Hej, kære gæster Elektrikerens Notes hjemmeside.
Vi har allerede viet mange artikler til emnet elmåling, men vi havde ikke tid nok til at forstå strukturen og driftsprincippet for elmåleren.
Derfor er dagens artikel afsat til driftsprincippet for enkeltfasede og trefasede målere elektrisk energi.
Som du allerede ved, er elektriske målere ifølge driftsprincippet opdelt i 2 typer:
- induktion
- elektronisk
Lad os se nærmere på driftsprincippet for hver type tæller.
Funktionsprincip for en induktions elektrisk måler
1 - nuværende eller serie vikling(spole)
2 - parallel spole (vikling) eller spændingsspole
3 - tællemekanisme i form af et snekkegear
4 — permanent magnet at skabe bremsning og jævn skivebevægelse
5 - aluminiumsskive
Fi er den magnetiske flux, der skabes af belastningsstrømmen
Фu er den magnetiske flux, der skabes af strømmen i spændingsspolen
Elmåleren består af 2 spoler (viklinger): en spændingsspole og en strømspole, hvis elektromagneter er placeret i en vinkel på 90° i forhold til hinanden i rummet. I mellemrummet mellem disse elektromagneter er der en aluminiumsskive, som er monteret på lejer og tryklejer på under- og oversiden. En orm er installeret på skivens akse, som overfører rotation til tællemekanismen (tromlen) gennem gear.
Strømspolen er serieforbundet i kredsløbet og består af stor mængde vender. En sådan spole er viklet med en tyk ledning, henholdsvis lige mærkestrøm elmåler.
Spændingsspolen er forbundet parallelt med kredsløbet og består af et stort antal vindinger. Vikler sig ind tynd ledning med en diameter på ca. 0,06 til 0,12 (mm).
Når en vekselspænding påføres spændingsspolen, og når belastningsstrømmen løber gennem strømspolen, induceres vekslende magnetiske fluxer Фi og Фu i mellemrummet, som inducerer hvirvelstrømme i aluminiumskiven. Når disse strømme interagerer med hvirvelstrømme i skiven, opstår der et moment - skiven begynder at rotere.
Antallet af omdrejninger af aluminiumskiven pr bestemt tid- dette vil være vores forbrugte elektricitet.
Når belastningsstrømmen stiger (for eksempel tilsluttede vi en ekstra belastning til netværket), vil der vises mere drejningsmoment i den aktuelle spole, og disken vil rotere hurtigere.
I elektronisk elmåler konverter konverterer input analoge signaler fra strøm- og spændingssensorer til digital pulskode. Denne kode sendes til mikrocontrolleren, hvor den dekrypteres og beregnes, og viser derefter mængden af forbrugt elektricitet på elmålerens display.
P.S. Tak for din opmærksomhed. Forfatter af webstedet "Elektrikerens noter".
Elektrisk måler, mere præcist er en el-energiforbrugsmåler en speciel enhed designet til at tage højde for den elektriske energi, der forbruges af en belastning. Ifølge dens tekniske idé er det en kombination af en måler for forbrugt elektrisk energi med en tællemekanisme, der viser aflæsningerne. Der er elektriske målere til måling af energi på konstant eller AC. AC elmålere fås i enkeltfasede og trefasede typer. Efter driftsprincippet elektriske målere kan være induktiv og elektronisk.
En kort historie om oprettelsen af en elektrisk måler
I 1885 lavede italieneren Galileo Ferraris (1847-1897) en interessant observation af rotationen af en solid rotor i form af en metalskive eller cylinder under påvirkning af to udfasede vekselstrømsfelter. Denne opdagelse fungerede som startideen til at skabe en induktionsmotor og åbnede samtidig muligheden for udvikling induktionsmåler.
Den første meter af denne type blev skabt i 1889 af ungareren Otto Titutz Blati, som arbejdede på Ganz-fabrikken i Budapest, Ungarn. De tog patent på ideen elektrisk måler til vekselstrøm (patent udstedt i Tyskland, nr. 52.793, patent opnået i USA, nr. 423.210).
