Tipus de comptadors d'energia i com funcionen
Un comptador d'energia o comptador de watts-hora és un instrument elèctric que mesura l'energia elèctrica utilitzada pels consumidors. Les empreses de serveis públics són un dels sectors elèctrics que instal·len aquests comptadors en diversos llocs com ara llars, indústries, organitzacions, edificis comercials, etc. per facturar l'ús d'electricitat de càrregues com llums, ventiladors, neveres i altres electrodomèstics.
La unitat bàsica de potència és el watt, mesurat amb un vatímetre. Un quilowatt equival a mil watts. Si s'utilitza un quilowatt en una hora, es consumeix una unitat d'energia. Per tant, un comptador d'energia mesura la tensió i el corrent ràpids, calcula el seu producte i dóna la potència instantània. Aquesta potència s'integra durant un interval de temps per donar l'energia utilitzada durant aquest període de temps.
Tipus de comptadors d'energia
Els comptadors d'energia es divideixen en dues categories bàsiques com ara:
Mesurador d'inducció electromecànica
Comptador electrònic d'energia
Tenint en compte els factors següents, els comptadors d'energia elèctrica es divideixen en dos tipus:
El tipus de pantalla és un mesurador analògic o digital.
Tipus de punts de mesura: transmissió secundària, xarxa, distribució local i primària.
Aplicacions finals com ara ús comercial, industrial i domèstic
Aspectes tecnològics com ara materials monofàsics, trifàsics, d'alta tensió (HT), de baixa tensió (LT) i de precisió.
La connexió de subministrament pot ser monofàsica o trifàsica, depenent de la font d'alimentació utilitzada per la llar o instal·lació comercial. En particular, en aquest article, estudiarem el principi de funcionament d'un comptador d'energia inductiu monofàsic i el principi de funcionament d'un comptador d'energia electrònic trifàsic mitjançant les explicacions següents de dos comptadors d'energia bàsics.
Mesurador d'energia inductiva monofàsica
És un comptador d'energia elèctrica antic molt conegut i més comú. Consisteix en un disc giratori d'alumini col·locat sobre un eix entre dos electroimants. La velocitat de rotació del disc és directament proporcional a la potència, que s'integra mitjançant el tren d'engranatges i el mecanisme de recompte. Consta de dos electroimants laminats d'acer al silici connectats en paral·lel i en sèrie.
Un imant en sèrie té una bobina amb diverses espires de cable gruixut connectades en sèrie amb el circuit, mentre que un imant paral·lel té una bobina amb diverses espires de cable prim connectada a una font d'alimentació.
Un imant de fre és un imant permanent que exerceix una força que s'oposa a la rotació normal del disc, movent el disc a una posició d'equilibri i aturant el disc quan se li retira l'energia.
Els imants connectats en sèrie produeixen un flux magnètic proporcional al corrent que flueix, i els imants connectats en paral·lel produeixen un flux magnètic proporcional a la tensió. A causa de les propietats inductives, aquests dos fluxos es retarden 90 graus. La intersecció d'aquests dos camps crea corrents de Foucault al disc utilitzant una força proporcional al producte de la tensió instantània, el corrent i l'angle de fase entre ells. Els imants de fre es col·loquen a un costat del disc de fre i generen un parell de frenada al disc de fre mitjançant l'ús d'un camp magnètic constant proporcionat pels imants permanents. Quan els parells de frenada i de conducció són iguals, la velocitat del disc de fre es torna estable.
L'eix, o eix vertical, del disc d'alumini està associat a un mecanisme d'engranatge que registra un nombre proporcional al nombre de revolucions del disc. Aquest mecanisme d'engranatges estableix una sèrie de números en un dial i indica la quantitat d'energia consumida al llarg del temps.
Aquest tipus de comptador d'energia elèctrica té una estructura senzilla, però la seva precisió és lleugerament deficient a causa de la influència de camps externs com ara la fluència. Un dels principals problemes d'aquest tipus de comptadors d'energia és que són susceptibles de manipulació, la qual cosa requereix la necessitat d'un sistema de control energètic. Aquestes sèries i comptadors dividits s'utilitzen àmpliament en aplicacions domèstiques i industrials.
En comparació amb els comptadors d'energia d'inducció electromecànica, els comptadors d'energia electrònics són instruments de mesura precisos, precisos i fiables. Quan es connecten a una càrrega, consumeixen menys energia i comencen a mesurar immediatament. A continuació es descriu el comptador electrònic d'energia trifàsic i el seu principi de funcionament.
Comptador electrònic d'energia trifàsic
El mesurador és capaç de realitzar mesures de corrent, voltatge i potència en sistemes de subministrament trifàsic. Mitjançant l'ús d'aquests comptadors trifàsics, també es poden mesurar l'alta tensió i el corrent mitjançant sensors adequats. A continuació es mostra un dels tipus de comptadors d'energia trifàsics (com a exemple), que garanteix una mesura d'energia fiable i precisa en comparació amb els comptadors electromecànics.
Utilitza l'IC AD7755 de mesura de potència monofàsica per recollir i processar els paràmetres de tensió i corrent d'entrada. Els sensors com els transformadors de tensió i corrent s'utilitzen per reduir les classificacions de tensió i corrent de les línies elèctriques als nivells de senyal i proporcionar-los al CI com es mostra a la figura. Aquests senyals es mostren i es converteixen en senyals digitals, que es multipliquen entre si per obtenir la potència instantània. Aquestes sortides digitals es converteixen després en freqüències per accionar comptadors electromecànics. La freqüència dels polsos de sortida és proporcional a la potència instantània i (dins d'un interval determinat) lliura l'energia d'un nombre específic de polsos a la càrrega.
El microcontrolador accepta entrades dels tres circuits integrats de mesura de potència per a la mesura de potència trifàsica i actua com a controlador del sistema realitzant totes les operacions necessàries, com ara emmagatzemar i recuperar dades de l'EEPROM, operar el comptador mitjançant botons per veure el consum d'energia. cervell, calibra la fase i neteja les lectures; i també condueix la pantalla mitjançant un IC descodificador.
Fins ara, hem après sobre els comptadors d'energia i com funcionen. Per entendre el concepte més profundament, la següent descripció del comptador d'energia proporciona detalls complets del circuit i la seva connexió mitjançant un microcontrolador.
Circuit comptador d'energia amb microcontrolador:
La figura següent mostra el circuit del comptador d'electricitat implementat mitjançant el microcontrolador Atmel AVR. Aquest circuit controla i obté contínuament els paràmetres de tensió i corrent de la font d'alimentació monofàsica de la xarxa. El microcontrolador obté aquests valors de paràmetres del circuit de condicionament del senyal, que és impulsat per un IC amplificador operacional.
Aquest circuit té dos transformadors de corrent connectats en sèrie amb cada línia elèctrica: fase i neutre. Els valors actuals d'aquests transformadors s'envien al corresponent ADC del microcontrolador i després l'ADC converteix aquests valors en valors digitals i, per tant, el microcontrolador fa els càlculs necessaris per trobar el consum d'energia. El microcontrolador es programa multiplicant i integrant els valors de voltatge i corrent de l'ADC durant un període de temps especificat i impulsant el mecanisme comptador en conseqüència per mostrar el nombre d'unitats (KW) consumides durant un període de temps.
A més de la mesura d'energia, el sistema també proporciona una indicació de falla a terra en cas de qualsevol fallada o sobreintensitat que es pugui produir al conductor neutre o a terra i encén la indicació LED adequadament per a la detecció de falla a terra i per consum per unitat.
