Rodzaje liczników energii i zasada ich działania
Licznik energii lub watogodzin jest przyrządem elektrycznym, który mierzy energię elektryczną zużywaną przez konsumentów. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej to jeden z sektorów energetyki, który instaluje te liczniki w różnych miejscach, takich jak domy, zakłady przemysłowe, organizacje, budynki komercyjne itp., Aby wystawiać rachunki za zużycie energii elektrycznej przez takie obciążenia, jak oświetlenie, wentylatory, lodówki i inne urządzenia gospodarstwa domowego.
Podstawową jednostką mocy jest wat, mierzony za pomocą watomierza. Jeden kilowat równa się tysiącowi watów. Jeśli w ciągu godziny zostanie zużyty jeden kilowat, zużyta zostanie jedna jednostka energii. Dlatego licznik energii mierzy szybkie napięcie i prąd, oblicza ich iloczyn i podaje moc chwilową. Moc ta jest całkowana w przedziale czasu, aby uzyskać energię zużytą w tym okresie.
Rodzaje liczników energii
Liczniki energii dzielą się na dwie podstawowe kategorie, takie jak:
Elektromechaniczny miernik indukcyjny
Elektroniczny licznik energii
Biorąc pod uwagę następujące czynniki, liczniki energii elektrycznej dzielą się na dwa typy:
Typ wyświetlacza to miernik analogowy lub cyfrowy.
Rodzaje punktów pomiarowych: przesył wtórny, sieciowy, dystrybucja lokalna i pierwotna.
Zastosowania końcowe, takie jak zastosowania komercyjne, przemysłowe i domowe
Aspekty technologiczne, takie jak materiały jednofazowe, trójfazowe, wysokiego napięcia (HT), niskiego napięcia (LT) i materiały precyzyjne.
Podłączenie zasilania może być jednofazowe lub trójfazowe, w zależności od źródła zasilania używanego w domu lub obiekcie komercyjnym. W szczególności w tym artykule przeanalizujemy zasadę działania jednofazowego indukcyjnego licznika energii i zasadę działania trójfazowego elektronicznego licznika energii poprzez poniższe wyjaśnienia dotyczące dwóch podstawowych liczników energii.
Jednofazowy indukcyjny licznik energii
Jest to znany i najpopularniejszy starożytny licznik energii elektrycznej. Składa się z obracającego się aluminiowego dysku umieszczonego na wrzecionie pomiędzy dwoma elektromagnesami. Prędkość obrotowa tarczy jest wprost proporcjonalna do mocy, która jest zintegrowana poprzez przekładnię i mechanizm zliczający. Składa się z dwóch elektromagnesów laminowanych stalą krzemową, połączonych równolegle i szeregowo.
Magnes szeregowy ma cewkę z kilkoma zwojami grubego drutu połączoną szeregowo z obwodem, podczas gdy magnes równoległy ma cewkę z kilkoma zwojami cienkiego drutu podłączoną do źródła zasilania.
Magnes hamulca to magnes trwały, który wywiera siłę przeciwdziałającą normalnemu obrotowi tarczy, przesuwając tarczę do położenia równowagi i zatrzymując tarczę po odłączeniu zasilania.
Magnesy połączone szeregowo wytwarzają strumień magnetyczny proporcjonalny do przepływającego prądu, a magnesy połączone równolegle wytwarzają strumień magnetyczny proporcjonalny do napięcia. Ze względu na właściwości indukcyjne te dwa strumienie są opóźnione o 90 stopni. Przecięcie tych dwóch pól powoduje powstanie prądów wirowych w dysku przy użyciu siły proporcjonalnej do iloczynu chwilowego napięcia, prądu i kąta fazowego między nimi. Magnesy hamulcowe są umieszczone po jednej stronie tarczy hamulcowej i wytwarzają moment hamowania na tarczy hamulcowej za pomocą stałego pola magnetycznego wytwarzanego przez magnesy trwałe. Gdy momenty hamowania i napędu są równe, prędkość tarczy hamulcowej staje się stabilna.
Oś, czyli pionowe wrzeciono aluminiowej tarczy, jest powiązana z mechanizmem zębatym, który rejestruje liczbę proporcjonalną do liczby obrotów tarczy. Ten mechanizm przekładniowy ustawia serię cyfr na tarczy i wskazuje ilość energii zużywanej w czasie.
