Soorten energiemeters en hoe ze werken
Een energiemeter of wattuurmeter is een elektrisch instrument dat de elektrische energie meet die consumenten gebruiken. Nutsbedrijven zijn een van de energiesectoren die deze meters op verschillende plaatsen installeren, zoals huizen, industrieën, organisaties, commerciële gebouwen, enz. om het elektriciteitsverbruik van verbruikers zoals verlichting, ventilatoren, koelkasten en andere huishoudelijke apparaten te factureren.
De basiseenheid van vermogen is de watt, gemeten met een wattmeter. Eén kilowatt is gelijk aan duizend watt. Als één kilowatt per uur wordt verbruikt, wordt één eenheid energie verbruikt. Daarom meet een energiemeter snelle spanning en stroom, berekent het product ervan en geeft het momentane vermogen weer. Dit vermogen wordt over een tijdsinterval geïntegreerd om de energie te verkrijgen die gedurende die periode is gebruikt.
Soorten energiemeters
Energiemeters zijn onderverdeeld in twee basiscategorieën, zoals:
Elektromechanische inductiemeter
Elektronische energiemeter
Rekening houdend met de volgende factoren, zijn elektrische energiemeters onderverdeeld in twee typen:
Weergavetype is analoge of digitale meter.
Typen meetpunten: secundaire transmissie, net, lokale en primaire distributie.
Eindtoepassingen zoals commercieel, industrieel en huishoudelijk gebruik
Technologische aspecten zoals enkelfasige, driefasige, hoge spanning (HT), lage spanning (LT) en precisiematerialen.
De voedingsaansluiting kan eenfasig of driefasig zijn, afhankelijk van de stroombron die door de woning of commerciële faciliteit wordt gebruikt. In dit artikel zullen we in het bijzonder het werkingsprincipe van een eenfasige inductieve energiemeter en het werkingsprincipe van een driefasige elektronische energiemeter bestuderen aan de hand van de volgende uitleg van twee basisenergiemeters.
Eenfasige inductieve energiemeter
Het is een bekende en meest voorkomende oude elektriciteitsmeter. Het bestaat uit een roterende aluminium schijf die op een as tussen twee elektromagneten is geplaatst. De rotatiesnelheid van de schijf is direct evenredig met het vermogen, dat wordt geïntegreerd via het tandwielstelsel en het telmechanisme. Het bestaat uit twee met siliciumstaal gelamineerde elektromagneten die parallel en in serie zijn geschakeld.
Een seriemagneet heeft een spoel met meerdere windingen van dikke draad die in serie zijn verbonden met het circuit, terwijl een parallelle magneet een spoel heeft met verschillende windingen van dunne draad die zijn aangesloten op een stroombron.
Een remmagneet is een permanente magneet die een kracht uitoefent die de normale schijfrotatie tegenwerkt, waardoor de schijf naar een evenwichtspositie wordt verplaatst en de schijf stopt wanneer de stroom wordt uitgeschakeld.
Magneten die in serie zijn geschakeld, produceren een magnetische flux die evenredig is met de stroom die vloeit, en magneten die parallel zijn geschakeld, produceren een magnetische flux die evenredig is met de spanning. Vanwege inductieve eigenschappen lopen deze twee fluxen 90 graden achter. Het snijpunt van deze twee velden creëert wervelstromen in de schijf met behulp van een kracht die evenredig is met het product van de momentane spanning, stroom en de fasehoek daartussen. Remmagneten worden aan één kant van de remschijf geplaatst en genereren remkoppel op de remschijf door gebruik te maken van een constant magnetisch veld dat wordt geleverd door de permanente magneten. Wanneer het rem- en aandrijfkoppel gelijk zijn, wordt de snelheid van de remschijf stabiel.
De as, of verticale as, van de aluminium schijf is verbonden met een tandwielmechanisme dat een getal registreert dat evenredig is aan het aantal omwentelingen van de schijf. Dit tandwielmechanisme zet een reeks cijfers op een wijzerplaat en geeft de hoeveelheid energie aan die in de loop van de tijd wordt verbruikt.