I en sådan enhed var Blati i stand til at opnå en intern faseforskydning på næsten 90°, hvilket gjorde det muligt for måleren at vise watt-timer ret præcist. Den elektriske måler af denne model brugte allerede en bremse permanent magnet, som gav en bred vifte af målinger af mængden af forbrugt energi, og et register af cyklometrisk type blev også brugt.
Efterfølgende år var præget af mange forbedringer, manifesteret i at reducere vægten og størrelsen af enheden, udvide sortimentet tilladte belastninger, kompensation for ændringer i belastningsfaktor, spænding og temperaturværdier. Friktionen i understøtningerne af tællerens roterende rotor blev væsentligt reduceret ved at udskifte tryklejerne med kuglelejer senere blev der brugt dobbeltsten og magnetiske lejer. Målerens stabile levetid er øget betydeligt på grund af øget tekniske egenskaber bremse elektromagnetisk system og manglende brug af olie i rotorstøtterne og tællemekanismen. Meget senere blev der skabt en trefaset induktionsmåler til industrielle forbrugere, som brugte en kombination af to eller tre målesystemer installeret på en, to eller endda tre separate diske.
Skema til tilslutning af måleren induktionstype
Induktionstype almindelig sag er ekstremt enkel og består af to viklinger (strøm og spænding) og en klemrække, hvortil deres kontakter er ført. Betinget diagram, gennem hvilken en enfaset elmåler er tilsluttet, i et standard elpanel lejlighedsbygninger har følgende form:
Her er fase "A" angivet med en gul linje, fase "B" med grøn, fase "C" med rød, neutral ledning"N" – linjer blå farve a, jordlederen "PE" er en gul-grøn linje. Batch-afbryderen er nu ofte erstattet af en mere moderne to-polet afbryder med overbelastningsbeskyttelse. Det skal bemærkes, at mellem tilslutningsdiagrammet for induktionstypemåleren og lignende ordning tilslutning af en elektronisk måler er der ingen grundlæggende forskelle.
Det konventionelle diagram til tilslutning af en elektrisk måler i et trefaset firtrådsnetværk med en spænding på 380 volt ser ud som:
Her farvebetegnelser svarende til det tidligere målertilslutningsdiagram for et enfaset netværk.
Det er vigtigt at observere den direkte fasesekvens trefaset netværk på målerens kontaktblok. Det kan bestemmes ved hjælp af en faseindikator eller en VAF-enhed. I direkte rækkefølge er vekslen af spændingsfaser som følger: ABC, BCA, CAB (hvis du går med uret). I omvendt rækkefølge er vekslen af spændingsfaser som følger: ASV, SVA, VAS. I dette tilfælde skabes en yderligere fejl, og selvkørende af rotoren på induktionsmåleren for aktiv energi opstår. I elektrisk måler reaktiv energi, den omvendte rækkefølge af vekslen af belastningsfaser og spændinger fører til rotation af rotoren i den modsatte retning.
Ordning elektriske forbindelser enfaset induktions elmåler
I diagrammet angiver røde linjer fase ledning og en strømspole, og den blå farve er den neutrale ledning og spændingsspolen.
Elektrisk diagram forbindelser trefasemåler induktionstype kl direkte forbindelse i et fire-leder 380 volt netværk:
Her: fase "A" angiver gul, fase "B" - grøn, fase "C" - rød, neutral ledning "N" - blå; L1, L2, L3 - angiver strømspoler; L4, L5, L6 - angiver spændingsspoler; 2, 5, 8 – spændingskontakter; 1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 11 – kontakter til tilslutning af eksterne elektriske ledninger til en trefasemåler.
Driftsprincip og design af en induktions elmåler
Strømviklingen, der er forbundet i serie med elforbrugeren, har et lille antal vindinger, som er viklet med en tyk ledning svarende til mærkestrømmen af denne tæller. Dette sikrer et minimum af dens modstand og introducerer en strømmålingsfejl.