Ten typ licznika energii elektrycznej ma prostą konstrukcję, ale jego dokładność jest nieco słaba ze względu na wpływ pól zewnętrznych, takich jak pełzanie. Podstawowym problemem związanym z tego typu licznikami energii jest ich podatność na manipulacje, co powoduje konieczność stosowania systemu monitorowania energii. Te liczniki szeregowe i dzielone są szeroko stosowane w zastosowaniach domowych i przemysłowych.
W porównaniu do elektromechanicznych, indukcyjnych liczników energii, elektroniczne liczniki energii są dokładnymi, precyzyjnymi i niezawodnymi przyrządami pomiarowymi. Po podłączeniu do obciążenia zużywają mniej energii i natychmiast rozpoczynają pomiary. Poniżej opisano elektroniczny trójfazowy licznik energii i jego zasadę działania.
Trójfazowy elektroniczny licznik energii
Miernik umożliwia pomiary prądu, napięcia i mocy w sieciach trójfazowych. Dzięki zastosowaniu tych trójfazowych mierników można również mierzyć wysokie napięcie i prąd za pomocą odpowiednich czujników. Poniżej (jako przykład) przedstawiono jeden z typów trójfazowych liczników energii, który zapewnia niezawodny i dokładny pomiar energii w porównaniu do liczników elektromechanicznych.
Wykorzystuje jednofazowy układ pomiaru mocy AD7755 do zbierania i przetwarzania parametrów napięcia wejściowego i prądu. Czujniki, takie jak przekładniki napięciowe i prądowe, służą do zmniejszania napięcia i prądu znamionowego linii energetycznych do poziomów sygnału i dostarczania ich do układu scalonego, jak pokazano na rysunku. Sygnały te są próbkowane i przekształcane na sygnały cyfrowe, które są między sobą mnożone w celu uzyskania mocy chwilowej. Te wyjścia cyfrowe są następnie przekształcane na częstotliwości w celu sterowania licznikami elektromechanicznymi. Częstotliwość impulsów wyjściowych jest proporcjonalna do mocy chwilowej i (w zadanym przedziale) dostarcza do obciążenia energię o określonej liczbie impulsów.
Mikrokontroler przyjmuje sygnały wejściowe ze wszystkich trzech układów scalonych do pomiaru mocy w przypadku pomiaru mocy trójfazowej i pełni funkcję sterownika systemu, wykonując wszystkie niezbędne operacje, takie jak przechowywanie i pobieranie danych z pamięci EEPROM, obsługa licznika za pomocą przycisków umożliwiających podgląd zużycia energii. mózg, kalibruje fazę i kasuje odczyty; steruje także wyświetlaczem za pomocą układu scalonego dekodera.
Do tej pory dowiedzieliśmy się o licznikach energii i ich działaniu. Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, poniższy opis licznika energii zawiera pełne szczegóły obwodu i jego połączenia za pomocą mikrokontrolera.
Obwód licznika energii wykorzystujący mikrokontroler:
Poniższy rysunek przedstawia obwód licznika energii elektrycznej zrealizowany przy użyciu mikrokontrolera Atmel AVR. Obwód ten w sposób ciągły monitoruje i uzyskuje parametry napięcia i prądu jednofazowego źródła zasilania. Mikrokontroler uzyskuje te wartości parametrów z obwodu kondycjonowania sygnału, który jest sterowany przez układ scalony wzmacniacza operacyjnego.
Obwód ten składa się z dwóch przekładników prądowych połączonych szeregowo z każdą linią zasilającą: fazową i neutralną. Wartości prądu z tych transformatorów są wysyłane do odpowiedniego przetwornika ADC mikrokontrolera, a następnie przetwornik ADC przekształca te wartości na wartości cyfrowe, a zatem mikrokontroler wykonuje niezbędne obliczenia, aby określić zużycie energii. Mikrokontroler programuje się poprzez mnożenie i całkowanie wartości napięcia i prądu z przetwornika ADC w określonym przedziale czasu i odpowiednie sterowanie mechanizmem licznika w celu wyświetlenia liczby jednostek (KW) zużytych w danym okresie czasu.
Oprócz pomiaru energii, system zapewnia również sygnalizację zwarcia doziemnego w przypadku jakiegokolwiek uszkodzenia lub przetężenia, które może wystąpić w przewodzie neutralnym lub uziemiającym i włącza sygnalizację LED odpowiednio do wykrywania zwarcia doziemnego, a także zużycia jednostkowego.
