Vrste mjerača energije i njihov način rada
Mjerilo energije ili mjerač vat-sata je električni instrument koji mjeri električnu energiju koju troše potrošači. Komunalna poduzeća jedan su od energetskih sektora koji instalira ova brojila na raznim mjestima kao što su domovi, industrije, organizacije, komercijalne zgrade itd. za naplatu potrošnje električne energije za potrošače kao što su svjetla, ventilatori, hladnjaci i drugi kućanski uređaji.
Osnovna jedinica snage je vat, koja se mjeri vatmetrom. Jedan kilovat jednak je tisuću vata. Ako se jedan kilovat potroši u jednom satu, potroši se jedna jedinica energije. Dakle, mjerač energije mjeri brzi napon i struju, izračunava njihov umnožak i daje trenutnu snagu. Ova se snaga integrira kroz vremenski interval kako bi se dobila energija korištena tijekom tog vremenskog razdoblja.
Vrste mjerača energije
Mjerači energije podijeljeni su u dvije osnovne kategorije kao što su:
Elektromehanički indukcijski mjerač
Elektronsko mjerilo energije
Uzimajući u obzir sljedeće čimbenike, brojila električne energije podijeljena su u dvije vrste:
Tip zaslona je analogni ili digitalni mjerač.
Vrste mjernih mjesta: sekundarni prijenos, mrežna, lokalna i primarna distribucija.
Krajnje primjene kao što su komercijalna, industrijska i kućna uporaba
Tehnološki aspekti kao što su jednofazni, trofazni, visokonaponski (HT), niskonaponski (LT) i precizni materijali.
Opskrbni priključak može biti jednofazni ili trofazni, ovisno o izvoru struje koji se koristi u kući ili poslovnom objektu. Konkretno, u ovom ćemo članku proučiti princip rada jednofaznog induktivnog mjerila energije i princip rada trofaznog elektroničkog brojila energije kroz sljedeća objašnjenja dva osnovna mjerila energije.
Jednofazno induktivno mjerilo energije
To je poznato i najčešće staro mjerilo električne energije. Sastoji se od rotirajućeg aluminijskog diska postavljenog na vreteno između dva elektromagneta. Brzina rotacije diska izravno je proporcionalna snazi, koja je integrirana kroz zupčanik i mehanizam za brojanje. Sastoji se od dva laminirana elektromagneta od silikonskog čelika spojena paralelno i serijski.
Serijski magnet ima zavojnicu s nekoliko zavoja debele žice spojenu u seriju s krugom, dok paralelni magnet ima zavojnicu s nekoliko zavoja tanke žice spojenu na izvor napajanja.
Magnet za kočnice je trajni magnet koji djeluje silom koja se suprotstavlja normalnoj rotaciji diska, pomičući disk u ravnotežni položaj i zaustavljajući disk kada nestane struje.
Magneti spojeni u seriju proizvode magnetski tok proporcionalan struji koja teče, a magneti spojeni paralelno proizvode magnetski tok proporcionalan naponu. Zbog induktivnih svojstava ova dva toka zaostaju za 90 stupnjeva. Sjecište ova dva polja stvara vrtložne struje u disku koristeći silu proporcionalnu umnošku trenutnog napona, struje i faznog kuta između njih. Magneti za kočnice smješteni su s jedne strane diska kočnice i stvaraju moment kočenja na disku kočnice pomoću konstantnog magnetskog polja koje stvaraju trajni magneti. Kada su kočni i pogonski momenti jednaki, brzina kočionog diska postaje stabilna.
Os, ili okomito vreteno, aluminijskog diska povezano je s mehanizmom zupčanika koji registrira broj proporcionalan broju okretaja diska. Ovaj mehanizam zupčanika postavlja niz brojeva na brojčaniku i pokazuje količinu potrošene energije tijekom vremena.
