Когда вы подумаете, как трудно должно быть измерить то, что вы не можете видеть, не можете попробовать на вкус, не можете схватить, не можете обонять и не можете слышать, вы поймете, насколько великим достижением для инженеров, таких как Оливер Шалленбергер из Вестингауза, было изобретение ватт-час электросчетчик.
Существует больше типов измерителей, детекторов и измерительных устройств, чем можно было бы перечислить здесь, но мы перечислим некоторые из наиболее выдающихся, которые действительно изменили наш мир.
ваттметр
Это один из самых важных измерителей, когда-либо изобретенных. Он измеряет количество переменного тока, используемого в установленный период времени. Благодаря точному способу измерения мощности, разработанному в 1888 году, электрическая сеть стала более экономичной, и в 1890-х годах электротехническая промышленность процветала. Что касается бизнеса, необходимо было измерять использование, чтобы справедливо взимать плату с клиентов. В традиционном счетчике ватт-часов использовался диск, который вращается за счет электромагнитных полей, создаваемых током, протекающим по специально размещенным катушкам. Счетчик измерял количество оборотов. Чем больше энергии используется, тем быстрее вращается диск.
Базовый индукционный счетчик ватт-часов, хотя и немного более сложный, может быть похож на небольшой электродвигатель, работающий со скоростью, пропорциональной количеству электроэнергии, проходящей через него. На самом деле он имеет два набора катушек, один для взаимодействия потенциального потока, а другой для взаимодействия текущего потока с измерительным диском или ротором. Двигатель вращает диск внутри счетчика, который приводит в движение серию шестерен, которые перемещают циферблаты на регистре. Эти циферблаты — это то, на что считыватели счетчиков смотрят каждый месяц, чтобы определить количество электроэнергии, потребленной в этом месяце.
Вольтметр
Измеряет напряжение (электрический потенциал) в цепи. Вольтметры измеряют разницу напряжений между двумя точками, например, между двумя точками в цепи. Типичный вольтметр имеет две клеммы, подключенные к проводам или «выводам». Поместите кончик одного электрода в одну из проверяемых точек, а кончик другого — в другую, и глюкометр покажет разницу.
осциллограф
Этот измеритель чрезвычайно полезен, так как он может показать вам форму волны сигнала (напряжение или ток) в цепи, с которой вы работаете. Вы можете взять повторяющийся сигнал и отобразить его в виде статической линии на экране, это может позволить человеку увидеть шаблон, который ранее был ненаблюдаем из-за его прохождения на высокой скорости.
Твердотельные счетчики
С конца 1970-х электронные технологии пытались воспроизвести принцип индукционного учета без электромагнитных компонентов, то есть без диска, шестерен и циферблатов. Они состоят из четырех основных компонентов: датчиков, умножителей, числового преобразователя и регистров.
Датчики обеспечивают средства подачи пропорционального напряжения и пропорционального тока в измерительную цепь (сегодня это микрокомпонент). Умножители — это процессор, в котором значения напряжения и тока умножаются для получения значения мощности, а числовой преобразователь — это место, где эти числа переводятся в удобочитаемую форму, которую могут обрабатывать регистры. Регистры на последнем этапе принимают переведенные числа и отображают их или передают в единицах, пригодных для измерения.
Теперь это упрощенный вид современного электронного счетчика, нам не хватает множества других компонентов, таких как мультиплексоры, аналого-цифровые преобразователи, микропроцессоры, внутренние часы, суперконденсаторы, дисплеи, коммуникационные платы, платы ввода и вывода.
Сегодня технология электронных измерений использует дискретизацию цифровых сигналов аналоговых значений напряжения и тока и преобразует их в серию цифровых значений или серию выборок. Чем больше выборок за определенный период времени, тем точнее показания. Эта технология позволила счетчикам предоставлять пользователю более ценные данные, чем когда-либо прежде; в то время как электромагнитный счетчик обеспечивает реальную энергию (кВтч), счетчики сегодня обеспечивают напряжение, ток, коэффициент мощности, реальную мощность и энергию, полную мощность и энергию, реактивную мощность и энергию, гармонические искажения и, в некоторых случаях, захват волн и событий.
