαγνητική ροή ανάλογη με το ρεύμα που ρέει και οι μαγνήτες που συνδέονται παράλληλα παράγουν μια μαγνητική ροή ανάλογη με την τάση. Λόγω επαγωγικών ιδιοτήτων, αυτές οι δύο ροές υστερούν κατά 90 μοίρες. Η τομή αυτών των δύο πεδίων δημιουργεί δινορεύματα στο δίσκο χρησιμοποιώντας μια δύναμη ανάλογη με το γινόμενο της στιγμιαίας τάσης, του ρεύματος και της γωνίας φάσης μεταξύ τους. Οι μαγνήτες φρένων τοποθετούνται στη μία πλευρά του δίσκου του φρένου και δημιουργούν ροπή πέδησης στο δίσκο του φρένου χρησιμοποιώντας ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο που παρέχεται από τους μόνιμους μαγνήτες. Όταν οι ροπές πέδησης και οδήγησης είναι ίσες, η ταχύτητα του δίσκου του φρένου γίνεται σταθερή.

Ο άξονας ή η κατακόρυφη άτρακτος του δίσκου αλουμινίου σχετίζεται με έναν μηχανισμό γραναζιών που καταγράφει έναν αριθμό ανάλογο με τον αριθμό των στροφών του δίσκου. Αυτός ο μηχανισμός μετάδοσης ορίζει μια σειρά αριθμών σε ένα καντράν και υποδεικνύει την ποσότητα ενέργειας που καταναλώνεται με την πάροδο του χρόνου.

Αυτός ο τύπος μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας έχει απλή δομή, αλλά η ακρίβειά του είναι ελαφρώς κακή λόγω της επίδρασης εξωτερικών πεδίων όπως ο ερπυσμός. Ένα πρωταρχικό πρόβλημα με αυτούς τους τύπους μετρητών ενέργειας είναι ότι είναι επιρρεπείς σε παραβιάσεις, γεγονός που καθιστά αναγκαία την ανάγκη για ένα σύστημα παρακολούθησης της ενέργειας. Αυτοί οι μετρητές σειράς και χωριστών μετρητών χρησιμοποιούνται ευρέως σε οικιακές και βιομηχανικές εφαρμογές.

Σε σύγκριση με τους ηλεκτρομηχανικούς μετρητές ενέργειας επαγωγής, οι ηλεκτρονικοί μετρητές ενέργειας είναι ακριβή, ακριβή και αξιόπιστα όργανα μέτρησης. Όταν συνδέονται σε φορτίο, καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια και αρχίζουν αμέσως τη μέτρηση. Στη συνέχεια περιγράφεται ο ηλεκτρονικός τριφασικός μετρητής ενέργειας και η αρχή λειτουργίας του.

Τριφασικός ηλεκτρονικός μετρητής ενέργειας
Ο μετρητής είναι ικανός να εκτελεί μετρήσεις ρεύματος, τάσης και ισχύος σε τριφασικά συστήματα τροφοδοσίας. Με τη χρήση αυτών των τριών φάσεων, η υψηλή τάση και το ρεύμα μπορούν επίσης να μετρηθούν χρησιμοποιώντας κατάλληλους αισθητήρες. Ένας από τους τύπους τριφασικών μετρητών ενέργειας φαίνεται παρακάτω (ως παράδειγμα), ο οποίος εξασφαλίζει αξιόπιστη και ακριβή μέτρηση ενέργειας σε σύγκριση με τους ηλεκτρομηχανικούς μετρητές.

