Enerģijas skaitītāju veidi un to darbības principi
Enerģijas skaitītājs vai vatstundu skaitītājs ir elektrisks instruments, kas mēra patērētāju patērēto elektroenerģiju. Komunālie uzņēmumi ir viena no enerģētikas nozarēm, kas uzstāda šos skaitītājus dažādās vietās, piemēram, mājās, nozarēs, organizācijās, komerciālās ēkās utt., lai izrakstītu rēķinu par elektrības patēriņu tādām slodzēm kā apgaismojums, ventilatori, ledusskapji un cita sadzīves tehnika.
Jaudas pamatvienība ir vats, ko mēra ar vatmetru. Viens kilovats ir vienāds ar tūkstoti vatu. Ja vienā stundā tiek izmantots viens kilovats, tiek patērēta viena enerģijas vienība. Tāpēc enerģijas skaitītājs mēra ātru spriegumu un strāvu, aprēķina to reizinājumu un dod momentāno jaudu. Šī jauda tiek integrēta noteiktā laika intervālā, lai nodrošinātu šajā laika periodā izmantoto enerģiju.
Enerģijas skaitītāju veidi
Enerģijas skaitītājus iedala divās pamatkategorijās, piemēram:
Elektromehāniskais indukcijas skaitītājs
Elektroniskais enerģijas skaitītājs
Ņemot vērā šādus faktorus, elektroenerģijas skaitītājus iedala divos veidos:
Displeja veids ir analogais vai digitālais skaitītājs.
Uzskaites punktu veidi: sekundārā pārvade, tīkls, lokālā un primārā sadale.
Galīgie pielietojumi, piemēram, komerciāla, rūpnieciska un sadzīves izmantošana
Tehnoloģiju aspekti, piemēram, vienfāzes, trīsfāzu, augsta sprieguma (HT), zemas spriedzes (LT) un precīzas kvalitātes materiāli.
Barošanas pieslēgums var būt vienfāzes vai trīsfāžu, atkarībā no barošanas avota, ko izmanto mājā vai komerciālā objektā. Jo īpaši šajā rakstā mēs pētīsim vienfāzes induktīvās enerģijas skaitītāja darbības principu un trīsfāzu elektroniskā enerģijas skaitītāja darbības principu, izmantojot šādus divu pamata enerģijas skaitītāju skaidrojumus.
Vienfāzes induktīvās enerģijas skaitītājs
Tas ir labi zināms un visizplatītākais senais elektroenerģijas skaitītājs. Tas sastāv no rotējoša alumīnija diska, kas novietots uz vārpstas starp diviem elektromagnētiem. Diska rotācijas ātrums ir tieši proporcionāls jaudai, kas ir integrēta caur zobratu un skaitīšanas mehānismu. Tas sastāv no diviem silīcija tērauda laminētiem elektromagnētiem, kas savienoti paralēli un virknē.
Sērijveida magnētam ir spole ar vairākiem bieza stieples apgriezieniem, kas virknē savienoti ar ķēdi, savukārt paralēlajam magnētam ir spole ar vairākiem tievas stieples apgriezieniem, kas savienoti ar strāvas avotu.
Bremžu magnēts ir pastāvīgais magnēts, kas iedarbojas pret normālu diska griešanos, pārvietojot disku līdzsvara stāvoklī un apturot disku, kad tiek pārtraukta jauda.
Virknē savienoti magnēti rada magnētisko plūsmu, kas ir proporcionāla plūstošajai strāvai, un paralēli savienoti magnēti rada magnētisko plūsmu, kas ir proporcionāla spriegumam. Induktīvo īpašību dēļ šīs divas plūsmas atpaliek par 90 grādiem. Šo divu lauku krustošanās rada diskā virpuļstrāvas, izmantojot spēku, kas ir proporcionāls momentānā sprieguma, strāvas un fāzes leņķa reizinājumam starp tiem. Bremžu magnēti ir novietoti vienā bremžu diska pusē un rada bremzēšanas griezes momentu uz bremžu diska, izmantojot pastāvīgo magnētisko lauku, ko nodrošina pastāvīgie magnēti. Kad bremzēšanas un braukšanas griezes momenti ir vienādi, bremžu diska ātrums kļūst stabils.
Alumīnija diska ass jeb vertikālā vārpsta ir saistīta ar zobratu mehānismu, kas reģistrē skaitli, kas ir proporcionāls diska apgriezienu skaitam. Šis pārnesumu mehānisms iestata ciparu sēriju ciparnīcā un norāda laika gaitā patērētās enerģijas daudzumu.