Spændingsviklingen, der er forbundet parallelt med belastningen, har et stort antal vindinger (8000 - 12000), som er viklet med en tynd ledning, hvilket reducerer strømforbruget tomgangshastighed tæller. Når den er tilsluttet vekselspænding, og belastningsstrømmen løber i strømviklingen, lukkes elektromagnetiske felter gennem aluminiumskiven, som er rotoren, hvilket inducerer såkaldte hvirvelstrømme i den. Disse strømme interagerer med det elektromagnetiske felt og skaber et drejningsmoment, der driver den bevægelige aluminiumsskive.
En permanent magnet, der skaber en magnetisk flux gennem målerskiven, skaber effekten af et bremsemoment (modvirkende).
Konstant af skivens rotationshastighed opnås med en balance mellem rotations- og bremsekræfter.
Antallet af rotoromdrejninger i timen vil være proportionalt med den forbrugte energi, hvilket svarer til, at værdien af skivens konstante ensartede rotationshastighed er proportional med den forbrugte effekt, hvis drejningsmomentet, der virker på skiven, tilstrækkelig til strømmen af den forbruger, som måleren er tilsluttet.
Friktion i de kinematiske par af induktionstællermekanismen skaber fejl i måleaflæsninger. Påvirkningen af friktionen er især signifikant ved små (op til 5-10% af den nominelle værdi) belastninger for en induktionsmåler, når størrelsen af den negative fejl kan være 12 - 15%. For at reducere påvirkningen af friktionskræfter i en induktionstæller, brug speciel enhed, som kaldes en friktionskompensator.
Væsentlig parameter el-energimåler vekselstrøm - enhedens følsomhedstærskel, hvilket indebærer værdien af minimumseffekten, udtrykt som en procentdel af den nominelle værdi, ved hvilken målerrotoren begynder at rotere støt. Med andre ord er følsomhedstærsklen minimumsforbrug el, som måleren er i stand til at registrere.
I overensstemmelse med GOST, værdien af følsomhedstærsklen for induktionsmålere forskellige klasser nøjagtigheden bør ikke være mere end 0,5 - 1,5 %. Følsomhedsniveauet indstilles af værdien af det kompenserende drejningsmoment og bremsemomentet, som er skabt af en speciel anti-selvkørende enhed.
Funktionsprincip for en elektronisk måler
Induktionsmålere til elektrisk energiforbrug har på trods af deres enkelhed og lave omkostninger en række ulemper, som er baseret på brugen af mekaniske bevægelige elementer, der har utilstrækkelig stabilitet af parametre under langvarig drift af enheden. En elektronisk elmåler har ikke disse ulemper, har en lav følsomhedstærskel og højere nøjagtighed ved måling af energiforbrug.
Sandt nok, at bygge en elektronisk måler kræver brug af højt specialiserede integrerede kredsløb(IC), som kan multiplicere strøm- og spændingssignaler og danne den resulterende værdi i en form, der er praktisk til behandling af en mikrocontroller. For eksempel mikrokredsløb, der konverterer aktiv effekt- til værdien af pulsgentagelseshastigheden. Det samlede antal modtagne impulser integreret af mikrocontrolleren er direkte proportional med den forbrugte elektricitet.
Blokdiagram af en elektronisk måler
Ikke mindre vigtigt for den fulde drift af en elektronisk måler er tilstedeværelsen af alle slags servicefunktioner, såsom fjernadgang til måleren til fjernovervågning af aflæsninger, bestemmelse af dag- og natenergiforbrug og mange andre. Brugen af et digitalt display giver brugeren mulighed for programmæssigt at indstille forskellige formater til visning af information, for eksempel visning af information om mængden af forbrugt energi over et bestemt interval, indstille forskellige tariffer osv.