Χρησιμοποιεί μονοφασικό IC μέτρησης ισχύος AD7755 για τη συλλογή και επεξεργασία παραμέτρων τάσης και ρεύματος εισόδου. Αισθητήρες όπως μετασχηματιστές τάσης και ρεύματος χρησιμοποιούνται για τη μείωση της ονομαστικής τάσης και του ρεύματος των γραμμών ισχύος σε επίπεδα σήματος και για την παροχή τους στο IC όπως φαίνεται στο σχήμα. Αυτά τα σήματα δειγματίζονται και μετατρέπονται σε ψηφιακά σήματα, τα οποία πολλαπλασιάζονται μεταξύ τους για να ληφθεί η στιγμιαία ισχύς. Αυτές οι ψηφιακές έξοδοι στη συνέχεια μετατρέπονται σε συχνότητες για να οδηγήσουν ηλεκτρομηχανικούς μετρητές. Η συχνότητα των παλμών εξόδου είναι ανάλογη της στιγμιαίας ισχύος και (μέσα σε ένα δεδομένο διάστημα) αποδίδει την ενέργεια συγκεκριμένου αριθμού παλμών στο φορτίο.

Ο μικροελεγκτής δέχεται εισόδους και από τα τρία IC μέτρησης ισχύος για τριφασική μέτρηση ισχύος και λειτουργεί ως ελεγκτής του συστήματος εκτελώντας όλες τις απαραίτητες λειτουργίες όπως αποθήκευση και ανάκτηση δεδομένων από την EEPROM, λειτουργία του μετρητή χρησιμοποιώντας κουμπιά για προβολή της κατανάλωσης ενέργειας. εγκέφαλος, βαθμονομεί τη φάση και καθαρίζει τις μετρήσεις. και, επίσης, οδηγεί την οθόνη χρησιμοποιώντας ένα IC αποκωδικοποιητή.

Μέχρι στιγμής, έχουμε μάθει για τους μετρητές ενέργειας και τον τρόπο λειτουργίας τους. Για να κατανοήσετε βαθύτερα την έννοια, η ακόλουθη περιγραφή σχετικά με τον μετρητή ενέργειας παρέχει πλήρεις λεπτομέρειες κυκλώματος και τη σύνδεσή του με χρήση μικροελεγκτή.

Κύκλωμα μετρητή ενέργειας με χρήση μικροελεγκτή:
Το παρακάτω σχήμα δείχνει το κύκλωμα του μετρητή ηλεκτρικής ενέργειας που υλοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τον μικροελεγκτή AVR Atmel. Αυτό το κύκλωμα παρακολουθεί συνεχώς και λαμβάνει τις παραμέτρους τάσης και ρεύματος της μονοφασικής τροφοδοσίας του δικτύου. Ο μικροελεγκτής λαμβάνει αυτές τις τιμές παραμέτρων από το κύκλωμα ρύθμισης σήματος, το οποίο κινείται από ένα IC λειτουργικού ενισχυτή.
Αυτό το κύκλωμα έχει δύο μετασχηματιστές ρεύματος συνδεδεμένους σε σειρά με κάθε γραμμή ισχύος: φάση και ουδέτερο. Οι τιμές ρεύματος από αυτούς τους μετασχηματιστές αποστέλλονται στο αντίστοιχο ADC του μικροελεγκτή και στη συνέχεια το ADC μετατρέπει αυτές τις τιμές σε ψηφιακές τιμές και ως εκ τούτου ο μικροελεγκτής κάνει τους απαραίτητους υπολογισμούς για να βρει την κατανάλωση ενέργειας. Ο μικροελεγκτής προγραμματίζεται πολλαπλασιάζοντας και ενσωματώνοντας τις τιμές τάσης και ρεύματος από το ADC για μια καθορισμένη χρονική περίοδο και οδηγώντας τον μηχανισμό μετρητή ανάλογα για να εμφανίσει τον αριθμό των μονάδων (KW) που καταναλώθηκαν σε μια χρονική περίοδο.

Εκτός από τη μέτρηση ενέργειας, το σύστημα παρέχει επίσης ένδειξη σφάλματος γείωσης σε περίπτωση βλάβης ή υπερέντασης που μπορεί να συμβεί στον ουδέτερο ή τον αγωγό γείωσης και ενεργοποιεί την ένδειξη LED κατάλληλα για ανίχνευση σφάλματος γείωσης καθώς και ανά μονάδα κατανάλωσης.