Medidores de Inducción
El principio de funcionamiento y construcción del medidor de tipo de inducción es muy simple y fácil de entender, por eso se utilizan ampliamente para medir energía en el ámbito doméstico e industrial. En todos los medidores de inducción tenemos dos flujos que se producen por dos corrientes alternas diferentes en un disco metálico. Debido a estos flujos alternos, se induce una f.e.m., la f.e.m. producida en un punto (como se muestra en la figura a continuación) interactúa con la corriente alterna del otro lado, resultando en la producción de un par.
De manera similar, la f.e.m. producida en el punto dos interactúa con la corriente alterna en el punto uno, resultando en la producción de un par nuevamente, pero en dirección opuesta. Por lo tanto, debido a estos dos pares, que están en direcciones diferentes, el disco metálico se mueve.
Este es el principio básico de funcionamiento de un medidor de tipo de inducción. Ahora, derivemos la expresión matemática para el par de desvío. Supongamos que el flujo producido en el punto uno es igual a F1 y el flujo en el punto dos es igual a F2. Ahora, los valores instantáneos de estos dos flujos pueden escribirse como:
Donde, Fm1 y Fm2 son, respectivamente, los valores máximos de los flujos F1 y F2, B es la diferencia de fase entre los dos flujos.
También podemos escribir la expresión para las f.e.m. inducidas en el punto uno como
en el punto dos. Así, tenemos la expresión para las corrientes de Foucault en el punto uno como
Donde, K es una constante y f es la frecuencia.
Dibujemos un diagrama fasorial que muestre claramente F1, F2, E1, E2, I1 e I2. A partir del diagrama fasorial, queda claro que I1 e I2 están, respectivamente, retrasados detrás de E1 y E2 por un ángulo A.
El ángulo entre F1 y F2 es B. A partir del diagrama fasorial, el ángulo entre F2 e I1 es (90-B+A) y el ángulo entre F1 e I2 es (90 + B + A). Así, escribimos la expresión para el par de desvío como
De manera similar, la expresión para Td2 es,
El par total es Td1 – Td2, al sustituir el valor de Td1 y Td2 y simplificar la expresión obtenemos
Que es conocida como la expresión general para el par de desvío en los medidores de tipo de inducción. Ahora, existen dos tipos de medidores de inducción y se escriben como sigue:
Tipo monofásico
Tipo trifásico de medidores de inducción.
Aquí vamos a discutir en detalle sobre el tipo monofásico de inducción. A continuación se muestra la imagen de un medidor de tipo de inducción monofásico.
El medidor de tipo de inducción monofásico consiste en cuatro sistemas importantes que se escriben a continuación:
Sistema de conducción:
El sistema de conducción consta de dos electroimanes en los cuales se enrollan las bobinas de presión y de corriente, como se muestra en el diagrama anterior. La bobina que contiene la corriente de carga se llama bobina de corriente, mientras que la bobina que está en paralelo con el voltaje de alimentación (es decir, el voltaje a través de la bobina es el mismo que el voltaje de alimentación) se llama bobina de presión. Las bandas de sombreado se enrollan como se muestra en el diagrama anterior para hacer que el ángulo entre el flujo y el voltaje aplicado sea igual a 90 grados.
Sistema de movimiento:
Para reducir la fricción en gran medida, se utiliza un medidor de energía con eje flotante. La fricción se reduce en gran medida porque el disco rotatorio, que está hecho de material muy ligero como el aluminio, no está en contacto con ninguna superficie. Flota en el aire. Una pregunta que debe surgir en nuestra mente es, ¿cómo flota el disco de aluminio en el aire? Para responder a esta pregunta, necesitamos ver los detalles de construcción de este disco especial, en realidad, consta de pequeños imanes en ambas superficies superior e inferior. El imán superior se atrae hacia un electroimán en la parte superior del rodamiento, mientras que el imán de la superficie inferior también se atrae hacia el imán del rodamiento inferior, por lo tanto, debido a estas fuerzas opuestas, el ligero disco rotatorio de aluminio flota.
Sistema de frenado:
Se utiliza un imán permanente para producir un par de frenado en los medidores de energía de inducción monofásicos, que están posicionados cerca de la esquina del disco de aluminio.
Sistema de conteo:
Los números marcados en el medidor son proporcionales a las revoluciones realizadas por el disco de aluminio, la función principal de este sistema es registrar el número de revoluciones realizadas por el disco de aluminio. Ahora, veamos la operación de funcionamiento del medidor de inducción monofásico. Para entender el funcionamiento de este medidor, consideremos el diagrama a continuación:
Aquí hemos asumido que la bobina de presión es altamente inductiva en su naturaleza y consta de un gran número de vueltas. La corriente que fluye en la bobina de presión es Ip que se retrasa detrás del voltaje por un ángulo de 90 grados. Esta corriente produce un flujo F. F se divide en dos partes Fg y Fp.
Fg que se mueve en la parte de menor reluctancia a través de las brechas laterales.
Fp: Es responsable de la producción del par de tracción en el disco de aluminio. Se mueve a través de la ruta de mayor reluctancia y está en fase con la corriente en la bobina de presión. Fp es de naturaleza alterna y, por lo tanto, la f.e.m. Ep y la corriente Ip. La corriente de carga que se muestra en el diagrama anterior fluye a través de la bobina de corriente, produciendo un flujo en el disco de aluminio, y debido a este flujo alterno en el disco metálico, se produce una corriente de Foucault que interactúa con el flujo Fp resultando en la producción de un par. Como tenemos dos polos, se producen dos pares que son opuestos entre sí. Por lo tanto, de acuerdo con la teoría del medidor de inducción que ya hemos discutido, el par neto es la diferencia de los dos pares.
Ventajas de los medidores de tipo de inducción
A continuación se presentan las ventajas de los medidores de tipo de inducción:
