Typy elektroměrů a jak fungují
Elektroměr nebo měřič watthodin je elektrický přístroj, který měří elektrickou energii spotřebovanou spotřebiteli. Energetické společnosti jsou jedním z energetických sektorů, které instalují tyto měřiče na různá místa, jako jsou domácnosti, průmysl, organizace, komerční budovy atd., aby fakturovaly spotřebu elektřiny u zátěží, jako jsou světla, ventilátory, chladničky a další domácí spotřebiče.
Základní jednotkou výkonu je watt, měřený wattmetrem. Jeden kilowatt se rovná tisíci wattů. Pokud se během jedné hodiny spotřebuje jeden kilowatt, spotřebuje se jedna jednotka energie. Proto měřič energie měří rychlé napětí a proud, vypočítává jejich součin a udává okamžitý výkon. Tento výkon je integrován v časovém intervalu, aby poskytl energii spotřebovanou během tohoto časového období.
Typy elektroměrů
Elektroměry se dělí do dvou základních kategorií jako např.
Elektromechanický indukční měřič
Elektronický měřič energie
S ohledem na následující faktory jsou elektroměry rozděleny do dvou typů:
Typ displeje je analogový nebo digitální měřič.
Typy měřicích míst: sekundární přenos, síť, místní a primární distribuce.
Koncové aplikace, jako je komerční, průmyslové a domácí použití
Technologické aspekty, jako jsou jednofázové, třífázové, vysokonapěťové (HT), nízkonapěťové (LT) a přesné materiály.
Napájecí připojení může být jednofázové nebo třífázové, v závislosti na zdroji energie používaném v domácím nebo komerčním zařízení. Zejména v tomto článku budeme studovat princip činnosti jednofázového indukčního elektroměru a princip činnosti třífázového elektronického elektroměru prostřednictvím následujících vysvětlení dvou základních elektroměrů.
Jednofázový indukční elektroměr
Je to známý a nejběžnější starověký elektroměr. Skládá se z otočného hliníkového disku umístěného na vřetenu mezi dvěma elektromagnety. Rychlost otáčení kotouče je přímo úměrná výkonu, který je integrován prostřednictvím ozubeného soukolí a počítacího mechanismu. Skládá se ze dvou laminovaných elektromagnetů z křemíkové oceli zapojených paralelně a sériově.
Sériový magnet má cívku s několika závity tlustého drátu zapojenou do série s obvodem, zatímco paralelní magnet má cívku s několika závity tenkého drátu připojenou ke zdroji energie.
Brzdový magnet je permanentní magnet, který vyvíjí sílu, která brání normálnímu otáčení kotouče, pohybuje kotoučem do rovnovážné polohy a zastavuje kotouč, když je odpojeno napájení.
Magnety zapojené do série vytvářejí magnetický tok úměrný protékajícímu proudu a magnety zapojené paralelně vytvářejí magnetický tok úměrný napětí. Díky indukčním vlastnostem se tyto dva toky zpožďují o 90 stupňů. Průsečík těchto dvou polí vytváří vířivé proudy v disku pomocí síly úměrné součinu okamžitého napětí, proudu a fázového úhlu mezi nimi. Brzdové magnety jsou umístěny na jedné straně brzdového kotouče a generují brzdný moment na brzdovém kotouči pomocí konstantního magnetického pole poskytovaného permanentními magnety. Když jsou brzdné a hnací momenty stejné, rychlost brzdového kotouče se ustálí.
Osa neboli vertikální vřeteno hliníkového disku je spojeno s převodovým mechanismem, který registruje číslo úměrné počtu otáček disku. Tento převodový mechanismus nastavuje řadu čísel na číselníku a udává množství energie spotřebované v průběhu času.
Tento typ elektroměru má jednoduchou konstrukci, ale jeho přesnost je mírně špatná kvůli vlivu vnějších polí, jako je tečení. Primárním problémem těchto typů elektroměrů je to, že jsou náchylné k neoprávněné manipulaci, což vyžaduje potřebu systému monitorování energie. Tyto sériové a dělené měřiče jsou široce používány v domácích a průmyslových aplikacích.
Ve srovnání s elektromechanickými indukčními elektroměry jsou elektronické elektroměry přesné, přesné a spolehlivé měřicí přístroje. Po připojení k zátěži spotřebují méně energie a okamžitě začnou měřit. Dále je popsán elektronický třífázový elektroměr a jeho princip činnosti.
Třífázový elektronický elektroměr
Elektroměr je schopen provádět měření proudu, napětí a výkonu v třífázových napájecích systémech. Pomocí těchto tří fázových měřičů lze také měřit vysoké napětí a proud pomocí vhodných senzorů. Níže (jako příklad) je uveden jeden z typů třífázových elektroměrů, který zajišťuje spolehlivé a přesné měření energie ve srovnání s elektromechanickými elektroměry.
Ke sběru a zpracování vstupních napěťových a proudových parametrů využívá jednofázové měření výkonu IC AD7755. Senzory, jako jsou napěťové a proudové transformátory, se používají ke snížení jmenovitého napětí a proudu elektrického vedení na úrovně signálu a poskytují je IC, jak je znázorněno na obrázku. Tyto signály jsou vzorkovány a převedeny na digitální signály, které se vzájemně násobí, aby se získal okamžitý výkon. Tyto digitální výstupy jsou poté převedeny na frekvence pro řízení elektromechanických čítačů. Frekvence výstupních impulsů je úměrná okamžitému výkonu a (v daném intervalu) dodává do zátěže energii určitého počtu impulsů.
Mikrokontrolér přijímá vstupy ze všech tří integrovaných obvodů pro měření spotřeby pro třífázové měření energie a funguje jako řídicí jednotka systému prováděním všech nezbytných operací, jako je ukládání a načítání dat z EEPROM, ovládání měřiče pomocí tlačítek pro zobrazení spotřeby energie. mozek, kalibruje fázi a vymaže naměřené hodnoty; a také řídí displej pomocí dekodéru IC.
Zatím jsme se dozvěděli o měřičích energie a o tom, jak fungují. Pro hlubší pochopení konceptu poskytuje následující popis elektroměru kompletní podrobnosti o obvodu a jeho zapojení pomocí mikrokontroléru.
Obvod elektroměru pomocí mikrokontroléru:
Na obrázku níže je znázorněn obvod elektroměru realizovaný pomocí mikrokontroléru Atmel AVR. Tento obvod nepřetržitě sleduje a získává parametry napětí a proudu síťového jednofázového zdroje. Mikrokontrolér získává tyto hodnoty parametrů z obvodu pro úpravu signálu, který je řízen integrovaným obvodem operačního zesilovače.
Tento obvod má dva proudové transformátory zapojené do série s každým elektrickým vedením: fázový a nulový. Proudové hodnoty z těchto transformátorů jsou odesílány do příslušného ADC mikrokontroléru a poté ADC tyto hodnoty převádí na digitální hodnoty, a proto mikrokontrolér provádí nezbytné výpočty pro zjištění spotřeby energie. Mikrokontrolér je naprogramován násobením a integrací hodnot napětí a proudu z ADC za specifikované časové období a odpovídajícím řízením čítacího mechanismu pro zobrazení počtu jednotek (KW) spotřebovaných za určité časové období.
Kromě měření energie systém také poskytuje indikaci zemního spojení v případě jakékoli poruchy nebo nadproudu, který se může vyskytnout v nulovém nebo zemním vodiči, a zapíná indikaci LED odpovídajícím způsobem pro detekci zemního spojení a také na jednotku spotřeby.
