Az energiamérők típusai és működésük
Az energiamérő vagy wattóra mérő olyan elektromos műszer, amely méri a fogyasztók által felhasznált elektromos energiát. A közüzemi társaságok egyike azoknak az energiaszektoroknak, amelyek ezeket a mérőórákat különféle helyeken, például otthonokban, iparágakban, szervezetekben, kereskedelmi épületekben stb. telepítik, hogy kiszámlázzák a lámpák, ventilátorok, hűtőszekrények és egyéb háztartási készülékek villamosenergia-használatát.
A teljesítmény alapegysége a watt, wattmérővel mérve. Egy kilowatt ezer wattnak felel meg. Ha egy óra alatt egy kilowatttot használunk, akkor egy egységnyi energia fogy. Ezért egy energiamérő gyors feszültséget és áramot mér, kiszámítja azok szorzatát és megadja a pillanatnyi teljesítményt. Ezt a teljesítményt egy időintervallumba integrálják, hogy megadják az adott időszakban felhasznált energiát.
Az energiamérők típusai
Az energiamérők két alapvető kategóriába sorolhatók, például:
Elektromechanikus indukciós mérő
Elektronikus energiamérő
A következő tényezők figyelembevételével az elektromos energiamérőket két típusra osztják:
A kijelző típusa analóg vagy digitális mérő.
Mérőpont típusok: másodlagos átvitel, hálózati, helyi és elsődleges elosztás.
Végfelhasználás, például kereskedelmi, ipari és háztartási felhasználás
Technológiai szempontok, például egyfázisú, háromfázisú, nagy feszültségű (HT), alacsony feszültségű (LT) és precíziós minőségű anyagok.
A tápcsatlakozás lehet egyfázisú vagy háromfázisú, az otthoni vagy kereskedelmi létesítmény által használt áramforrástól függően. Ebben a cikkben az egyfázisú induktív energiamérő működési elvét és a háromfázisú elektronikus energiamérő működési elvét tanulmányozzuk a két alapvető energiamérő alábbi magyarázatán keresztül.
Egyfázisú induktív energiamérő
Ez egy jól ismert és legelterjedtebb ősi elektromos energiamérő. Egy forgó alumínium korongból áll, amely két elektromágnes között egy orsón van elhelyezve. A tárcsa forgási sebessége egyenesen arányos az erővel, amely a fogaskereken és a számlálómechanizmuson keresztül integrálódik. Két párhuzamosan és sorba kapcsolt szilíciumacél laminált elektromágnesből áll.
A soros mágnesnek több menetes vastag huzalból álló tekercse van sorba kapcsolva az áramkörrel, míg a párhuzamos mágnesnek egy több menetes vékony huzalból álló tekercs van az áramforráshoz csatlakoztatva.
A fékmágnes olyan állandó mágnes, amely a tárcsa normál forgását ellentétes erőt fejt ki, egyensúlyi helyzetbe mozdítja a tárcsát, és leállítja a tárcsát, amikor az áramellátás megszűnik.
A sorba kapcsolt mágnesek az átfolyó árammal arányos, a párhuzamosan kapcsolt mágnesek pedig a feszültséggel arányos mágneses fluxust hoznak létre. Az induktív tulajdonságok miatt ez a két fluxus 90 fokkal késik. E két mező metszéspontja a pillanatnyi feszültség, áramerősség és a köztük lévő fázisszög szorzatával arányos erővel örvényáramot hoz létre a korongban. A fékmágnesek a féktárcsa egyik oldalán helyezkednek el, és az állandó mágnesek által biztosított állandó mágneses mező segítségével fékezőnyomatékot hoznak létre a féktárcsán. Ha a fékező és a menetnyomaték egyenlő, a féktárcsa fordulatszáma stabilizálódik.
Az alumínium tárcsa tengelye vagy függőleges orsója egy hajtóműhöz van társítva, amely a tárcsa fordulatszámával arányos számot regisztrál. Ez a fogaskerék-mechanizmus egy számsort állít be a tárcsába, és jelzi az idő múlásával elfogyasztott energia mennyiségét.