Умные счетчики энергии
Это передовая технология измерения, включающая размещение интеллектуальных счетчиков для считывания, обработки и возврата ценных данных поставщикам и клиентам. Он измеряет потребление энергии в режиме реального времени, что позволяет участвовать в программах Demand Response, чтобы сделать сеть более стабильной. Накопление точек данных из нескольких точек и нескольких клиентов также дает возможность уточнять алгоритмы прогнозирования будущего потребления электроэнергии, что делает однонаправленную сеть более интеллектуальной. Системы интеллектуального учета используют передовые технологии системы измерения инфраструктуры для повышения производительности.
Еще одним преимуществом электронных технологий является уменьшение размера и стоимости, что открывает двери для субсчетчиков, чтобы обеспечить аналогичные преимущества для здания, владельцев и менеджеров по энергетике.
Счетчик энергии
Счетчик электроэнергии – это прибор, который измеряет количество электроэнергии, потребляемой потребителями. Коммунальные службы устанавливают эти приборы в каждом месте, например дома, на предприятиях, в организациях, чтобы взимать плату за потребление электроэнергии такими нагрузками, как освещение, вентиляторы и другие приборы.
Когда желательна экономия энергии в течение определенных периодов, некоторые счетчики могут измерять потребление, максимальное использование мощности в некотором интервале. Измерение «время суток» позволяет изменять тарифы на электроэнергию в течение дня, чтобы записывать использование в периоды пиковых расходов и в периоды низких затрат в непиковые периоды. Кроме того, в некоторых областях счетчики имеют реле для сброса нагрузки в ответ на спрос в периоды пиковой нагрузки. Наиболее интересные типы используются в качестве счетчиков электроэнергии с предоплатой. Типы Счетчик энергии приведены ниже с объяснением
Основной единицей мощности является ватт. Тысяча ватт – это один киловатт. Если мы используем один киловатт в час, это считается одной единицей потребляемой энергии. Эти счетчики измеряют мгновенные значения напряжения и тока, рассчитывают их произведение и выдают мгновенную мощность. Эта мощность интегрируется за период, который дает энергию, использованную за этот период времени.
Типы счетчиков энергии
Счетчики энергии подразделяются на три основных типа в соответствии с различными факторами, такими как:
1. Тип дисплея
2. Технические, такие как однофазные, низкотемпературные, трехфазные, высокотемпературные и многие другие.
3. Тип использования, например, бытовое, коммерческое и промышленное.
4. Тип точки учета
Типы по конструкции
В зависимости от конструкции счетчики энергии подразделяются на три типа, которые приведены ниже.
1. Электромеханический индукционный тип
2. Электронный счетчик энергии
3. Умный счетчик энергии
Типы по фазе
В соответствии с фазой счетчик энергии классифицируется на три типа, которые приведены ниже.
1. Однофазный счетчик энергии
2. Трехфазный счетчик энергии
Электронный счетчик энергии
Электронные счетчики отображают использованную энергию на ЖК- или светодиодном дисплее, а некоторые также могут передавать показания в удаленные места. В дополнение к измерению потребляемой энергии электронные счетчики могут также регистрировать другие параметры нагрузки и питания, такие как мгновенная и максимальная скорость потребления, напряжения, коэффициент мощности и используемая реактивная мощность и т. д.
Они также могут поддерживать выставление счетов по времени суток, например, регистрировать количество энергии, использованной в пиковые и непиковые часы.
