Typer af energimålere og hvordan de virker
En energimåler eller watt-timemåler er et elektrisk instrument, der måler den elektriske energi, som forbrugerne bruger. Forsyningsselskaber er en af de energisektorer, der installerer disse målere forskellige steder, såsom boliger, industrier, organisationer, kommercielle bygninger osv. for at fakturere elforbruget af belastninger som lys, ventilatorer, køleskabe og andre husholdningsapparater.
Den grundlæggende effektenhed er watt, målt med et wattmeter. En kilowatt er lig med tusind watt. Hvis der bruges en kilowatt på en time, forbruges der én energienhed. Derfor måler en energimåler hurtig spænding og strøm, beregner deres produkt og giver den øjeblikkelige effekt. Denne effekt er integreret over et tidsinterval for at give den energi, der bruges i løbet af denne periode.
Typer af energimålere
Energimålere er opdelt i to grundlæggende kategorier såsom:
Elektromekanisk induktionsmåler
Elektronisk energimåler
Under hensyntagen til følgende faktorer er elektriske energimålere opdelt i to typer:
Displaytypen er analog eller digital måler.
Målepunkttyper: sekundær transmission, net, lokal og primær distribution.
Slutapplikationer såsom kommerciel, industriel og privat brug
Teknologiaspekter som enkeltfaset, trefaset, højspænding (HT), lavspænding (LT) og præcisionskvalitetsmaterialer.
Forsyningsforbindelsen kan være enfaset eller trefaset, afhængigt af den strømkilde, der bruges af hjemmet eller kommercielt anlæg. I denne artikel vil vi især studere arbejdsprincippet for en enfaset induktiv energimåler og arbejdsprincippet for en trefaset elektronisk energimåler gennem følgende forklaringer af to grundlæggende energimålere.
Enfaset induktiv energimåler
Det er en velkendt og mest almindelig gammel elektrisk energimåler. Den består af en roterende aluminiumsskive placeret på en spindel mellem to elektromagneter. Skivens rotationshastighed er direkte proportional med kraften, som er integreret gennem tandhjulet og tællemekanismen. Den består af to siliciumstållaminerede elektromagneter forbundet parallelt og i serie.
En seriemagnet har en spole med flere vindinger af tyk ledning forbundet i serie med kredsløbet, mens en parallelmagnet har en spole med flere vindinger af tynd ledning forbundet til en strømkilde.
En bremsemagnet er en permanent magnet, der udøver en kraft, der modsætter sig normal skiverotation, flytter skiven til en ligevægtsposition og stopper skiven, når strømmen fjernes.
Magneter forbundet i serie producerer en magnetisk flux proportional med strømmen, og magneter forbundet parallelt producerer en magnetisk flux proportional med spændingen. På grund af induktive egenskaber halter disse to fluxer med 90 grader. Skæringspunktet mellem disse to felter skaber hvirvelstrømme i disken ved hjælp af en kraft, der er proportional med produktet af den øjeblikkelige spænding, strøm og fasevinklen mellem dem. Bremsemagneter er placeret på den ene side af bremseskiven og genererer bremsemoment på bremseskiven ved at bruge et konstant magnetfelt fra permanentmagneterne. Når bremse- og køremomenterne er ens, bliver bremseskivens hastighed stabil.
Aksen, eller den lodrette spindel, af aluminiumskiven er forbundet med en gearmekanisme, der registrerer et tal proportionalt med antallet af omdrejninger af skiven. Denne gearmekanisme indstiller en række tal i en skive og angiver mængden af energi, der forbruges over tid.
Denne type elektrisk energimåler har en simpel struktur, men dens nøjagtighed er lidt dårlig på grund af påvirkningen af eksterne felter såsom krybning. Et primært problem med disse typer energimålere er, at de er modtagelige for manipulation, hvilket nødvendiggør behovet for et energiovervågningssystem. Disse serie- og splitmetermålere er meget udbredt i husholdnings- og industriapplikationer.
Sammenlignet med elektromekaniske induktionsenergimålere er elektroniske energimålere nøjagtige, præcise og pålidelige måleinstrumenter. Når de er tilsluttet en belastning, bruger de mindre strøm og begynder at måle med det samme. Det følgende beskriver den elektroniske trefasede energimåler og dens funktionsprincip.
Trefaset elektronisk energimåler
Måleren er i stand til at udføre strøm-, spændings- og effektmålinger i trefasede forsyningssystemer. Ved at bruge disse trefasemålere kan højspænding og strøm også måles ved hjælp af passende sensorer. En af typerne af trefasede energimålere er vist nedenfor (som et eksempel), som sikrer pålidelig og nøjagtig energimåling sammenlignet med elektromekaniske målere.
Den bruger enfaset effektmåling IC AD7755 til at indsamle og behandle inputspændings- og strømparametre. Sensorer såsom spændings- og strømtransformatorer bruges til at reducere spændings- og strømværdierne for strømledningerne til signalniveauer og levere dem til IC'en som vist på figuren. Disse signaler samples og konverteres til digitale signaler, som multipliceres med hinanden for at opnå den øjeblikkelige effekt. Disse digitale udgange konverteres derefter til frekvenser for at drive elektromekaniske tællere. Frekvensen af udgangsimpulserne er proportional med den øjeblikkelige effekt, og (inden for et givet interval) leverer den energien af et bestemt antal impulser til belastningen.
Mikrocontrolleren accepterer input fra alle tre effektmålings-IC'er til trefaset effektmåling og fungerer som styringen af systemet ved at udføre alle nødvendige operationer, såsom at lagre og hente data fra EEPROM, betjene måleren ved hjælp af knapper til at se energiforbruget. hjerne, kalibrerer fasen og rydder aflæsningerne; og den driver også skærmen ved hjælp af en dekoder-IC.
Indtil videre har vi lært om energimålere, og hvordan de fungerer. For at forstå konceptet mere dybt, giver den følgende beskrivelse om energimåler komplette kredsløbsdetaljer og dens forbindelse ved hjælp af en mikrocontroller.
Energimålerkredsløb ved hjælp af mikrocontroller:
Figuren nedenfor viser elmålerkredsløbet implementeret ved hjælp af Atmel AVR mikrocontroller. Dette kredsløb overvåger og opnår løbende spændings- og strømparametrene for den enfasede netforsyning. Mikrocontrolleren henter disse parameterværdier fra signalbehandlingskredsløbet, som drives af en operationsforstærker IC.
Dette kredsløb har to strømtransformatorer forbundet i serie med hver strømledning: fase og neutral. Strømværdierne fra disse transformere sendes til mikrocontrollerens respektive ADC, og derefter konverterer ADC disse værdier til digitale værdier, og mikrocontrolleren foretager derfor de nødvendige beregninger for at finde energiforbruget. Mikrocontrolleren programmeres ved at multiplicere og integrere spændings- og strømværdierne fra ADC'en over en specificeret tidsperiode og drive tællermekanismen i overensstemmelse hermed for at vise antallet af enheder (KW) forbrugt over en periode.
Udover energimåling giver systemet også jordfejlsindikering i tilfælde af fejl eller overstrøm, der kan opstå i nul- eller jordlederen og tænder LED-indikationen passende til jordfejlsdetektering samt pr. enhedsforbrug.