Ova vrsta brojila električne energije ima jednostavnu strukturu, ali je njegova točnost malo lošija zbog utjecaja vanjskih polja kao što je puzanje. Primarni problem s ovim vrstama mjerača energije je da su podložni neovlaštenom mijenjanju, što zahtijeva potrebu za sustavom za praćenje energije. Ova serijska i podijeljena mjerača naširoko se koriste u kućanskim i industrijskim primjenama.
U usporedbi s elektromehaničkim indukcijskim mjeračima energije, elektronički su mjerači točni, precizni i pouzdani mjerni instrumenti. Kada su spojeni na opterećenje, troše manje energije i odmah počinju mjeriti. Slijedi opis elektroničkog trofaznog mjerila energije i njegovog principa rada.
Trofazno elektronsko brojilo energije
Mjerilo je sposobno provoditi mjerenja struje, napona i snage u trofaznim opskrbnim sustavima. Korištenjem ovih trofaznih mjerača, visoki napon i struja također se mogu mjeriti odgovarajućim senzorima. Dolje je (kao primjer) prikazan jedan od tipova trofaznih mjerača energije koji osigurava pouzdano i točno mjerenje energije u usporedbi s elektromehaničkim brojilima.
Koristi jednofazno mjerenje snage IC AD7755 za prikupljanje i obradu parametara ulaznog napona i struje. Senzori kao što su naponski i strujni transformatori koriste se za smanjenje vrijednosti napona i struje električnih vodova na razine signala i njihovo pružanje IC-u kao što je prikazano na slici. Ti se signali uzorkuju i pretvaraju u digitalne signale, koji se međusobno množe kako bi se dobila trenutna snaga. Ti se digitalni izlazi zatim pretvaraju u frekvencije za pokretanje elektromehaničkih brojača. Frekvencija izlaznih impulsa proporcionalna je trenutnoj snazi i (unutar zadanog intervala) trošilu predaje energiju određenog broja impulsa.
Mikrokontroler prihvaća ulaze iz sva tri IC-a za mjerenje snage za trofazno mjerenje snage i djeluje kao kontroler sustava izvodeći sve potrebne operacije kao što je pohranjivanje i dohvaćanje podataka iz EEPROM-a, upravljanje mjeračem pomoću gumba za pregled potrošnje energije. mozak, kalibrira fazu i briše očitanja; i također pokreće zaslon pomoću IC dekodera.
Do sada smo učili o mjeračima energije i kako rade. Za dublje razumijevanje koncepta, sljedeći opis mjerača energije pruža potpune pojedinosti o krugu i njegovom povezivanju pomoću mikrokontrolera.
Krug mjerača energije pomoću mikrokontrolera:
Donja slika prikazuje strujni krug brojila implementiran pomoću Atmel AVR mikrokontrolera. Ovaj sklop kontinuirano prati i dobiva parametre napona i struje mrežnog jednofaznog napajanja. Mikrokontroler dobiva te vrijednosti parametara iz kruga za kondicioniranje signala, koji pokreće operacijsko pojačalo IC.
Ovaj krug ima dva strujna transformatora spojena u seriju sa svakim električnim vodom: fazni i neutralni. Vrijednosti struje iz ovih transformatora šalju se odgovarajućem ADC-u mikrokontrolera, a zatim ADC pretvara te vrijednosti u digitalne vrijednosti i stoga mikrokontroler radi potrebne izračune kako bi pronašao potrošnju energije. Mikrokontroler se programira množenjem i integriranjem vrijednosti napona i struje iz ADC-a tijekom određenog vremenskog razdoblja i pokretanjem mehanizma brojača u skladu s tim za prikaz broja jedinica (KW) potrošenih u određenom vremenskom razdoblju.
Osim mjerenja energije, sustav također osigurava indikaciju zemljospoja u slučaju bilo kakvog kvara ili prekomjerne struje koja se može pojaviti u neutralnom ili uzemljenom vodiču i uključuje LED indikaciju na odgovarajući način za detekciju zemljospoja, kao i po jedinici potrošnje.
