Typer energimålere og hvordan de fungerer
En energimåler eller wattimeteller er et elektrisk instrument som måler den elektriske energien som brukes av forbrukere. Forsyningsselskaper er en av kraftsektorene som installerer disse målerne på forskjellige steder, for eksempel i boliger, industrier, organisasjoner, kommersielle bygninger, etc. for å fakturere strømforbruket til laster som lys, vifter, kjøleskap og andre husholdningsapparater.
Den grunnleggende kraftenheten er watt, målt med et wattmeter. En kilowatt tilsvarer tusen watt. Hvis én kilowatt brukes på én time, forbrukes én energienhet. Derfor måler en energimåler rask spenning og strøm, beregner produktet deres og gir den øyeblikkelige kraften. Denne kraften er integrert over et tidsintervall for å gi energien som brukes i løpet av den tidsperioden.
Typer energimålere
Energimålere er delt inn i to grunnleggende kategorier som:
Elektromekanisk induksjonsmåler
Elektronisk energimåler
Tatt i betraktning følgende faktorer, er elektriske energimålere delt inn i to typer:
Skjermtypen er analog eller digital måler.
Målepunkttyper: sekundær overføring, nett, lokal og primær distribusjon.
Sluttapplikasjoner som kommersiell, industriell og hjemmebruk
Teknologiaspekter som enkeltfase, trefase, høyspenning (HT), lavspenning (LT) og presisjonskvalitetsmaterialer.
Forsyningstilkoblingen kan være enfaset eller trefaset, avhengig av strømkilden som brukes av hjemmet eller kommersielle anlegget. Spesielt i denne artikkelen vil vi studere arbeidsprinsippet til en enfaset induktiv energimåler og arbeidsprinsippet til en trefaset elektronisk energimåler gjennom følgende forklaringer av to grunnleggende energimålere.
Enfase induktiv energimåler
Det er en velkjent og vanligste eldgammel elektrisk energimåler. Den består av en roterende aluminiumsskive plassert på en spindel mellom to elektromagneter. Rotasjonshastigheten til skiven er direkte proporsjonal med kraften, som er integrert gjennom girtoget og tellemekanismen. Den består av to silisiumstållaminerte elektromagneter koblet parallelt og i serie.
En seriemagnet har en spole med flere vindinger med tykk ledning koblet i serie med kretsen, mens en parallellmagnet har en spole med flere vindinger med tynn ledning koblet til en strømkilde.
En bremsemagnet er en permanent magnet som utøver en kraft som motsetter normal skiverotasjon, flytter skiven til en likevektsposisjon og stopper skiven når strømmen fjernes.
Magneter koblet i serie produserer en magnetisk fluks proporsjonal med strømmen som flyter, og magneter koblet i parallell produserer en magnetisk fluks proporsjonal med spenningen. På grunn av induktive egenskaper forsinker disse to fluksene med 90 grader. Skjæringspunktet mellom disse to feltene skaper virvelstrømmer i disken ved å bruke en kraft proporsjonal med produktet av den øyeblikkelige spenningen, strømmen og fasevinkelen mellom dem. Bremsemagneter er plassert på den ene siden av bremseskiven og genererer bremsemoment på bremseskiven ved å bruke et konstant magnetfelt fra permanentmagnetene. Når bremse- og kjøremomentene er like, blir hastigheten på bremseskiven stabil.
Aksen, eller vertikal spindel, til aluminiumskiven er forbundet med en girmekanisme som registrerer et tall proporsjonalt med antall omdreininger på skiven. Denne girmekanismen setter en serie tall i en skive og indikerer mengden energi som forbrukes over tid.
Denne typen elektrisk energimåler har en enkel struktur, men nøyaktigheten er litt dårlig på grunn av påvirkning av ytre felt som kryp. Et primært problem med denne typen energimålere er at de er utsatt for tukling, noe som krever et energiovervåkingssystem. Disse serie- og splitmetermålerne er mye brukt i husholdnings- og industriapplikasjoner.
Sammenlignet med elektromekaniske induksjonsenergimålere er elektroniske energimålere nøyaktige, presise og pålitelige måleinstrumenter. Når de er koblet til en last, bruker de mindre strøm og begynner å måle umiddelbart. Følgende beskriver den elektroniske trefase energimåleren og dens arbeidsprinsipp.
Trefase elektronisk energimåler
Måleren er i stand til å utføre strøm-, spennings- og effektmålinger i trefaseforsyningssystemer. Ved å bruke disse trefasemålerne kan høyspenning og strøm også måles ved hjelp av passende sensorer. En av typene trefase energimålere er vist nedenfor (som et eksempel), som sikrer pålitelig og nøyaktig energimåling sammenlignet med elektromekaniske målere.
Den bruker enfaset effektmåling IC AD7755 for å samle inn og behandle inngangsspenning og strømparametere. Sensorer som spennings- og strømtransformatorer brukes til å redusere spennings- og strømverdiene til kraftledningene til signalnivåer og gi dem til IC som vist i figuren. Disse signalene samples og konverteres til digitale signaler, som multipliseres med hverandre for å oppnå den øyeblikkelige kraften. Disse digitale utgangene konverteres deretter til frekvenser for å drive elektromekaniske tellere. Frekvensen til utgangspulsene er proporsjonal med den momentane effekten, og (innen et gitt intervall) leverer den energien til et spesifikt antall pulser til lasten.
Mikrokontrolleren aksepterer innganger fra alle tre strømmålings-IC-ene for trefase-effektmåling og fungerer som kontrolleren for systemet ved å utføre alle nødvendige operasjoner som å lagre og hente data fra EEPROM, betjene måleren ved hjelp av knapper for å se energiforbruket. hjernen, kalibrerer fasen og sletter avlesningene; og den driver også skjermen ved hjelp av en dekoder-IC.
Så langt har vi lært om energimålere og hvordan de fungerer. For å forstå konseptet dypere, gir følgende beskrivelse om energimåler fullstendige kretsdetaljer og tilkoblingen ved hjelp av en mikrokontroller.
Energimålerkrets ved hjelp av mikrokontroller:
Figuren nedenfor viser strømmålerkretsen implementert ved hjelp av Atmel AVR mikrokontroller. Denne kretsen overvåker og innhenter kontinuerlig spennings- og strømparametrene til enfasestrømforsyningen. Mikrokontrolleren henter disse parameterverdiene fra signalbehandlingskretsen, som drives av en operasjonsforsterker IC.
Denne kretsen har to strømtransformatorer koblet i serie med hver kraftlinje: fase og nøytral. Strømverdiene fra disse transformatorene sendes til den respektive ADC-en til mikrokontrolleren, og deretter konverterer ADC-en disse verdiene til digitale verdier, og mikrokontrolleren gjør derfor de nødvendige beregningene for å finne energiforbruket. Mikrokontrolleren programmeres ved å multiplisere og integrere spennings- og strømverdiene fra ADC over en spesifisert tidsperiode og drive tellermekanismen tilsvarende for å vise antall enheter (KW) forbrukt over en tidsperiode.
I tillegg til energimåling gir systemet også jordfeilindikasjon ved eventuell feil eller overstrøm som kan oppstå i nøytral- eller jordleder og slår på LED-indikasjonen hensiktsmessig for jordfeildeteksjon samt per enhetsforbruk.