Dit type elektriciteitsmeter heeft een eenvoudige structuur, maar de nauwkeurigheid is enigszins slecht vanwege de invloed van externe velden zoals kruip. Een primair probleem met dit soort energiemeters is dat ze gevoelig zijn voor manipulatie, wat de noodzaak van een energiemonitoringsysteem noodzakelijk maakt. Deze serie- en splitmetermeters worden veel gebruikt in huishoudelijke en industriële toepassingen.
Vergeleken met elektromechanische inductie-energiemeters zijn elektronische energiemeters nauwkeurige, nauwkeurige en betrouwbare meetinstrumenten. Wanneer ze op een belasting zijn aangesloten, verbruiken ze minder stroom en beginnen ze onmiddellijk met meten. Hieronder wordt de elektronische driefasige energiemeter en zijn werkingsprincipe beschreven.
Driefasige elektronische energiemeter
De meter is in staat stroom-, spannings- en vermogensmetingen uit te voeren in driefasige voedingssystemen. Door het gebruik van deze driefasemeters kunnen ook hoogspanning en stroom worden gemeten met behulp van geschikte sensoren. Hieronder wordt (als voorbeeld) één van de typen driefasige energiemeters weergegeven, die een betrouwbare en nauwkeurige energiemeting garanderen in vergelijking met elektromechanische meters.
Het maakt gebruik van eenfasige vermogensmeting IC AD7755 om ingangsspannings- en stroomparameters te verzamelen en te verwerken. Sensoren zoals spannings- en stroomtransformatoren worden gebruikt om de spannings- en stroomwaarden van de hoogspanningslijnen te verlagen tot signaalniveaus en deze aan het IC te leveren, zoals weergegeven in de afbeelding. Deze signalen worden bemonsterd en omgezet in digitale signalen, die met elkaar worden vermenigvuldigd om het momentane vermogen te verkrijgen. Deze digitale uitgangen worden vervolgens omgezet in frequenties om elektromechanische tellers aan te sturen. De frequentie van de uitgangspulsen is evenredig met het momentane vermogen en levert (binnen een bepaald interval) de energie van een specifiek aantal pulsen aan de belasting.
De microcontroller accepteert input van alle drie stroommetings-IC's voor driefasige stroommeting en fungeert als controller van het systeem door alle noodzakelijke handelingen uit te voeren, zoals het opslaan en ophalen van gegevens uit EEPROM, het bedienen van de meter met behulp van knoppen om het energieverbruik te bekijken. hersenen, kalibreert de fase en wist de metingen; en het stuurt ook het display aan met behulp van een decoder-IC.
Tot nu toe hebben we geleerd over energiemeters en hoe ze werken. Om het concept dieper te begrijpen, biedt de volgende beschrijving van de energiemeter volledige circuitdetails en de aansluiting ervan met behulp van een microcontroller.
Energiemetercircuit met behulp van microcontroller:
De onderstaande afbeelding toont het elektriciteitsmetercircuit geïmplementeerd met behulp van de Atmel AVR-microcontroller. Dit circuit bewaakt en verkrijgt voortdurend de spannings- en stroomparameters van de eenfasige netvoeding. De microcontroller verkrijgt deze parameterwaarden van het signaalconditioneringscircuit, dat wordt aangestuurd door een operationele versterker-IC.
Dit circuit heeft twee stroomtransformatoren die in serie zijn verbonden met elke voedingslijn: fase en neutraal. De huidige waarden van deze transformatoren worden naar de respectievelijke ADC van de microcontroller gestuurd en vervolgens zet de ADC deze waarden om in digitale waarden en daarom voert de microcontroller de nodige berekeningen uit om het energieverbruik te vinden. De microcontroller wordt geprogrammeerd door de spannings- en stroomwaarden van de ADC over een bepaalde tijdsperiode te vermenigvuldigen en te integreren en het tellermechanisme dienovereenkomstig aan te sturen om het aantal verbruikte eenheden (KW) over een bepaalde tijdsperiode weer te geven.
Naast energiemeting biedt het systeem ook aardfoutindicatie in geval van een fout of overstroom die kan optreden in de neutrale of aardgeleider en schakelt het de LED-indicatie op passende wijze in voor aardfoutdetectie en per eenheidsverbruik.