Это точные, высокопроизводительные и надежные типы измерительных приборов по сравнению с обычными механическими счетчиками. Он потребляет меньше энергии и начинает измерения мгновенно при подключении к нагрузке. Эти счетчики могут быть аналоговыми или цифровыми. В аналоговых счетчиках мощность преобразуется в пропорциональную частоту или частоту импульсов и интегрируется счетчиками, размещенными внутри него.
В цифровом электросчетчике мощность напрямую измеряется высокопроизводительным процессором. Питание интегрируется логическими схемами для получения энергии, а также для тестирования и калибровки. Затем он преобразуется в частоту или частоту пульса.
➢ Цифровой электронный счетчик энергии:
Цифровой сигнальный процессор или высокопроизводительные микропроцессоры используются в цифровых счетчиках электроэнергии. Как и в аналоговых измерителях, датчики напряжения и тока подключены к АЦП высокого разрешения. После преобразования аналоговых сигналов в цифровые выборки выборки напряжения и тока умножаются и интегрируются цифровыми схемами для измерения потребляемой энергии.
Микропроцессор также вычисляет угол сдвига фаз между напряжением и током, так что он также измеряет и показывает реактивную мощность. Он запрограммирован таким образом, что рассчитывает энергию в соответствии с тарифом и другими параметрами, такими как фактор силы, максимальное потребление и т. д. и сохраняет все эти значения в энергонезависимой памяти EEPROM.
Он содержит часы реального времени (RTC) для расчета времени интеграции мощности, расчета максимального потребления, а также метки даты и времени для определенных параметров. Кроме того, он взаимодействует с жидкокристаллическим дисплеем (ЖКД), устройствами связи и другими выходами счетчика. Батарея предназначена для RTC и других важных периферийных устройств для резервного питания.
Умный счетчик энергии
A умный метр представляет собой электронное устройство, которое регистрирует потребление электроэнергии и передает информацию поставщику электроэнергии для контроля и выставления счетов. Умные счетчики обычно регистрируют энергию ежечасно или чаще и отчитываются не реже одного раза в день.
Интеллектуальные счетчики обеспечивают двустороннюю связь между счетчиком и центральной системой. Такая передовая измерительная инфраструктура (AMI) отличается от автоматического считывания показаний счетчиков (AMR) тем, что обеспечивает двустороннюю связь между счетчиком и поставщиком.
Связь измерителя с сетью может быть беспроводной или через фиксированные проводные соединения, такие как оператор линии электропередач (PLC). Широко используемые варианты беспроводной связи включают сотовую связь (которая может быть дорогой), Wi-Fi (легкодоступный), беспроводные одноранговые сети через Wi-Fi, беспроводные ячеистые сети, беспроводную связь дальнего действия с низким энергопотреблением (LoRa), ZigBee (низкое энергопотребление). , беспроводная связь с низкой скоростью передачи данных) и Wi-SUN (Smart Utility Networks).
Это передовая технология измерения, включающая размещение интеллектуальных счетчиков для считывания, обработки и передачи данных клиентам. Он измеряет энергопотребление, дистанционно переключает подачу потребителям и дистанционно контролирует максимальное потребление электроэнергии. Система интеллектуального учета использует передовую технологию системы измерения инфраструктуры для повышения производительности.
Они способны общаться в обоих направлениях. Они могут передавать коммунальным службам такие данные, как энергопотребление, значения параметров, сигналы тревоги и т. д., а также могут получать информацию от коммунальных служб, например, автоматическую систему считывания показаний счетчиков, инструкции по повторному подключению/отключению, обновление программного обеспечения счетчиков и другие важные сообщения.
Эти счетчики уменьшают потребность в посещении во время получения или чтения ежемесячного счета. Модемы используются в этих интеллектуальных счетчиках для облегчения систем связи, таких как телефон, беспроводная связь, оптоволоконный кабель, связь по линиям электропередач.
Еще одним преимуществом интеллектуального учета является полное предотвращение несанкционированного доступа к счетчику энергии, когда есть возможность использовать мощность незаконным образом.