Az ilyen típusú villamosenergia-mérők egyszerű felépítésűek, de a pontossága kissé gyenge a külső mezők, például a kúszás hatására. Az ilyen típusú energiamérőkkel kapcsolatos elsődleges probléma, hogy hajlamosak a manipulációra, ami szükségessé teszi az energiafigyelő rendszert. Ezeket a sorozatos és osztott mérőórás mérőket széles körben használják háztartási és ipari alkalmazásokban.
Az elektromechanikus indukciós energiamérőkkel összehasonlítva az elektronikus energiamérők pontos, precíz és megbízható mérőeszközök. Terhelésre csatlakoztatva kevesebb energiát fogyasztanak, és azonnal megkezdik a mérést. Az alábbiakban az elektronikus háromfázisú energiamérőt és működési elvét ismertetjük.
Háromfázisú elektronikus energiamérő
A mérő képes áram-, feszültség- és teljesítménymérések elvégzésére háromfázisú táprendszerekben. Ezzel a háromfázisú mérővel a nagyfeszültség és az áramerősség is mérhető megfelelő érzékelőkkel. Az alábbiakban (példaként) mutatjuk be a háromfázisú energiamérők egyik típusát, amely megbízható és pontos energiamérést biztosít az elektromechanikus mérőkhöz képest.
Egyfázisú teljesítménymérő IC AD7755-öt használ a bemeneti feszültség és áram paramétereinek összegyűjtésére és feldolgozására. Érzékelők, például feszültség- és áramtranszformátorok arra szolgálnak, hogy a tápvezetékek névleges feszültségét és áramát jelszintekre csökkentsék, és az ábrán látható módon továbbítsák az IC-hez. Ezeket a jeleket mintavételezzük és digitális jelekké alakítjuk, amelyeket egymással megszorozva kapjuk meg a pillanatnyi teljesítményt. Ezeket a digitális kimeneteket azután frekvenciákká alakítják az elektromechanikus számlálók meghajtására. A kimenő impulzusok frekvenciája arányos a pillanatnyi teljesítménnyel, és (adott intervallumon belül) meghatározott számú impulzus energiáját juttatja a terhelésre.
A mikrokontroller mindhárom teljesítménymérő IC bemenetét fogadja a háromfázisú teljesítményméréshez, és a rendszer vezérlőjeként működik az összes szükséges művelet elvégzésével, mint például az adatok tárolása és lekérése az EEPROM-ból, valamint a mérő gombokkal történő működtetése az energiafogyasztás megtekintéséhez. agy, kalibrálja a fázist és törli a leolvasásokat; és egy dekóder IC segítségével is meghajtja a kijelzőt.
Eddig megismertük az energiamérőket és azok működését. A koncepció mélyebb megértése érdekében az energiamérőről szóló alábbi leírás az áramkör részleteit és a mikrokontrollerrel történő csatlakoztatását tartalmazza.
Energiamérő áramkör mikrokontrollerrel:
Az alábbi ábra az Atmel AVR mikrokontrollerrel megvalósított árammérő áramkört mutatja. Ez az áramkör folyamatosan figyeli és lekéri a hálózati egyfázisú tápegység feszültség- és áramparamétereit. A mikrokontroller ezeket a paraméterértékeket a jelkondicionáló áramkörtől kapja, amelyet egy műveleti erősítő IC hajt meg.
Ennek az áramkörnek két áramváltója van sorba kapcsolva minden tápvezetékkel: fázis és nulla. Az ezekből a transzformátorokból származó áramértékek elküldésre kerülnek a mikrokontroller megfelelő ADC-jére, majd az ADC ezeket az értékeket digitális értékekké alakítja, és így a mikrokontroller elvégzi a szükséges számításokat az energiafogyasztás megállapításához. A mikrovezérlőt úgy programozzák, hogy megszorozzák és integrálják az ADC-ből származó feszültség- és áramértékeket egy meghatározott időtartam alatt, és ennek megfelelően hajtják a számlálómechanizmust, hogy kijelezzék az egy idő alatt fogyasztott egységek számát (KW).
Az energiamérésen túl a rendszer földzárlat jelzést is ad a nulla- vagy földvezetékben esetlegesen fellépő hiba vagy túláram esetén, és a LED-es jelzést megfelelően bekapcsolja a földzárlat észleléséhez, illetve egységfogyasztásonként.