Šāda veida elektroenerģijas skaitītājam ir vienkārša uzbūve, taču tā precizitāte ir nedaudz slikta ārējo lauku, piemēram, šļūdes, ietekmes dēļ. Galvenā problēma ar šāda veida enerģijas skaitītājiem ir tā, ka tie ir jutīgi pret manipulācijām, tādēļ ir nepieciešama enerģijas uzraudzības sistēma. Šīs sērijas un dalīto skaitītāju skaitītājus plaši izmanto mājsaimniecībā un rūpniecībā.
Salīdzinot ar elektromehāniskajiem indukcijas enerģijas skaitītājiem, elektroniskie enerģijas skaitītāji ir precīzi, precīzi un uzticami mērinstrumenti. Kad tie ir pievienoti slodzei, tie patērē mazāk enerģijas un nekavējoties sāk mērīt. Tālāk ir aprakstīts elektroniskais trīsfāzu enerģijas skaitītājs un tā darbības princips.
Trīsfāzu elektroniskais enerģijas skaitītājs
Skaitītājs spēj veikt strāvas, sprieguma un jaudas mērījumus trīsfāzu barošanas sistēmās. Izmantojot šos trīs fāzu mērītājus, var izmērīt arī augstu spriegumu un strāvu, izmantojot atbilstošus sensorus. Zemāk ir parādīts viens no trīsfāzu enerģijas skaitītāju veidiem (kā piemērs), kas nodrošina uzticamu un precīzu enerģijas mērījumu salīdzinājumā ar elektromehāniskajiem skaitītājiem.
Tas izmanto vienfāzes jaudas mērīšanas IC AD7755, lai savāktu un apstrādātu ieejas sprieguma un strāvas parametrus. Sensori, piemēram, sprieguma un strāvas transformatori, tiek izmantoti, lai samazinātu elektropārvades līniju sprieguma un strāvas vērtības līdz signāla līmenim un nodrošinātu tos IC, kā parādīts attēlā. Šie signāli tiek atlasīti un pārveidoti ciparu signālos, kas tiek reizināti viens ar otru, lai iegūtu momentāno jaudu. Šīs digitālās izejas pēc tam tiek pārveidotas frekvencēs, lai darbinātu elektromehāniskos skaitītājus. Izejas impulsu frekvence ir proporcionāla momentānajai jaudai, un (noteiktā intervālā) tā piegādā slodzei noteikta impulsu skaita enerģiju.
Mikrokontrolleris pieņem ievades no visām trim jaudas mērīšanas IC trīsfāzu jaudas mērīšanai un darbojas kā sistēmas kontrolieris, veicot visas nepieciešamās darbības, piemēram, saglabājot un izgūstot datus no EEPROM, darbinot skaitītāju, izmantojot pogas, lai skatītu enerģijas patēriņu. smadzenes, kalibrē fāzi un notīra rādījumus; un tas arī vada displeju, izmantojot dekodētāja IC.
Līdz šim esam uzzinājuši par enerģijas skaitītājiem un to darbību. Lai izprastu šo jēdzienu dziļāk, nākamajā enerģijas skaitītāja aprakstā ir sniegta pilnīga shēmas informācija un tās savienojums, izmantojot mikrokontrolleri.
Enerģijas skaitītāja ķēde, izmantojot mikrokontrolleri:
Zemāk redzamajā attēlā parādīta elektrības skaitītāja shēma, kas ieviesta, izmantojot Atmel AVR mikrokontrolleri. Šī shēma nepārtraukti uzrauga un iegūst tīkla vienfāzes barošanas avota sprieguma un strāvas parametrus. Mikrokontrolleris iegūst šīs parametru vērtības no signāla kondicionēšanas ķēdes, kuru darbina darbības pastiprinātāja IC.
Šajā shēmā ir divi strāvas transformatori, kas virknē savienoti ar katru strāvas līniju: fāze un neitrāls. Strāvas vērtības no šiem transformatoriem tiek nosūtītas uz attiecīgo mikrokontrollera ADC, un pēc tam ADC pārvērš šīs vērtības ciparu vērtībās, un tādējādi mikrokontrolleris veic nepieciešamos aprēķinus, lai noteiktu enerģijas patēriņu. Mikrokontrolleris tiek ieprogrammēts, reizinot un integrējot sprieguma un strāvas vērtības no ADC noteiktā laika periodā un attiecīgi darbinot skaitītāja mehānismu, lai parādītu noteiktā laika periodā patērēto vienību skaitu (KW).
Papildus enerģijas mērīšanai sistēma nodrošina arī zemējuma defekta indikāciju jebkura bojājuma vai pārstrāvas gadījumā, kas var rasties nulles vai zemējuma vadā, un ieslēdz LED indikatoru atbilstoši zemes defekta noteikšanai, kā arī vienības patēriņam.
