Види лічильників електроенергії та принцип їх роботи
Лічильник електроенергії або ватт-годинний лічильник - це електричний прилад, який вимірює електричну енергію, споживану споживачами. Комунальні підприємства є одним із енергетичних секторів, які встановлюють ці лічильники в різних місцях, таких як будинки, підприємства, організації, комерційні будівлі тощо, щоб виставляти рахунки за споживання електроенергії такими навантаженнями, як освітлення, вентилятори, холодильники та інша побутова техніка.
Основною одиницею потужності є ват, який вимірюється ватметром. Один кіловат дорівнює тисячі ват. Якщо за одну годину використовується один кіловат, то споживається одна одиниця енергії. Тому лічильник енергії вимірює швидку напругу та струм, обчислює їх добуток і видає миттєву потужність. Ця потужність інтегрується в інтервал часу, щоб отримати енергію, використану протягом цього періоду часу.
Види лічильників електроенергії
Лічильники електроенергії діляться на дві основні категорії, такі як:
Електромеханічний індукційний лічильник
Електронний лічильник електроенергії
Враховуючи наступні фактори, лічильники електроенергії діляться на два види:
Тип дисплея - аналоговий або цифровий лічильник.
Типи точок обліку: вторинна передача, мережева, місцева та первинна розподільча.
Кінцеві програми, такі як комерційне, промислове та побутове використання
Технологічні аспекти, такі як однофазні, трифазні, високої напруги (HT), низької напруги (LT) і прецизійні матеріали.
Підключення до джерела живлення може бути однофазним або трифазним, залежно від джерела живлення, яке використовується в будинку або комерційному об’єкті. Зокрема, у цій статті ми вивчимо принцип роботи однофазного індуктивного лічильника енергії та принцип роботи трифазного електронного лічильника енергії за допомогою наступних пояснень двох основних лічильників енергії.
Однофазний індуктивний лічильник енергії
Це відомий і найпоширеніший старовинний лічильник електроенергії. Він складається з алюмінієвого диска, що обертається, розміщеного на шпинделі між двома електромагнітами. Швидкість обертання диска прямо пропорційна потужності, яка інтегрована через зубчасту передачу та лічильний механізм. Він складається з двох ламінованих електромагнітів із кремнієвої сталі, з’єднаних паралельно та послідовно.
Послідовний магніт має котушку з кількома витками товстого дроту, з’єднаних послідовно з ланцюгом, тоді як паралельний магніт має котушку з кількома витками тонкого дроту, під’єднану до джерела живлення.
Гальмівний магніт — це постійний магніт, який чинить силу, що протидіє нормальному обертанню диска, переміщуючи диск у положення рівноваги та зупиняючи диск, коли живлення припиняється.
Магніти, з’єднані послідовно, створюють магнітний потік, пропорційний силі струму, а магніти, з’єднані паралельно, створюють магнітний потік, пропорційний напрузі. Завдяки індуктивним властивостям ці два потоки відстають на 90 градусів. Перетин цих двох полів створює вихрові струми в диску за допомогою сили, пропорційної добутку миттєвої напруги, струму та фазового кута між ними. Гальмівні магніти розміщені з одного боку гальмівного диска та створюють гальмівний момент на гальмівному диску за допомогою постійного магнітного поля, створеного постійними магнітами. Коли гальмівний і рушійний моменти рівні, швидкість гальмівного диска стає стабільною.
Вісь, або вертикальний шпиндель, алюмінієвого диска пов'язана з зубчастим механізмом, який реєструє число, пропорційне числу обертів диска. Цей зубчастий механізм встановлює ряд цифр на циферблаті та вказує кількість енергії, спожитої за час.
Цей тип лічильника електроенергії має просту конструкцію, але його точність дещо низька через вплив зовнішніх полів, таких як повзучість. Основна проблема з цими типами лічильників енергії полягає в тому, що вони сприйнятливі до фальсифікацій, що зумовлює потребу в системі моніторингу енергії. Ці серійні та роздільні лічильники широко використовуються в побутових і промислових цілях.
У порівнянні з електромеханічними індукційними лічильниками енергії, електронні лічильники енергії є точними, точними та надійними вимірювальними приладами. При підключенні до навантаження вони споживають менше електроенергії і відразу починають вимірювати. Далі описано електронний трифазний лічильник електроенергії та його принцип роботи.
Трифазний електронний лічильник електроенергії
Лічильник здатний виконувати вимірювання струму, напруги та потужності в трифазних системах живлення. За допомогою цих трифазних лічильників також можна виміряти високу напругу та струм за допомогою відповідних датчиків. Нижче (як приклад) показаний один із типів трифазних лічильників електроенергії, який забезпечує надійне та точне вимірювання електроенергії порівняно з електромеханічними лічильниками.
Він використовує однофазну мікросхему вимірювання потужності AD7755 для збору та обробки параметрів вхідної напруги та струму. Такі датчики, як трансформатори напруги та струму, використовуються для зниження номінальних значень напруги та струму ліній електропередач до рівнів сигналу та передачі їх на мікросхему, як показано на малюнку. Ці сигнали дискретизуються та перетворюються на цифрові сигнали, які множаться один на одного для отримання миттєвої потужності. Потім ці цифрові виходи перетворюються на частоти для керування електромеханічними лічильниками. Частота вихідних імпульсів пропорційна миттєвій потужності і (в межах заданого інтервалу) передає на навантаження енергію певної кількості імпульсів.
Мікроконтролер приймає вхідні дані від усіх трьох мікросхем вимірювання потужності для вимірювання трифазної потужності та діє як контролер системи, виконуючи всі необхідні операції, такі як збереження та отримання даних з EEPROM, керування лічильником за допомогою кнопок для перегляду споживання енергії. мозок, калібрує фазу і очищає показання; і він також керує дисплеєм за допомогою мікросхеми декодера.
Наразі ми дізналися про лічильники електроенергії та як вони працюють. Щоб глибше зрозуміти цю концепцію, у наступному описі лічильника електроенергії наведено повну інформацію про схему та її підключення за допомогою мікроконтролера.
Схема лічильника електроенергії з використанням мікроконтролера:
На малюнку нижче показана схема електролічильника, реалізована за допомогою мікроконтролера Atmel AVR. Ця схема постійно контролює та отримує параметри напруги та струму мережі однофазного джерела живлення. Мікроконтролер отримує ці значення параметрів із схеми формування сигналу, яка керується операційним підсилювачем IC.
Ця схема має два трансформатори струму, з'єднані послідовно з кожною лінією живлення: фазний і нейтральний. Значення струму від цих трансформаторів надсилаються до відповідного АЦП мікроконтролера, а потім АЦП перетворює ці значення в цифрові значення, і, отже, мікроконтролер виконує необхідні обчислення для визначення споживання енергії. Мікроконтролер програмується шляхом множення та інтегрування значень напруги та струму з АЦП за визначений період часу та керування лічильником відповідно для відображення кількості одиниць (КВт), спожитих за певний період часу.
На додаток до вимірювання енергії, система також забезпечує індикацію замикання на землю в разі будь-якої несправності або надмірного струму, які можуть виникнути в нейтральному або заземлюючому провіднику, і вмикає світлодіодну індикацію відповідним чином для виявлення замикання на землю, а також для одиниці споживання.