Типы счетчиков энергии и принципы их работы
Счетчик энергии or Ватт-час метр Электрический прибор, измеряющий количество электроэнергии, потребляемой потребителями. Коммунальные службы являются одним из электрических отделов, которые устанавливают эти приборы в каждом месте, например, в домах, на предприятиях, в организациях, коммерческих зданиях, чтобы взимать плату за потребление электроэнергии такими нагрузками, как освещение, вентиляторы, холодильник и другие бытовые приборы.
Основной единицей мощности является ватт, и она измеряется с помощью ваттметра. Одна тысяча ватт составляет один киловатт. Если человек использует один киловатт в течение одного часа, потребляется одна единица энергии. Таким образом, счетчики энергии быстро измеряют напряжение и ток, рассчитывают их произведение и выдают мгновенную мощность. Эта мощность интегрируется по интервалу времени, что дает энергию, использованную за этот период времени.
Типы счетчиков энергии
Счетчики электроэнергии подразделяются на две основные категории, такие как:
- Индукционный счетчик электромеханического типа
- Электронный счетчик энергии
Счетчики электроэнергии подразделяются на два типа с учетом следующих факторов:
- Типы дисплеев аналоговый или цифровой электросчетчик.
- Типы точек учета: вторичная передача, сетка, местное и первичное распределение.
- Конечные приложения, такие как коммерческие, промышленные и бытовые цели
- Технические аспекты, такие как однофазные, трехфазные, высокое напряжение (HT), низкое напряжение (LT) и материалы класса точности.
Подключение к электросети может быть один этап or Трехфазный в зависимости от подачи, используемой бытовыми или коммерческими установками. В частности, в этой статье мы собираемся изучить принципы работы однофазного электромеханического счетчика энергии индукционного типа, а также трехфазный электронный счетчик энергии из объяснения два основных счетчика энергии как описано ниже.
Однофазный электромеханический индукционный счетчик энергии
Это хорошо известный и наиболее распространенный тип старинного счетчика энергии. Он представляет собой вращающийся алюминиевый диск, закрепленный на шпинделе между двумя электромагнитами. Скорость вращения диска пропорциональна мощности, и эта мощность интегрируется за счет использования зубчатых передач и встречного механизма. Он изготовлен из двух ламинированных электромагнитов из кремнистой стали: шунтирующего и последовательного магнитов.
Последовательный магнит несет катушку, состоящую из нескольких витков провода толщиной, соединенного последовательно с линией; тогда как шунтирующий магнит несет катушку с множеством витков тонкого провода, подключенного к источнику питания.
Тормозной магнит — это своего рода постоянный магнит, который применяет силу, противоположную нормальному вращению диска, чтобы переместить этот диск в сбалансированное положение и остановить диск при отключении питания.
Однофазный электромеханический индукционный счетчик энергии
Последовательный магнит создает поток, пропорциональный протекающему току, а шунтирующий магнит создает поток, пропорциональный напряжению. Эти два потока отстают на 90 градусов из-за индуктивной природы. Поверхность раздела этих двух полей создает вихревой ток в диске, используя силу, которая пропорциональна произведению мгновенного напряжения, тока и фазового угла между ними. Тормозной магнит расположен над одной стороной диска, который создает тормозной момент на диске за счет постоянного поля, создаваемого с помощью постоянного магнита. Всякий раз, когда тормозной и приводной моменты становятся равными, скорость диска становится постоянной.
Вал или вертикальный шпиндель алюминиевого диска связан с зубчатой передачей, которая записывает число, пропорциональное оборотам диска. Это расположение шестерен устанавливает число в ряду циферблатов и указывает энергию, потребляемую с течением времени.
Этот тип счетчика энергии прост по конструкции, а его точность несколько ниже из-за ползучести и других внешних полей. Основная проблема с этими типами счетчиков энергии заключается в их склонности к несанкционированному вмешательству, что требует наличия системы контроля электроэнергии. Эти счетчики серийного и шунтового типа широко используются в бытовых и промышленных целях.