For at udføre visse ikke-standardfunktioner, for eksempel matchende signalniveauer, vil der være behov for yderligere IC'er. I øjeblikket er produktionen af specialiserede mikrokredsløb - strøm-til-proportional-frekvensomformere - og specialiserede mikrocontrollerenheder med en lignende konverter på en enkelt chip begyndt. Men som oftest er de for dyre til brug i husholdningsinduktionsmålere. Derfor udvikler mange globale mikrocontrollerproducenter specialiserede lavprismikrokredsløb, der er specielt designet til sådanne applikationer.
Hvilken type har den? elkredsløbsdiagram for måleren bruge den enkleste digitale mulighed på den billigste (mindre end en dollar) 8-bit mikrocontroller fra Motorola? I den overvejede løsning er alle de mindst nødvendige funktioner i enheden implementeret. Den er baseret på brugen af en billig IC, der konverterer strøm til pulsfrekvens af typen KR1095PP1 og en 8-bit mikrocontrollerenhed MC68HC05KJ1. Med denne tællerarkitektur skal mikrocontrolleren opsummere det modtagne antal pulser, vise information på skærmen og beskytte enheden i forskellige unormale tilstande. Den beskrevne måler er faktisk en digital funktionel analog af eksisterende mekaniske målere, tilpasset til yderligere forbedring.
Elektrisk kredsløbsdiagram af den enkleste digitale elmåler
Signaler svarende til spændings- og strømværdierne i netværket modtages fra sensorer og leveres til konverterens indgang. Mikrokredsløbet multiplicerer inputsignalerne og danner en øjeblikkelig værdi af strømforbruget. Denne værdi sendes til mikrocontrolleren og omregnes til watt-timer. Efterhånden som data akkumuleres, ændres tælleraflæsningerne på LCD-skærmen. Tilstedeværelsen af hyppige fejl i enhedens strømforsyningsspænding fører til behovet for at bruge EEPROM for at sikre sikkerheden ved måleraflæsninger. Da forsyningsspændingsfejl er den mest almindelige unormale situation, er en sådan beskyttelse påkrævet i enhver elektronisk måler.
Elektrisk kredsløbsdiagram af måleren(digital computer) er angivet nedenfor. Via stik X1 forbindes 220 V netspændingen og den elektriske forbruger. Spændings- og strømsensorer genererer signaler, der leveres til konverterens mikrokredsløb KR1095PP1, som har optokoblerisolering af frekvensudgangen. Kernen i tælleren er MC68HC05KJ1 mikrocontrolleren fremstillet af Motorola, fremstillet i en 16-bens pakke (DIP eller SOIC pakke) og udstyret med 1,2 KB ROM og 64 bytes RAM. For at spare det akkumulerede beløb forbrugt energi Ved strømsvigt anvendes en EEPROM med en lille hukommelseskapacitet på 24C00 (16 bytes) fra Microchip. Displayet er en 7-segment 8-bit LCD, som styres af enhver billig mikrocontroller, der udveksler data med den centrale mikrocontroller via SPI eller I2C protokoller og er forbundet via X2 stikket.
Den underliggende driftsalgoritme for tælleren krævede mindre end 1 KB hukommelse og mindre end halvdelen af alle I/O-porte på MC68HC05KJ1-mikrocontrolleren. Hans tekniske muligheder nok til at supplere måleren med nogle servicefunktioner, for eksempel muligheden for at kombinere målere til lokale netværk via RS-485 interface. Denne funktion giver dig mulighed for at få data om energiforbrug i servicecenter og fjernsluk for strømmen, hvis forbrugeren ikke betaler. Et netværk, der indeholder sådanne målere, kan udstyres med en bolig lejlighedsbygning. Alle måleraflæsninger via netværket vil blive sendt eksternt til kontrolcentret.
Af praktisk interesse er brugen af en familie af 8-bit mikrocontrollere med en chip indeholdende indbygget FLASH-hukommelse. Dette gør det muligt at programmere den direkte på det samlede print. Det giver også sikkerhed mod hacking programkode og bekvemmeligheden ved at opdatere software uden at udføre installationsarbejde.