Электронные счетчики энергии являются точным, точным и надежным типом измерительных приборов по сравнению с электромеханическими счетчиками индукционного типа. При подключении к нагрузкам они потребляют меньше энергии и начинают измерения мгновенно. Итак, ниже поясняется принцип работы трехфазного счетчика электроэнергии электронного типа.
Трехфазный электронный счетчик энергии
Этот измеритель способен выполнять измерения тока, напряжения и мощности в трехфазных системах электроснабжения. Используя эти трехфазные измерители, можно также измерять высокие напряжения и токи с помощью соответствующих преобразователей. Ниже показан (приведен в качестве примера) один из типов трехфазных счетчиков электроэнергии, обеспечивающий надежный и точный учет электроэнергии по сравнению с электромеханическими счетчиками.
Трехфазный электронный счетчик энергии
Он использует AD7755, однофазную ИС измерения энергии для сбора и обработки параметров входного напряжения и тока. Напряжение и ток линии электропередачи оцениваются до уровня сигнала с использованием преобразователей, таких как трансформаторы напряжения и тока, и передаются на эту ИС, как показано на рисунке. Эти сигналы дискретизируются и преобразуются в цифровые, умножаются друг на друга для получения мгновенной мощности. Позже эти цифровые выходы преобразуются в частоту для управления электромеханическим счетчиком. Частота выходного импульса пропорциональна мгновенной мощности и (в заданном интервале) дает передачу энергии в нагрузку за определенное количество импульсов.
Микроконтроллер принимает входные данные от всех трех микросхем измерения энергии для трехфазного измерения энергии и служит мозгом системы, выполняя все необходимые операции, такие как сохранение и извлечение данных из EEPROM, управление счетчиком с помощью кнопок для просмотра потребления энергии, калибровка фаз и очистка показаний; и он также управляет дисплеем с помощью декодера IC.
До сих пор мы читали о счетчиках энергии и принципах их работы. Для более глубокого понимания этой концепции в следующем описании счетчика энергии приведены подробные сведения о схеме и ее соединениях с использованием микроконтроллера.
Схема счетчика энергии с использованием микроконтроллера:
На рисунке ниже показана схема счетчика ватт-часов, реализованная с использованием микроконтроллера Atmel AVR. Эта схема непрерывно отслеживает и получает параметры напряжения и тока однофазной сети питания. Микроконтроллер получает эти значения параметров от схемы формирования сигнала, которая управляется микросхемами OP-AMP.
Схема счетчика энергии с использованием микроконтроллера
В этой схеме последовательно с каждой питающей линией соединены два трансформатора тока: фаза и нейтраль. Текущие значения от этих трансформаторов отправляются на соответствующий АЦП микроконтроллера, а затем АЦП преобразует эти значения в цифровые значения, и, таким образом, микроконтроллер обязательно выполняет вычисления для определения потребления энергии. Микроконтроллер запрограммирован таким образом, что значения напряжения и тока от АЦП умножаются и интегрируются в течение заданного периода времени, а затем, соответственно, приводят в действие механизм счетчика, который отображает количество потребляемых единиц (кВт) за период времени.
В дополнение к измерению энергии эта система также обеспечивает индикацию замыкания на землю в случае любого замыкания или перегрузки по току, которые могут возникнуть в нейтрали или линии заземления, и соответствующим образом включает индикацию светодиодов для обнаружения замыкания на землю, а также для каждого потребляемого устройства.
Эта статья о схеме ваттметра и принципах ее работы. Это также известно как счетчик энергии, который используется при разработке комплектов электрических и электронных проектов с использованием различных технологий. Если вам нужна помощь в отношении таких концепций, как взлом счетчика электроэнергии и выставление счетов за электроэнергию с использованием беспроводной технологии, или комментарии в разделе, указанном ниже.