Digital computer til elektronisk elmåler
Mere interessant er muligheden for en elektronisk elmåler uden brug af ekstern EEPROM og dyr ekstern ikke-flygtig RAM. I dette tilfælde, i tilfælde af en nødsituation, er det muligt at registrere aflæsninger og anden serviceinformation i mikrocontrollerens interne FLASH-hukommelse. Dette sikrer desuden den nødvendige datafortrolighed, som ikke kan sikres, hvis der anvendes en ekstern krystal, som ikke er beskyttet mod uautoriseret adgang fra uautoriserede personer. Sådan en elektronisk elmåler med et hvilket som helst niveau af kompleksitet og funktionalitet kan skabes ved hjælp af en Motorola-mikrocontroller fra HC08-familien med FLASH-hukommelse indbygget i hovedchippen.
Overgangen til digital fjernbetjening automatiske midler regnskab og kontrol med elforbruget er et spørgsmål om tid. De tekniske og forbrugermæssige fordele ved sådanne systemer er indlysende. Deres omkostninger vil uvægerligt falde. Og selvom der bruges en simpel mikrocontroller, har sådan en elektronisk elmåler åbenlyse fordele: høj pålidelighed på grund af det fuldstændige fravær af bevægelige dele; miniature; muligheden for at producere en måler i et hus under hensyntagen til de indvendige funktioner i moderne beboelsesbygninger; øge verifikationsintervallet flere gange; høj vedligeholdelsesvenlighed og ekstrem nem vedligeholdelse og betjening. Selv små ekstra hardware- og softwareomkostninger i den enkleste digitale måler kan supplere den med en række servicefunktioner, der er fundamentalt fraværende i alle mekaniske elmålere, for eksempel brugen af multitarif-opkrævning for forbrugt energi, evnen til at implementere automatiseret måling og styring af elforbrug.
Se også diagrammer.
Vi ved alle, hvorfor vi har brug for en elmåler – for korrekt at redegøre for elforbruget. Ud fra elmåleraflæsningerne betales "for lys". I denne artikel vil vi gerne fortælle læserne om design- og driftsprincippet for en elmåler. For dig vil vi overveje både den elektroniske model og den gamle model - induktion.
Induktion
Gamle elmålere består af følgende elementer:
- Serievikling, også kaldet strømspole. Består af flere vindinger af tyk tråd.
- Parallelvikling (spændingsspole). Tværtimod er den konstrueret af et stort antal vindinger af tynd tråd.
- Tællemekanisme. Installeret på akslen af en aluminiumsskive.
- En permanent magnet, hvis formål er at bremse og sikre en jævn bevægelse af disken.
- Alu skive. Monteret på lejer og tryklejer.
Som det kan ses i diagrammet, er designet af en induktions elmåler ret simpelt. Hvad angår driftsprincippet, er det også enkelt. Først påføres vekselspænding til parallelviklingen (spændingsspole) og strømmer derefter til den anden strømspole. Magnetiske hvirvelstrømme opstår mellem spolernes to elektromagneter, som faktisk bidrager til skivens rotation. Jo højere strømmen er, jo hurtigere vil disken dreje. Til gengæld fungerer tællemekanismen efter følgende princip: rotation fra skiven overføres til tromlen gennem et snekkegear (dette lettes af en snekke installeret på skivens akse, som overfører rotation gennem et tandhjul, som kan ses i diagrammet ovenfor).
Se tydeligt, hvordan det fungerer induktions elmåler, kan du se videoen nedenfor:
Driftsdiagram af en gammel type elmåler
Bemærk venligst, at driftsprincippet enfasemåler Den gamle models elforsyning ligner den trefasede model.
Elektronisk
En elektronisk måler har for eksempel hverken en skive eller et snekkegear. Designet af den nye type elmålere er vist i diagrammet og billedet nedenfor:
